激光驱动白光光源（LDLS）结构原理及性能介绍

激光驱动白光光源(LDLS)

从光谱范围来看，传统的辐射校准光源，如氘灯、石英窗卤素钨灯、长弧氙灯等在光谱测量范围上都具有非常大的局限性，因为上述光源无法在200 nm-800 nm范围内保持较高的输出。另外，传统光源需要在使用100小时或更短时间后进行重新校准，在使用500小时后还需要更换灯泡。经过一系列不懈的努力，Hamamatsu集团旗下的Energetiq公司革命性地研发出单点激光驱动光源技术，并将其命名为LDLS(Laser Driven Light Source)，该类光源不仅可以在170 nm至2100nm的光谱范围内提供超高发光亮度，而且整个光源的发光寿命相比较于传统光源也高出了整整一个数量级。如下表1可见LDLS与其他传统光源的性能对比。

表1 多类光源与LDLS的性能对比

LDLS产品特点

♦ 170 nm-2100 nm波长范围内具有超高亮度——100μm量级发光等离子体即可实现

♦ 辐照度>10-100 mW/mm.sr.nm(波长相关)—超快速测量

♦ 光纤耦合或自由空间光束输出—光学灵活性高

♦ 无电极结构—超长寿命、超高稳定性、超低成本

LDLS结构和工作原理

LDLS是一种激光驱动光源，其本质还是氙灯。LDLS和传统电致发光光源原理不同是光致发光。传统电致发光光源通过光源灯室电极加高压激发灯室中气体放电，从而发光。LDLS中内置了特殊定制的氙灯灯室，氙灯灯室会先通电，激发出氙等离子体，通过外置1000 nm左右波长激光光源输出恒等功率汇聚到光源灯室中，光会经过光学系统会聚，照射加热氙等离子体上，等离子体加热到足够的温度时，就会发出高亮度的光。灯室发光后系统会自动给灯室断电，发光等离子体的状态就一直由外部激光器所保持。(详见图1)

传统光源如弧光灯、氘灯、氙灯等，由于使用了电极耦合产生等离子体，亮度、UV光功率、寿命都有很大的限制。LDLS采用无电极激光驱动技术，有高效的光收集能力，亦可在深紫外至可见光以及更宽的光谱范围内提供超高发光亮度，而且整个光源的发光寿命相比较于传统光源也高出了整整一个数量级。

LDLS光源整体结构由一个特殊设计的灯室，驱动激光光源，激光聚焦光路，光源输出光路，光源控制器等主要部分组成。

图1 LDLS发光原理示意及动态演示图

LDLS产品系列

图2 LDLS及相关模块化产品一览

根据使用环境和输出功率的不同需求，可以选择不同型号的LDLS光源进行匹配。其中，LDLS光源提供自由空间输出或光纤耦合输出的紧凑型EQ-99系列、自由空间输出的EQ-9系列、高亮度自由空间输出的EQ-77系列、高功率应用的超高亮度EQ-400系列。(见表2)

表2 LDLS光源主要产品

此外还提供高亮度输出波长可调窄光谱LDTLS系列(见表3)，以及2022年还发布了新的可以精准控制输出光谱特性的CES光源(Chromatiq Spectral EngineTM)点击此处可了解该产品。

表3 LDTLS系列光源主要产品

LDLS性能优势

1.高亮度

♦ LDLS光源是高亮度光源，所谓的高亮度光源是指光源可以从一个极小的光点发出强光;

♦ LDLS光源作为一种高亮度光源，适用于成像应用和测量诸如微芯片，生物细胞等小型物体的应用;

♦ LDLS能从100μm量级的光点发出超强光;

♦ 超小光点成像(<<1mm)变得更容易;

♦ LDLS光源更容易耦合进光纤和光谱仪。

图3 EQ-99系列光源发光等离子体尺寸(Typical)

2 、宽光谱分布

♦ LDLS光谱分布涵盖了深紫外—可见光—近红外的光谱范围;

♦ 光谱分布平坦;

♦ 提供了传统光源无法比拟的极紫外波段光谱强度(>10X)。

图4 EQ-99X和卤钨灯光谱分布对比

图5 LDLS系列光源光谱强度分布和传统光源对比

3、长寿命和高稳定性

♦ 具有超长灯室寿命，超9000小时典型时长(低耗材成本);

♦ 校准时间间隔更长，与传统光源(氙灯、氘灯、卤钨灯)相比漂移更低。

图6 LDLS系列光源和传统光源输出稳定性对比

表4 EQ-99X光源和传统光源稳定性和寿命对比

4、LDLS发光等离子体的极高空间稳定性

♦ 以每秒200帧的速度收集和存储2500张图像 ;

♦ 使用ImageJ(图像分析软件)计算每张图像的质心;

♦ 发光等离子体质心位置标准差: 水平方向：0.145 µm;垂直方向：0.094 µm。

图7 EQ-99系列发光等离子体质心分布

LDLS产品应用

♦ 紫外-可见光光谱分析

♦ 单色仪光源

♦ 薄膜检测

♦ 滤光片/光学元件测试

♦ 原子吸收光谱

♦ 材料特征检测

♦ 环境分析

♦ 高光谱成像

♦ 气相分析测量

♦ 光学传感器检测

♦ 生命科学与生物成像

审核编辑黄宇