激光源

如今，用激光进行塑料焊接（Plastic Welding）以及锡焊（Soldering）已是一种十分常见的加工方法。非接触性、高自由度、高速度、高精密是此类方法的突出优点。然而，需要达到理想的焊接效果，怎样的加工条件是最好的？我们都知道，假如使用放大镜将光聚焦在一张纸上，如果纸是黑色的，就很容易被点燃，白色的则相对困难，这是由其温度升高情况不同而造成的。激光加工也是一样，拿塑料焊接来说，待加工的塑料往往颜色、厚度各异，如果不去测量加工过程中物体表面的温度，则难以准确判定是否达到了预期的加工效果。对于新的待加工物来说，找到理想的加工条件就将花费很多时间。 可以说，温度信息是缩短寻找最佳加工条件周期的一项重要参数。以前，加工操作和合格判定多是通过交由经验丰富的工人来获得保障。但这种依赖于“人”的模式，显然不能满足工业发展的需求。如果能把握温度信息的反馈，就可实现“可视化”，即便是经验尚浅的人，也能进行精确高效的加工。那么，我们要如何获取此信息呢？ 将温度信息一滴不差的收起来 获得温度信息的唯一方法，是测量来激光自加工过程中的红外光强度。但这里我们需要捕捉的，是高能量激光中那缕极其微弱的红外光，前后者的强度比率大约是一亿比一。常规操作是无效的，拥有极高灵敏度的弱光探测器才能派上用场。此外，红外光产生与物体被照的位置是一致的。想要精确测量，观测点和照射点的形状、位置都须做到同步。然而，受制于工艺水平，目前市面上许多此类激光器的该两部分是分离的，使用时主要通过一些人为的调试来尽可能保障效果，易用性和精确性都不够理想。 而滨松激光加热光源LD-HEATER及SPOLD，可以将以上问题都解决。滨松激光加热光源将激光照射和红外探测都集成在了同一个激光头中。因此，不必进行光轴调整，照射和探测就可完美的同步进行。由于照射光和监控信息的光程相同，所以不管大小、近远、光的形状，观测到的都是相同的。而滨松本身十分擅长微弱光的探测，探测器的灵敏度即可以得到很好的保障。高精度的实时温度监测技能加身后，会有怎样的直接变化呢？曾有客户反馈，在以前，新待加工物从试生产到批量生产，需半年左右（包括修正模具的时间）。配备滨松LD-HEATER后，大概仅需1/3的时间就可完成。如今，已有激光加热光源设备在客户的产线中工作了10年，且保持了0故障率。如此超高的稳定性，也为带来了生产效率的提升。 LD-HEATER和SPOLD有何不同？ 这里我们提到了两个不同的名字，LD-HEATER以及SPOLD。同是激光加热光源的它们有什么不同呢？ LD-HEATER是多功能的，实时温度监测功能为其标准配置，适用于试生产时期的加工条件寻找，以及问题分析。秉承即使是不完全了解激光的人都可以使用的理念，滨松工程师在开发时也考虑了足够的安全性。而SPOLD更低廉、更小巧、更多产品系列，易于在大规模生产现场使用。它是尽可能简化了的光源，以期能集成到其他的设备中。 不过，两者在许多核心的基本性能上是相同的。除了上述的高稳定性外，最为突出的则是其内部均配备了光束整形系统，输出的直接为平顶光，保证了加工的高效以及高度均匀性。如今某球知名的智能腕表生产商已将此系列激光加热光源置入了其产线中，其焊接达到的高防水性则让客户十分满意。此外， OLED屏的焊接也是目前的一个典型应用，其可进行高质量的无损拆解，这也源于激光器核心性能的保障。 简单来讲，LD-HEATER与SPOLD在生产的不同阶段扮演着不同的角色。在LD-HEATER给出加工条件后，可将相对低成本以及内嵌式的SPOLD配备入大规模生产系统，以保障已确定的加工条件与预期相同。而一旦实际生产中出现问题，也可以继续使用LD-HEATER找到问题所在。 不过，并不是所有SPOLD都配备了实时温度监测功能，客户可根据自身的需求进行选配。而此功能发挥的作用与LD-HEATER的也不尽相同，我们将此称为LPM（Laser Process Monitor，激光过程控制器）。 低成本，实现批量生产时的加工质量监控 一般来讲，激光加工的时间很短，在线探测异常并尽快做出反应非常重要。在实际生产现场，可能会发生很多难以直接察觉的未预料到的事情，比如设备或磨具状态的变化。而这些变化很可能导致待加工材料随着时间而改变，进而影响到最终的加工效果。而通过温度差异则可探知异常的发生，装配了LPM的SPOLD在加工中就可实现这样监测。 滨松目前提供3款配备LPM的SPOLD：L11785-61M，L12333-411M/-511M LPM采集由热产生的红外光后，可输出相应的模拟信息。如果加工出错，红外光的强度就会改变，LPM输出值也会不同。也就是说，其可以提供的是一个信息对比。如果是稳定的设备和材料，执行稳定正确的加工过程，输出信号也将是稳定的。一旦出现异常的信号，则可判定加工过程存在异常。 不过LPM并不是一个单独的模块，只能装配在SPOLD中才可很好的发挥作用。带有LPM的SPOLD只通过一根光纤来同步完成激光照射与红外探测，同样不用进行调整，也能确保加工区域和红外光信息获得区域是统一的。 当然，滨松也提供不带有LPM的SPOLD产品，可实现更低的成本，以及更小的体积。 不带有LPM的SPOLD系列：L11785,L13920 除了性能优异的产品外，由于产品研发是从应用端开始着手的，滨松对于不同材料之间的加工工艺非常熟悉，因此还可向客户提供帮助进行工艺选择的增值服务。 滨松最早的激光技术起源于激光核聚变的研究。为实现激光核聚变的能源开发，滨松与大阪大学的激光工程学院合作，共同推进用于固态激光激发的高功率输出LD的研发，在不断成熟的过程中，滨松也希望将自身的激光技术带入产业应用中。以此为原点，便积极推进了各种激光技术的研发。结合自身在光子技术应用中的广阔视野和经验，以期为激光技术打开新的应用领域。

