世界上光斑稳定性最好的半导体激光器

发布时间:2018-05-10 09:37:07

世界上光斑稳定性最好的半导体激光器



激光光束由于其良好的方向性、高亮度及高稳定性等优点,在许多领域获得广泛应用。例如在在生物成像中,激光器的光束稳定性及光斑质量是关系到精密成像系统效率的关键性因素。但是激光器由于受其本身的温度、环境和噪声等因素的影响,出射激光光束的方向常会产生漂移,这一弱点限制了成像仪器的精度表现。

一些对激光光斑质量和稳定性要求较高的应用:

1、光遗传学

激光器要求:常用功率50mW/ 100mW/ 200mW/ 1W/ 10W...;功率密度通常为1~10mW/mm2,激光功率必须大到能够成功激活视蛋白,考虑到光纤损耗、不同动物体内视蛋白的表达程度、组织损伤阈值等,功率可调是必须的(典型20mW~100mW)。随着时间不变的功率稳定性很重要,因为试验可以运行几个小时,必须排除功率变化对于实验结果的影响。一般而言必须<2%.

2、流式细胞术

激光器要求:高稳定性,低噪声,定制光斑

流式细胞术通常采用折射和衍射装置得到一个椭圆形激光光斑,光斑内激光能量成正态分布,使通过激光检测区的细胞受照强度一致。把聚焦的光束打到一个流动的,且小于100μm宽的样品上,为了从流动的目标上得到有意义的数据,这样就必须保证探测器光源具有非常好的稳定性,它们两个中任何一个有移动的话,都会产生图像抖动和降低分辨率。

3、荧光显微成像技术

激光器要求:高稳定低躁,光纤耦合,高光斑质量

用于共聚焦的激光光源光斑质量要求比较高,通常是单模(获得最佳聚焦光点),线偏振(可调功率),因为检测微弱的荧光信号,而荧光的转换效率一般在万分之几的水平,所以当激发光远的波动或噪声比较大的时候,将严重干扰荧光信号的检测。所以,对于激光器的噪声和功率波动都要求比较严格。 只有保证激光源和光路上的所有的光学机械元件漂移最小化时,超高的分辨率才可能实现。

4、基因测序

激光器要求:高功率和波长稳定性,光斑均匀性好

基因测序、PCR仪等应用常用波长(488 nm514 nm532 nm,以及640 nm660 nm的红色)

可靠性:某些测序技术,特别是针对全基因组的应用领域,均需要连续运行长达数天。如果激光器出现性能故障或者暂时性性能偏差,就会连累整个数据集,导致其价值全无。因此,市场非常保守,不会对未经验证的激光器技术感兴趣。

OEM能力:虽然技术已取得巨大进步,但测序仍然是一个活跃的初期市场,具有难以估量的技术多样化可能性。更重要的是,激光器需要作为一个可靠组件使用,而不是一个创新性的解决方案。这就要求激光器制造商必须生产出系列丰富的现成激光器和光束传输/光束合成产品,并有能力提供扩展范围宽广的客制化系统,方可有力支持此行业的发展。仪器制造商常常寻找整合型激光器和光束传输解决方案,有时还希望产品可以提供多种激光波长。

解决方案

为了克服半导体激光器光束质量一般,受温度的影响较大的问题,德国的QIOPTIQ公司推出的iFLEX激光器采用闭环调制电路以及主动温度及电流控制功能,长时间功率稳定性达到了8h<0.5%。出射激光通过准直后单模保偏光纤输出,改善光束质量和稳定性(M2<1.1,发散角接近衍射极限,光束指向稳定性<1μrad/℃)。

针对生物成像领域常用的波长(488 nm、532 nm,以及640 nm等)推出的Viper一体化光电引擎,使用五个波长专用的即插即用输入接口,将多个激光器的输出合成到单个输出光纤中。提供了现成的模块化解决方案,以便在光纤传输中实现即插即用的多个波长的合成,并使用折射和衍射光学元件实现光束整形。

图:传统4激光光路对比4激光引擎,光路更简单可靠!


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