激光光源

—以国际化、新产业化为目标，产学联合共同制订纲要— 在NEDO项目中，大阪大学和岛津制作所以扩大可见光半导体激光用途为目的实施合作研发，开发出领先世界的高辉度型与超小型3原色激光光源，并对这两种激光光源模块做装机实验进行了性能评价。 此外，还以大阪大学为中心成立产学合作组织，制定了与光源相关的安全性纲领文件。今后，将继续开展活动推进其实用普及，引导纲领文件的学习，支持国际标准化提案，实现新工业化目标。图1 领先世界水平的高辉度3原色激光光源模块 图2 世界最小型3原色激光光源模块1．概要 在NEDO项目中，大阪大学和岛津制作所联手，利用3原色可见光半导体激光技术，开发出了两种3原色激光光源模块。一种用于高辉度显示装置、激光照明领域，是该领域目前辉度最高的模块（如图1）；另一种用于扫描型激光投射，是可单光纤输出的目前世界最小尺寸的超小型模块。 将上述模块装入9家制造商的设备后，对其进行性能评价。评价结果显示，与LED等其他光源相比，无论是小型化、节能性还是颜色重现性等各方面，激光光源都有其独特的优势。 从这一激光特性来看，可望其未来应用前景相当广泛，从智能手机、笔记本终端等小型电器，到几十米高的剧场、建筑物投射等的大型放映装置皆可应用。 针对限制了激光应用普及的特性及安全性问题，2014年，大阪大学（光学中心、副主任、特聘教授 山本和久）作为发起人，成立了可见光半导体激光应用协会，近期，制订了相应的3原色激光光源模块的性能指标、可靠性及安全性纲领文件，完善了可见光半导体激光技术应用的基础。今后，将继续推进可见光半导体激光的应用普及活动，推进纲领文件学习，支持国际标准化提案，实现新工业化目标。 此外，2016年3月14日在日本桥生命科学中心，由可见光半导体激光应用协会、大阪大学科学中心以及NEDO共同举办的“可见光半导体激光应用研讨会”也对这些成果进行介绍。2.最新成果（1）领先世界水平的高辉度型和超小型3原色激光光源双双诞生 最新开发的高辉度型3原色激光光源模块，用于高辉度显示计及激光照明用途，红、绿、蓝三色激光都具有超10W的高输出功率，实现了领先世界的高辉度（如图3）。超小型3原色激光光源模块用于扫描型激光投射，主体部分仅有0.5cc大小,堪称目前世界最小尺寸。通过调节绿色波长，这些光源可再现自然色（如图4）。图3高辉度型模块特性检测实例 图4超小型模块特性检测实例 近些年，一些投影设备开始采用激光作为光源。电影院、大厅等场所对辉度要求不断增高，有时必须达到10000lm以上的辉度（全光束），但10000lm以上光源目前最常使用的是氙灯和高压汞灯，LED无法实现如此高的辉度。 最新的高辉度模块，利用3原色半导体激光（SHG型除外）可以实现10000lm级以上的高辉度。小型高辉度半导体激光有望在影院级的大型投影仪上投放使用，不仅能提供高清大画面，还能节约电力消耗。 个人、家庭使用的小型投影仪由于几乎没有光线扩散，因此利用激光投影可以不受投影面的距离、形状限制，获得清晰图像。例如，如果内置于智能手机，则可以轻松地在墙面上投射出清晰画面。此外，这种特点也可用于人眼方面，如未来可用于开发头戴式显示器（HMD），使用强度对人眼无害的激光直接对视网膜进行扫描，即使患有近视的人群，也可以看到清晰图像。超小型模块应用需求广泛，今后会继续朝着更加小型化的方向发展。 最新技术优势众多，通过调节内置的半导体激光元部件的数量，可以灵活地满足大规模高输出需求或小规模低输出需求，还可利用光纤实现光源和发光部分分离等。例如，应用于汽车头灯，不仅可对前方照明度和照射位置进行调节，还可随意选择光源本身的安装位置。（2）可见光半导体激光应用协会的设立、运营以及纲领文件的制定 可见光半导体激光应用协会以大阪大学为主体，主要探讨有关3原色激光光源模块的规格、性能指标以及可靠性、搭载产品的安全性等课题，在项目进行期间已制订完成了6项纲领文件。该组织还由其他51家相关机构组成，包括市场上8成的相关行业元件装置生产商及机器生产商、大学研究机构等。 该协会正在就确保激光对人眼安全性的技术标准进行探讨，激光安全性制约着可视化半导体激光的应用。此外，还将致力于解决激光成像技术中的问题——散斑现象。散斑现象，形成于激光扫描投影时，是正常画面中混入干扰图样后无法准确反映画面的现象。现在，以大阪大学为中心，开发了可靠的散斑图检测技术，在此基础上制定了视觉上能够允许的散斑标准。 以上6种纲领文件将逐步公布，该项目合作完成后还将各自推进国际标准化方案提出进程。 图5 散斑；激光干涉图样 图6散斑检测装置关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。 更多信息请关注岛津公司网站www.shimadzu.com.cn/an/ 。 岛津官方微博地址http://weibo.com/chinashimadzu。岛津微信平台

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