激光驅動白光光源(LDLS)

從光譜范圍來看，傳統的輻射校準光源，如氘燈、石英窗鹵素鎢燈、長弧氙燈等在光譜測量范圍上都具有非常大的局限性，因為上述光源無法在200 nm-800 nm范圍內保持較高的輸出。另外，傳統光源需要在使用100小時或更短時間后進行重新校準，在使用500小時后還需要更換燈泡。經過一系列不懈的努力，Hamamatsu集團旗下的Energetiq公司革命性地研發出單點激光驅動光源技術，并將其命名為LDLS(Laser Driven Light Source)，該類光源不僅可以在170 nm至2100nm的光譜范圍內提供超高發光亮度，而且整個光源的發光壽命相比較于傳統光源也高出了整整一個數量級。如下表1可見LDLS與其他傳統光源的性能對比。

表1 多類光源與LDLS的性能對比

LDLS產品特點

? 170 nm-2100 nm波長范圍內具有超高亮度——100μm量級發光等離子體即可實現

? 輻照度>10-100 mW/mm.sr.nm(波長相關)—超快速測量

? 光纖耦合或自由空間光束輸出—光學靈活性高

? 無電極結構—超長壽命、超高穩定性、超低成本

LDLS結構和工作原理

LDLS是一種激光驅動光源，其本質還是氙燈。LDLS和傳統電致發光光源原理不同是光致發光。傳統電致發光光源通過光源燈室電極加高壓激發燈室中氣體放電，從而發光。LDLS中內置了特殊定制的氙燈燈室，氙燈燈室會先通電，激發出氙等離子體，通過外置1000 nm左右波長激光光源輸出恒等功率匯聚到光源燈室中，光會經過光學系統會聚，照射加熱氙等離子體上，等離子體加熱到足夠的溫度時，就會發出高亮度的光。燈室發光后系統會自動給燈室斷電，發光等離子體的狀態就一直由外部激光器所保持。(詳見圖1)

傳統光源如弧光燈、氘燈、氙燈等，由于使用了電極耦合產生等離子體，亮度、UV光功率、壽命都有很大的限制。LDLS采用無電極激光驅動技術，有高效的光收集能力，亦可在深紫外至可見光以及更寬的光譜范圍內提供超高發光亮度，而且整個光源的發光壽命相比較于傳統光源也高出了整整一個數量級。

LDLS光源整體結構由一個特殊設計的燈室，驅動激光光源，激光聚焦光路，光源輸出光路，光源控制器等主要部分組成。

圖1 LDLS發光原理示意及動態演示圖

LDLS產品系列

圖2 LDLS及相關模塊化產品一覽

根據使用環境和輸出功率的不同需求，可以選擇不同型號的LDLS光源進行匹配。其中，LDLS光源提供自由空間輸出或光纖耦合輸出的緊湊型EQ-99系列、自由空間輸出的EQ-9系列、高亮度自由空間輸出的EQ-77系列、高功率應用的超高亮度EQ-400系列。(見表2)

表2 LDLS光源主要產品

此外還提供高亮度輸出波長可調窄光譜LDTLS系列(見表3)，以及2022年還發布了新的可以精準控制輸出光譜特性的CES光源(Chromatiq Spectral EngineTM)點擊此處可了解該產品。

表3 LDTLS系列光源主要產品

LDLS性能優勢

1.高亮度

? LDLS光源是高亮度光源，所謂的高亮度光源是指光源可以從一個極小的光點發出強光;

? LDLS光源作為一種高亮度光源，適用于成像應用和測量諸如微芯片，生物細胞等小型物體的應用;

? LDLS能從100μm量級的光點發出超強光;

? 超小光點成像(<<1mm)變得更容易;

? LDLS光源更容易耦合進光纖和光譜儀。

圖3 EQ-99系列光源發光等離子體尺寸(Typical)

2 、寬光譜分布

? LDLS光譜分布涵蓋了深紫外—可見光—近紅外的光譜范圍;

? 光譜分布平坦;

? 提供了傳統光源無法比擬的極紫外波段光譜強度(>10X)。

圖4 EQ-99X和鹵鎢燈光譜分布對比

圖5 LDLS系列光源光譜強度分布和傳統光源對比

3、長壽命和高穩定性

? 具有超長燈室壽命，超9000小時典型時長(低耗材成本);

? 校準時間間隔更長，與傳統光源(氙燈、氘燈、鹵鎢燈)相比漂移更低。

圖6 LDLS系列光源和傳統光源輸出穩定性對比

表4 EQ-99X光源和傳統光源穩定性和壽命對比

4、LDLS發光等離子體的極高空間穩定性

? 以每秒200幀的速度收集和存儲2500張圖像 ;

? 使用ImageJ(圖像分析軟件)計算每張圖像的質心;

? 發光等離子體質心位置標準差: 水平方向：0.145 μm;垂直方向：0.094 μm。

圖7 EQ-99系列發光等離子體質心分布

LDLS產品應用

? 紫外-可見光光譜分析

? 單色儀光源

? 薄膜檢測

? 濾光片/光學元件測試

? 原子吸收光譜

? 材料特征檢測

? 環境分析

? 高光譜成像

? 氣相分析測量

? 光學傳感器檢測

? 生命科學與生物成像

審核編輯黃宇