众所周知，传统的辐射校准光源，如氘灯、石英窗卤素钨灯、长弧氙灯等无法在200 nm-800 nm范围内保持较高的输出，并且在使用100小时或更短时间后需要进行重新校准，在使用500小时后还需要更换灯泡。图1 LDLS与其他传统光源的性能对比基于此，Hamamatsu集团旗下的Energetiq公司研发出单点激光驱动光源技术，并将其命名为激光驱动白光光源（Laser Driven Light Source, LDLS），该类光源不仅可以在170nm-2500nm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。激光驱动白光光源（LDLS）激光驱动白光光源（以下简称，LDLS）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2 LDLS发光原理其原理是采用无电极结构，将外置1000 nm左右波长的激光汇聚到光源灯室中，加热氙等离子体至足够高温时发光，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。图3 LDLS产品参数与常见的有氘灯、钨灯、氙灯等传统光源相比，LDLS在亮度、稳定性、UV波长覆盖、寿命上都有很大突破。LDLS性能优势1、高亮度LDLS是高亮度光源，可以将光源压缩成一个极小的点，拥有极高的功率密度，超小光点成像（～0.1 mm）变得更容易，也更容易耦合进光纤、光谱仪等各种光学设备。适用于成像应用和测量诸如微芯片、生物细胞等精密测量样本的应用。图3 氙灯光源灯焰与LDLS灯焰比较2. 宽光谱范围LDLS光谱分布涵盖了深紫外—可见光—近红外的光谱范围（170nm-2500nm），光谱分布平坦相比于传统光源在深紫外波段光谱有极高光谱强度（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LDLS具有超长灯室寿命，超9000小时典型时长（低耗材成本），与传统光源（氙灯、氘灯、卤钨灯）相比校准时间间隔更长、漂移更低。图6 LDLS光源寿命4. 高稳定性LDLS 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 µ m；垂直方向—0.094 µ m。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

p strong 　　一、 拉曼光谱仪设备的市场展望 /strong /p p 　　作为在分子光谱领域中发展最快的设备，拉曼光谱仪正在成为当前仪器行业的焦点之一。 在早期阶段，拉曼光谱分析设备一直是高端实验室用仪器的代表 然而随着激光器、CCD检测器等技术的进步，便携和手持式的设备成为了拉曼分析仪器一个新的发展趋势——设备体积越来越小，操作越来越简单，应用也越来越广泛。最近两年，由于安防、海关等领域现场快检的需求增加，国内的便携/手持式的拉曼设备的市场迎来了迅速的增长。我们相信在未来的数年内，随着技术方案的成熟、设备成本的进一步降低以及国家政策法规的完善，公安部门、食品安全、药品检测等几大领域的应用也会逐渐成熟 届时，便携/手持式拉曼光谱仪的应用会出现真正的突破，出现爆炸式的市场增长。 /p p strong 　　二、 便携式拉曼光谱仪关键部件概述 /strong /p p 　　一台完整的拉曼光谱仪通常由激光器(光源)、样品外光路、色散系统、信号接收系统和信息处理系统几大部分组成。 strong 相对于高端的实验室系统，便携式拉曼设备的内部部件更简单且模块化程度更高，其关键的零部件包括光源模块、光谱仪模块以及拉曼探头三样。仅针对便携式拉曼设备的应用来说，以上几个关键部件国内外厂商的技术水平相差已经不大，国产产品基本能达到国外同类优秀产品的水平，并且具有更高的性价比 /strong 。在拉曼光谱的核心器件——激光光源领域，近年来国内已经出现了一些优秀的供应商，深圳市大族锐波传感科技有限公司便是其中之一。 /p p strong 　　三、 大族锐波拉曼激光光源产品介绍 /strong /p p 　　深圳市大族锐波传感科技有限公司是一家光电传感领域的高新技术企业，致力于提供高端光电传感产品与系统。公司由上市企业大族激光科技产业集团股份有限公司和海归技术团队于2015年5月共同发起设立，并引入了多家机构投资者注资。公司位于深圳市南山区高新技术产业园，目前注册资本人民币1亿元。大族锐波在传感用高性能半导体激光器领域具有领先的技术与丰富的经验。公司的技术团队曾最早在国内成功开发出应用于便携式拉曼光谱设备的785nm窄线宽半导体激光器，突破国外垄断，且产品的性能指标不逊色于国际同行的同类高端产品。针对当前拉曼光谱分析仪器领域的应用，大族锐波传感推出了以下数款半导体激光器光源产品： /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 785nm窄线宽激光器.png" style=" HEIGHT: 291px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/4d1205f6-1aeb-490f-9d65-d5308db26e11.jpg" width=" 300" height=" 291" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 785nm窄线宽激光器 /strong /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 　　785nm窄线宽激光器是一款基于外腔设计的蝶形封装激光器。