传统氦镉激光器迭代新思路：DPSS 紫外激光器替代方案
上世纪60年代Ar氩离子激光器，70年代HeCd氦镉激光器进入市场，长期供应于351.5nm和325nm应用市场。而进入21世纪，其市场逐渐被DPSS半导体泵浦全固态激光器替代与升级。本文以英国Skylark Lasers公司320NX和349NX为例从多个角度进行阐述：
Skylark NX系列全固态激光器的产品参数表
| 型号 | 320 NX | 349 NX |
|---|---|---|
| 波长 | 320nm | 349nm |
| 平均功率 | 最高200mW | 最高300mW |
| 光谱带宽 | < 500 kHz | |
| 空间模式 | TEM00 | |
| 光谱稳定性 | ± 0.2 pm（运行 8 小时） | |
| 相干长度 | >100m | |
| 功率稳定性 | ≤ 2.0 %（运行 8 小时） | |
| 输出功率噪声 | ≤ 0.3 % RMS (10 Hz ‒ 10 MHz) | |
| 发散角 | 1.0 mrad，衍射极限 | |
| 输出孔径处光束直径 | 1.0 - 1.5 mm | |
| 光束指向稳定性 | ≤ 5 μrad/°C | |
| 激光头尺寸 | 325x200x90 mm | |
| 光束高度 | 59.0mm | |
从激光波长的角度看：
320NX输出波长320nm的DPSS推荐替代325nm的HeCd激光
349NX输出波长349nm的DPSS推荐替代351.5nm的Ar激光
从光致荧光PL等光谱激发角度看DPSS激光波长稍短则光谱激发范围和效率均稍有增加，从紫外全息或光刻的角度看对于同样的感光材料而言其波长效率也稍有增加。
激光功率与激光能耗：
| HeCd laser | 320 NX | |
|---|---|---|
| 激光功率 | 50 mW | 200 mW |
| 能耗 | 700 W | 50 W |
| Ar laser | 349 NX | |
|---|---|---|
| 激光功率 | 50 mW | 300 mW |
| 能耗 | 2000 W | 50 W |
很明显Skylark Laser的NX系列全固态激光器激光输出功率高了4-6倍，无论是对于光谱激发，还是对于全息与光刻等而言信号强度与产量均有质的提升。另一方面，在激光功率大幅提升的前提下，激光能耗有了10到40倍的降低。功率高的同时能耗低对于全息，光刻，半导体晶圆检测等工业应用尤其重要。究其原因除了全固态激光自身转换效率高带来的能耗低之外，还有一点是对于Ar和HeCd激光器而言，散热本身就是一个能耗大户的因素。我们知道Ar和HeCd这样的气体激光器其能量转换效率低则会有大量的废热需要处理，处理方法就是Ar激光器的水冷散热，HeCd激光器的风冷散热，而散热环节的附加能耗本身就是此类气体激光器的能耗大户。再进一步分析，全息/光刻/晶圆检测等应用一般都在一个相对封闭的洁净空间内进行，激光器本身大量热量散佚到空间内仍需要客户考虑额外的空间与空调应对，而Skylark的NX系列全固态激光器能耗仅仅50W,尚不及一台电脑的发热量则无此问题。
波长精度与光谱稳定性：
由表格观察Skylark 的NX系列紫外全固态激光器激光线宽窄到300kHz，也就是相干长度大于100米，光谱稳定性也超高：± 0.2 pm（运行 8 小时）；
这些指标相比Ar或HeCd气体激光器要提升近百倍，特别适合诸如布里渊散射，拉曼散射，全息与晶圆检测等需要激光线宽狭窄且波长稳定的应用。另外全固态激光没有Ar或HeCd气体激光器的等离子杂线需要处理。
尺寸紧凑：
Skylark的NX系列全固态激光器的外形尺寸是325x200x90 mm; 适合集成进前述所有的应用系统中，而且由于发热很小，客户同时无需操心诸如Ar或HeCd气体激光器要在集成设备中给激光器留大空间，还需要给散热预留大量空间。
长寿命与低维护：
对于Ar或HeCd气体激光器而言，一般以5000小时做为气体激光管换管的周期，而Skylark的NX系列全固态激光器的半导体泵浦激光二极管换管周期是数万小时。
对于数百乃至上千瓦的Ar或HeCd气体激光电源与风扇散热子系统而言，长时间连续工作存在偶发的故障可能。而Skylark的NX系列全固态激光器则无此担忧。
另外对于科研用户而言，以往使用Ar或HeCd气体激光还有过困扰就是由于寒暑假或科研项目的转换可能会数月或半年无需使用激光器，往往再次将气体激光器开机则会发现Ar或HeCd功率输出大幅降低。我司在销售HeCd激光器时均会建议客户每个月至少开机半小时，但可惜的是学校研究室的学生流动很快，定时开机的规定往往无法长期执行。全固态激光器即开即用无此问题。
拥有与使用成本：
A.从单机采购成本来看Skylark Lasers公司的NX系列紫外全固态激光器固然比Ar或HeCd气体稍高，但是如果以单机价格/激光输出功率的单位激光功率购买成本来看，NX系列紫外全固态激光器的单位成本就断崖式领先了。
B.另外再考虑NX系列紫外全固态激光器的50W功耗相比气体激光器大几百到两千瓦级别功耗而言，其能耗成本的节省远远超过电车取代油车。
C. 以NX系列紫外全固态激光器数万工作小时的换管周期对比气体激光器5000小时的换管周期，单位工作小时的折旧成本也大幅领先。全固态激光器的拥有成本每年约比气体和离子激光器低80%。
D.还有一个小点是HeCd激光器中的工作介质镉Cd是重金属，按国家环保法规定是不允许随意处置的，笔者曾为了个别科研客户长期闲置的HeCd激光器联系国内环保单位回收处理而毫无回应，好在HeCd激光器光管密封出色，外壳设计坚固，长期静置是没有泄露风险的。而NX系列紫外全固态激光器符合RoHS环保与回收标准。
总结：
英国Skylark Lasers公司的NX系列紫外全固态激光器在几乎所有功能指标，以及拥有成本，使用与维护简便度上均大幅度超越传统的Ar与HeCd气体激光器。如果您有以下应用需求，Skylark Lasers公司的NX系列紫外全固态激光器是您最佳的替代与升级方案。
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