拉曼——如何挑選合適的拉曼激光器

譜線寬度、頻率穩(wěn)定性、光譜純度、光束質(zhì)量、輸出功率和功率穩(wěn)定性、光隔離。此外，還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性、魯棒性、可靠性、壽命和成本結(jié)構(gòu)。

最終，在選擇的拉曼激光器時，緊湊性、魯棒性、可靠性、壽命和成本結(jié)構(gòu)是需要考慮的重要參數(shù)。拉曼儀器已經(jīng)發(fā)展成為許多科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)分析工具。用戶希望在不需要服務(wù)或交換激光源的情況下進(jìn)行多年的常規(guī)實(shí)驗(yàn)或過程監(jiān)測測量。在越來越多的情況下，儀器還必須在惡劣的工業(yè)環(huán)境中操作。

由于這些原因，目前大多數(shù)拉曼系統(tǒng)配備的是固態(tài)激光器，而不是氣體激光器。今天，經(jīng)過驗(yàn)證的緊湊固態(tài)激光器的工作壽命可達(dá)10,000小時，滿足的光學(xué)性能要求，可用于拉曼光譜常用的所有波長范圍。

圖4.Cobolt激光器

基于固體的連續(xù)波激光源，通常用于拉曼光譜可分為三類:

• i ) 二極管泵浦激光器:SLM(單縱模)
• ii ) 單模二極管激光器:DFB(分布式反饋)或DBR(分布式布拉格反射)
• iii) VBG穩(wěn)頻二極管激光器

這些激光技術(shù)覆蓋不同的波長區(qū)域，在光學(xué)性能上有顯著的差異，下面解釋。

• i ) DPL激光器（SLM）通過內(nèi)置的非線性晶體實(shí)現(xiàn)光頻轉(zhuǎn)換，很容易在小體積內(nèi)獲得從紫外到近紅外的激光。在近紅外波段，1064nm的功率級甚至可達(dá)幾瓦。在可見范圍內(nèi)，在藍(lán)綠紅區(qū)域(660、640、561、532、515、491、473、457 nm)有大量的譜線可用，輸出功率為幾百mW。紫外可實(shí)現(xiàn)的功率水平稍低，例如在355nm可以做到10 ~ 50mW。這些激光器提供優(yōu)良的TEM00光束，非常精確的波長，低漂移，單頻線寬通常遠(yuǎn)低于1MHz。這些激光器也具有非常高的光譜純度，通常SMSR大于60dB，可達(dá)主峰附近pm量級。在鄰近的激光線上可能會出現(xiàn)低水平的發(fā)射，但它們離主峰偏移了幾個納米，因此很容易通過集成介質(zhì)帶通濾波器來消除。波長穩(wěn)定性天生就很好。

Cobolt Samba TM - 532 nm Typical Beam Profile - M 2 < 1.1

圖5.Cobolt Samba光束質(zhì)量、光譜純度、集成TEC溫控安裝板后的波長穩(wěn)定性。Cobolt Jive 20-50℃內(nèi)的波長穩(wěn)定性。

• ii ) 單模二極管激光器提供非常緊湊和成本高效的光源，具有單頻線寬(<1 MHz)和單橫模波束質(zhì)量。在紅色到近紅外波段有許多波長可用，輸出功率可達(dá)幾百mW和MHz的線寬。的波長為785、830、980和1064 nm。邊帶發(fā)射限制這些激光器的SMSR到周圍50dB，通常在離主峰100pm的地方達(dá)到。
• iii) VBG穩(wěn)頻二極管激光器。使用了窄線寬的VBG(體積布拉格光柵)元件和一個二極管激光發(fā)射器，實(shí)現(xiàn)了DFB或DBR無法實(shí)現(xiàn)的窄線發(fā)射波長。通過頻率鎖定多橫模二極管激光器，也可以在更高的功率水平上實(shí)現(xiàn)窄帶線寬發(fā)射。為了在輸出波長和線寬方面獲得高的穩(wěn)定性，需要精密的熱機(jī)械控制和激光內(nèi)部的高精度校準(zhǔn)，特別是在不同溫度下。線寬范圍從單頻發(fā)射到幾十pm，取決于波長和輸出功率。而且，與其他二極管激光器一樣，MSR被限制在接近主峰40-50分貝。通過集成一個濾光片，可以提高到60-70分貝，在距離主峰1-2 nm處。

圖6.Cobolt 08-NLD 785 nm 500 mW激光器在不同溫度下譜線寬度的穩(wěn)定性和光譜特性與(黃色)和(粉紅色)集成帶通濾波器

Cobolt激光技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是什么?它們是如何應(yīng)用于拉曼光譜的?

Cobolt為拉曼行業(yè)提供二極管泵浦SLM激光器(DPL)和VBG穩(wěn)定的二極管激光器。這兩種激光類型在安裝和固定單獨(dú)的光學(xué)元件時都要求的精度。因此，只有采用的光學(xué)制造技術(shù)組裝，并對熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力具有可靠的彈性，才能實(shí)現(xiàn)這種激光器的可靠性能。所有的Cobolt的DPL激光器和VBG穩(wěn)定的二極管激光器都是由公司專有的HT-Cure™技術(shù)，它是將微型化光學(xué)器件高溫烘烤，高精度地安裝在熱機(jī)械穩(wěn)定、密封良好的封裝中。這種方法已被證明可以提供高度可靠的激光器，可以耐受100℃以上的重復(fù)熱沖擊和60 G（重力加速度）以上的機(jī)械沖擊。

Cobolt 08-01系列緊湊SLM和窄線寬激光器是專門為拉曼光譜應(yīng)用而設(shè)計的。該產(chǎn)品平臺承載二極管泵浦SLM激光器(08-DPL)和VBG穩(wěn)定的二極管激光器(08-NLD)封裝緊湊和密封。該模塊具有集成的電子和可選的光隔離器。輸出光束準(zhǔn)直自由空間或耦合到多模或單模光纖中。可用波長有405 457 473 488 515，532、561、633 638 660 785和1064 nm。

拉曼元件及系統(tǒng)