世界上光斑穩(wěn)定性半導(dǎo)體激光器

激光光束由于其良好的方向性、高亮度及高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。例如在在生物成像中，激光器的光束穩(wěn)定性及光斑質(zhì)量是關(guān)系到精密成像系統(tǒng)效率的關(guān)鍵性因素。但是激光器由于受其本身的溫度、環(huán)境和噪聲等因素的影響，出射激光光束的方向常會(huì)產(chǎn)生漂移，這一弱點(diǎn)限制了成像儀器的精度表現(xiàn)。

一些對(duì)激光光斑質(zhì)量和穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用：

1、光遺傳學(xué)

激光器要求：常用功率50mW/ 100mW/ 200mW/ 1W/ 10W...；功率密度通常為1~10mW/mm²，激光功率必須大到能夠成功激活視蛋白，考慮到光纖損耗、不同動(dòng)物體內(nèi)視蛋白的表達(dá)程度、組織損傷閾值等，功率可調(diào)是必須的（典型20mW~100mW）。隨著時(shí)間不變的功率穩(wěn)定性很重要，因?yàn)樵囼?yàn)可以運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)，必須排除功率變化對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。一般而言必須<2%.

2、流式細(xì)胞術(shù)

激光器要求：高穩(wěn)定性，低噪聲，定制光斑

流式細(xì)胞術(shù)通常采用折射和衍射裝置得到一個(gè)橢圓形激光光斑，光斑內(nèi)激光能量成正態(tài)分布，使通過(guò)激光檢測(cè)區(qū)的細(xì)胞受照強(qiáng)度一致。把聚焦的光束打到一個(gè)流動(dòng)的，且小于100μm寬的樣品上，為了從流動(dòng)的目標(biāo)上得到有意義的數(shù)據(jù)，這樣就必須保證探測(cè)器和光源具有非常好的穩(wěn)定性，它們兩個(gè)中任何一個(gè)有移動(dòng)的話，都會(huì)產(chǎn)生圖像抖動(dòng)和降低分辨率。

3、熒光顯微成像技術(shù)

激光器要求：高穩(wěn)定低躁，光纖耦合，高光斑質(zhì)量

用于共聚焦的激光光源光斑質(zhì)量要求比較高，通常是單模（獲得聚焦光點(diǎn)），線偏振（可調(diào)功率），因?yàn)闄z測(cè)微弱的熒光信號(hào)，而熒光的轉(zhuǎn)換效率一般在萬(wàn)分之幾的水平，所以當(dāng)激發(fā)光遠(yuǎn)的波動(dòng)或噪聲比較大的時(shí)候，將嚴(yán)重干擾熒光信號(hào)的檢測(cè)。所以，對(duì)于激光器的噪聲和功率波動(dòng)都要求比較嚴(yán)格。 只有保證激光源和光路上的所有的光學(xué)機(jī)械元件漂移最小化時(shí)，超高的分辨率才可能實(shí)現(xiàn)。

4、基因測(cè)序

激光器要求：高功率和波長(zhǎng)穩(wěn)定性，光斑均勻性好

基因測(cè)序、PCR儀等應(yīng)用常用波長(zhǎng)（488 nm、514 nm和532 nm，以及640 nm或660 nm的紅色）

可靠性：某些測(cè)序技術(shù)，特別是針對(duì)全基因組的應(yīng)用領(lǐng)域，均需要連續(xù)運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)數(shù)天。如果激光器出現(xiàn)性能故障或者暫時(shí)性性能偏差，就會(huì)連累整個(gè)數(shù)據(jù)集，導(dǎo)致其價(jià)值全無(wú)。因此，市場(chǎng)非常保守，不會(huì)對(duì)未經(jīng)驗(yàn)證的激光器技術(shù)感興趣。

OEM能力：雖然技術(shù)已取得巨大進(jìn)步，但測(cè)序仍然是一個(gè)活躍的初期市場(chǎng)，具有難以估量的技術(shù)多樣化可能性。更重要的是，激光器需要作為一個(gè)可靠組件使用，而不是一個(gè)創(chuàng)新性的解決方案。這就要求激光器制造商必須生產(chǎn)出系列豐富的現(xiàn)成激光器和光束傳輸/光束合成產(chǎn)品，并有能力提供擴(kuò)展范圍寬廣的客制化系統(tǒng)，方可有力支持此行業(yè)的發(fā)展。儀器制造商常常尋找整合型激光器和光束傳輸解決方案，有時(shí)還希望產(chǎn)品可以提供多種激光波長(zhǎng)。

解決方案

為了克服半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量一般，受溫度的影響較大的問(wèn)題，德國(guó)的QIOPTIQ公司推出的iFLEX激光器采用閉環(huán)調(diào)制電路以及主動(dòng)溫度及電流控制功能，長(zhǎng)時(shí)間功率穩(wěn)定性達(dá)到了8h<0.5%。出射激光通過(guò)準(zhǔn)直后單模保偏光纖輸出，改善光束質(zhì)量和穩(wěn)定性（M2<1.1,發(fā)散角接近衍射極限，光束指向穩(wěn)定性<1μrad/℃）。

針對(duì)生物成像領(lǐng)域常用的波長(zhǎng)（488 nm、532 nm，以及640 nm等）推出的Viper一體化光電引擎，使用五個(gè)波長(zhǎng)專用的即插即用輸入接口，將多個(gè)激光器的輸出合成到單個(gè)輸出光纖中。提供了現(xiàn)成的模塊化解決方案，以便在光纖傳輸中實(shí)現(xiàn)即插即用的多個(gè)波長(zhǎng)的合成，并使用折射和衍射光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)光束整形。

圖：傳統(tǒng)4激光光路對(duì)比4激光引擎，光路更簡(jiǎn)單可靠！