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激光驱动白光光源(LDLS)产品介绍及常见问题解答

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


1.1 LDLS产品特点及优势


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


1.2 LDLS结构和工作原理


LDLS和传统电致发光光源原理不同,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使用外置1000nm左右波长激光光源汇聚到光源灯室中,加热氙等离子体,等离子体加热到足够的温度时发光。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1.2.1 LDLS原理图


1.3 LDLS产品系列


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系列和高亮度输出波长可调窄光谱LDTLS系列。


图1.3.1 LDLS产品系列


1.4 LDLS性能优势


1.4.1 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1.4.1 EQ-99系列光源发光等离子体尺寸(Typical)


1.4.2 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1.4.2 EQ-99X和卤钨灯光谱分布对比


 

图1.4.3 LDLS系列光源光谱强度分布和传统光源对比


1.4.3 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1.4.4 LDLS系列光源和传统光源输出稳定性对比


 

表1.4.1 EQ-99X光源和传统光源稳定性和寿命对比


1.4.4 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:0.145µm


  垂直方向:0.094µm


 

图1.4.5 EQ-99系列发光等离子体质心分布


1.5 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


1.6 FAQ


1. Energetiq LDLS光源光谱范围?


2. LDLS光源的功率和亮度可以到多少?


3. EQ-99XFC使用哪种光纤连接方式进行输出?


4. EQ-99XFC可以输出多强的光功率?


5. EQ-99XFC光谱辐射强度可以到什么范围?


6. 对EQ-99X 和 EQ-99XFC来说,控制器和光源灯室之间的光纤长度可以选择吗?


7. EQ-99XFC输出光纤长度可以选择吗?


8. 什么是LDLS光源等离子体空间稳定性?


9. LDLS光源寿命可以到多久?


10. LDLS光源中的激发激光波长是多少?每种光源中的激发激光输出功率多少?


11. EQ-99系列光源的灯室温度大概在什么范围?


12. 什么时候使用LDLS光源需要充氮气,氮气的气压需要多少?


FAQ1.Energetiq LDLS光源光谱范围?


EQ-99X, EQ-77和EQ-400光谱范围为170nm 到2400nm,EQ-99XFC光谱范围为 190nm 到2400nm,光谱范围的不同由光源灯泡和光窗材质决定。下图中为LDLS与传统氙灯、氘灯卤素灯的光谱强度分布曲线对比。

 

FAQ2.LDLS光源的功率和亮度可以到多少?


LDLS针对高亮度方面进行了优化,LDLS光源的功率从一个100μm左右的等离子体发出,所以LDLS光源可以在较小的辐射功率发出高亮度(spectral radiance - mwatts/nm/mm2/sr)的光。几种LDLS光源辐射功率和亮度选择如下:


EQ-99X光辐射功率0.5W,光谱辐射强度10 mwatts/nm/mm2/sr;


EQ-77光辐射功率2W,光谱辐射强度40 mwatts/nm/mm2/sr;


EQ-400光辐射功率15W,光谱辐射强度100 mwatts/nm/mm2/sr。

FAQ3.EQ-99XFC使用哪种光纤连接方式进行输出?


EQ-99XFC使用FC接头连接,为了保证产品的稳定输出,我们推荐使用原厂的光纤进行连接,目前我们可以提供不同纤芯直径的FC-FC和FC-SMA光纤供选择。 

FAQ4.EQ-99XFC可以输出多强的光功率?


EQ-99XFC输出光功率取决于光纤的纤芯直径和光纤对波长的选择性,使用标准光纤输出的光功率如下:


600μm core fiber, 0.22NA; ~200 mwatts (broadband)


455μm core fiber, 0.22NA; ~150 mwatts (broadband)


230μm core fiber, 0.22NA; ~70 mwatts (broadband)


115μm core fiber, 0.22NA; ~25 mwatts (broadband)


50μm core fiber, 0.22NA; ~5 mwatts (broadband)


9μm core single mode fiber; ~40 μwatts (broadband)

FAQ5.EQ-99XFC光谱辐射强度可以到什么范围?


光谱辐射强度取决于输出光纤纤芯直径、波长选择性。230μm纤芯直径,0.22NA,长度1m的标准光纤输出,光谱辐射强度图如下所示:

 

FAQ6.对EQ-99X 和 EQ-99XFC来说,控制器和光源灯室之间的光纤长度可以选择吗?


目前,EQ-99X 和 EQ-99XFC的控制器和光源灯室之间的光纤长度我们只提供1m的长度,其他长度暂时不能提供。

FAQ7.EQ-99XFC输出光纤长度可以选择吗?


我们可以提供性能最好、抗老化的不同纤芯的光纤,目前光纤长度有1m和2m两种选择。我们不建议客户选用更长长度的输出光纤,因为即使是最好的光纤也会吸收深紫外的光。

FAQ8.什么是LDLS光源等离子体空间稳定性?


LDLS光源等离子体空间位置由激发激光聚焦点精准控制,LDLS产品等离子体位置在x,y,z三个方向上的分布偏差均小于0.5μm。

 

FAQ9.LDLS光源寿命可以到多久?


EQ-99系列和EQ-77系列光源的灯泡寿命均在9000小时以上。另外,光源工作1000小时以后,灯泡的输出功率只会衰减1%~2%。

 

FAQ10.LDLS光源中的激发激光波长是多少?每种光源中的激发激光输出功率多少?


LDLS光源中的激发激光均为特殊定制的半导体激光器,这些激光器的波长均在1μm左右。 EQ-99系列光源中激发激光器输出功率在20W左右,EQ-77系列光源中激发激光器输出功率在50W左右,EQ-400系列光源中激发激光器输出功率在400W左右;激发激光器的功率决定了整个光源的输出功率。

FAQ11.EQ-99系列光源的灯室温度大概在什么范围?


在正常实验室环境中使用时,EQ-99X和EQ-99XFC灯室温度约为55℃,最终温度会随着使用环境的变化略有区别。

FAQ12.什么时候使用LDLS光源需要充氮气,氮气的气压需要多少?


LDLS光源产生大量深紫外光,200nm以下的深紫外光会使氧气转化为臭氧,同时臭氧会吸收240nm~270nm的深紫外光。因此,如需使用170nm~270nm的深紫外光,光源在使用时需要充入纯净氮气。同时,充入氮气也可以防止灯泡被空气中有机蒸汽污染。 为了保证光学器件的洁净,氮气需要满足6级洁净度,充入氮气的气压需要保持在0.14 MPa。

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