由于独特的腔体设计，产品具有非常好的波长温度稳定性、窄谱线线宽、高边模抑制比等特点。该激光器的标准封装是14引脚的蝶形管壳，由Bragg体光栅来实现中心波长的稳定和低温依赖性。其它封装形式也可以根据客户需求提供。该产品非常适用于拉曼光谱、传感、医疗以及其他测量等领域的应用。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 　　除了具有拉曼光谱分析所要求的窄线宽(0.08nm)、稳定波长(785± 0.5nm)输出外，产品可根据客户的需求提供不同规格的稳定功率输出：最高输出功率可达600mW以上 低功耗的型号则具有非常低的阈值电流 (~200mA的阈值电流，指标领先于国外同类器件)，尤其适用于便携或手持式拉曼分析仪的应用。 /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 785nm窄线宽激光器模块.png" style=" HEIGHT: 263px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/1d0a697e-a481-4d13-9149-909bb3b0559e.jpg" width=" 300" height=" 263" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 785nm窄线宽激光器模块 /strong /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 　　激光器模块内置大族锐波生产的窄线宽激光器，通过专有的电路驱动设计实现稳定快速的激光驱动。该款激光模块体积小，固件升级灵活，具有风冷或无风冷选择、标准USB接口和TTL接口。该产品非常适用于拉曼光谱、传感、医疗以及其他测量等领域的应用。可根据客户的需求提供定制服务，并提供相应的技术支持。 /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 785nm单模激光器.png" style=" HEIGHT: 261px WIDTH: 300px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/1714aca5-30dc-4207-b7ab-5de53a7d34a6.jpg" width=" 300" height=" 261" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 785nm单模激光器 /strong /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 　　产品基于外腔设计，由Bragg体反射体光栅形成的外腔反馈保证了稳定的中心波长和低温依赖性。由于独特的腔体设计，该款激光器能输出高质量的单模光束，并具有非常窄的谱线线宽和高边模抑制比。高质量的单模高斯光束可以有自由空间窗口输出和单模光纤耦合输出两种输出模式。该产品适用于如拉曼显微光谱分析等领域的应用。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 　　目前我司的数款拉曼光源激光器件及模块产品均获得了客户的认可与好评，主推的785nm窄线宽激光器模块已经被国内领先的拉曼设备生产商采用，应用在其便携式设备之中。 /span /p p strong 　　四、 大族锐波未来发展规划及对于拉曼仪器行业的期望 /strong /p p 　　在拉曼光谱之外的其他领域，大族锐波也陆续推出了多款高性能的传感用激光器产品，如1550nm单频激光器，1064nm单模激光器等。依托海外高层次技术团队拥有的核心技术和大族激光在传感领域的发展战略布局，大族锐波希望以光电传感的关键技术为切入点，研发、设计、生产和销售应用于光学传感、环境监测、工业检测等领域的集成光电传感器产品。公司将在激光器器件及模块产品的基础上不断投入和发展，目标是经过三到五年时间的成长，在国内或国外资本市场上市，进一步发展成为国际光电传感技术的领导企业之一。 /p p 　　现场快检是仪器行业的一个前景巨大且发展迅速的方向，我们十分看好便携式和手持式拉曼光谱设备在各个快检领域的应用。在该方向，国产的拉曼设备厂商已经开始奋起直追，产品性能和进口设备的差距将越来越小，并且性价比更具有优势。在未来，除了期待拉曼设备厂商在技术上不断进步、追赶达到国外产品的先进水平外，同时也希望针对行业应用的方案商能更好的配合终端用户需求，提供更加成熟的应用解决方案。我们期待能和拉曼领域的各个设备厂家和解决方案提供商进行深度细致的交流，获得该领域的前沿发展方向的信息，尤其是对激光光源产品的改进需求，以便于更加针对性地开发合适的产品，为国产拉曼行业的发展贡献一份力量。 /p p style=" TEXT-ALIGN: right" （ span style=" FONT-FAMILY: 楷体,楷体_GB2312, SimKai" 市场工程师 王睿 /span ） /p