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，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產(chǎn)生漂移，這一弱點限制了成像儀器的精度表現(xiàn)。

一些對激光光斑質(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、不同動物體內(nèi)視蛋白的表達程度、組織損傷閾值等，功率可調(diào)是必須的（典型20mW~100mW）。隨著時間不變的功率穩(wěn)定性很重要，因為試驗可以運行幾個小時，必須排除功率變化對于實驗結(jié)果的影響。一般而言必須<2%.

2、流式細胞術(shù)

激光器要求：高穩(wěn)定性，低噪聲，定制光斑

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

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），線偏振（可調(diào)功率），因為檢測微弱的熒光信號，而熒光的轉(zhuǎn)換效率一般在萬分之幾的水平，所以當(dāng)激發(fā)光遠的波動或噪聲比較大的時候，將嚴重干擾熒光信號的檢測。所以，對于激光器的噪聲和功率波動都要求比較嚴格。 只有保證激光源和光路上的所有的光學(xué)機械元件漂移最小化時，超高的分辨率才可能實現(xiàn)。

4、基因測序

激光器要求：高功率和波長穩(wěn)定性，光斑均勻性好

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

可靠性：某些測序技術(shù)，特別是針對全基因組的應(yīng)用領(lǐng)域，均需要連續(xù)運行長達數(shù)天。如果激光器出現(xiàn)性能故障或者暫時性性能偏差，就會連累整個數(shù)據(jù)集，導(dǎo)致其價值全無。因此，市場非常保守，不會對未經(jīng)驗證的激光器技術(shù)感興趣。

OEM能力：雖然技術(shù)已取得巨大進步，但測序仍然是一個活躍的初期市場，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可靠組件使用，而不是一個創(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，有時還希望產(chǎn)品可以提供多種激光波長。

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題，德國的QIOPTIQ公司推出的iFLEX激光器采用閉環(huán)調(diào)制電路以及主動溫度及電流控制功能，長時間功率穩(wěn)定性達到了8h<0.5%。出射激光通過準(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/℃）。

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

圖：傳統(tǒng)4激光光路對比4激光引擎，光路更簡單可靠！