Was ist eine laserbetriebene Plasmalichtquelle?

Eine laserbetriebene Plasmalichtquelle (LDLS) ist eine breitbandige Hochleuchtkraft-Lichtquelle, bei der ein Laser auf ein Edelgas fokussiert wird, um ein kleines, intensives Plasma zu erzeugen. Diese Lichtquellen zeichnen sich durch hohe Strahldichte, stabile Ausgangsleistung und ein kontinuierliches Spektrum vom tiefen Ultraviolett bis in den nahen Infrarotbereich aus. LDLS-Systeme werden häufig in der Spektroskopie, Bildgebung und Halbleiterinspektion eingesetzt.

Zündung des Plasmas

Die Plasmazündung in einer LDLS beginnt mit einer elektrischen Lichtbogenentladung, die ein kleines Volumen eines Edelgases, typischerweise Xenon oder Argon, ionisiert. Diese anfängliche Zündung erzeugt ein Startplasma. Ein leistungsstarker Dauerstrichlaser (>15 W) wird dann auf diesen Bereich fokussiert, um das Plasma aufrechtzuerhalten und zu stabilisieren, indem kontinuierlich Energie zugeführt wird. Das Ergebnis ist ein kleines, stabiles und räumlich konzentriertes Plasma, das intensives breitbandiges Licht abstrahlt.

Plasmatemperatur

Die Temperatur des Plasmas in einer LDLS kann 10.000 K überschreiten und je nach Gaszusammensetzung, Laserleistung und Systemkonfiguration bis zu 20.000 K erreichen. Diese hohen Temperaturen führen zu einer starken, dem Planckschen Strahler ähnlichen Emission über einen breiten Wellenlängenbereich und begünstigen insbesondere die UV-Emission. Die hohe Plasmatemperatur ist ein zentraler Faktor für die breitbandige spektrale Leistung von LDLS-Systemen.

Plasmagröße

Das in einer LDLS erzeugte Plasma ist typischerweise sehr klein, mit einem Durchmesser von weniger als 200 Mikrometern. Diese kompakte Größe trägt zur hohen Strahldichte des Systems bei und ermöglicht eine effiziente optische Einkopplung in Fasern oder fokussierende Beleuchtungssysteme.

Spektrale Eigenschaften

LDLS-Systeme erzeugen ein kontinuierliches Spektrum, das sich von unter 200 nm im tiefen Ultraviolett (DUV) über den sichtbaren Bereich bis in den nahen Infrarotbereich (NIR) bis etwa 2.000 nm erstreckt. Die Emission ähnelt der eines Schwarzkörpers, weist jedoch aufgrund der hohen Plasmatemperatur eine besonders starke UV-Leistung auf. Das geringe Plasmavolumen unterstützt zudem eine effiziente optische Kopplung und hohe räumliche Kohärenz im Vergleich zu anderen breitbandigen Lichtquellen.

Vorteile gegenüber Xenon-Bogenlampen

Obwohl sowohl LDLS als auch Xenon-Bogenlampen breitbandiges Licht durch ein Edelgasplasma erzeugen, bieten LDLS-Systeme mehrere entscheidende Vorteile:

• Höhere Strahldichte: Das laserfokussierte Plasma in einer LDLS ist kompakter und intensiver als bei einer Bogenlampe und liefert dadurch mehr Helligkeit für optische Systeme.

• Erweiterte UV-Emission: LDLS liefern deutlich mehr Leistung im tiefen UV-Bereich (<250 nm), in dem Xenonlampen vergleichsweise schwach sind.

• Höhere Stabilität: LDLS zeichnen sich durch überlegene zeitliche und spektrale Stabilität aus, da sie keine Elektroden enthalten, die mit der Zeit verschleißen.

• Längere Lebensdauer: Ohne Elektrodenverschleiß und dank optimierter Wärmeableitung haben LDLS-Systeme typischerweise eine Lebensdauer von etwa 10.000 Stunden, während Xenonlampen nur 400 bis 2.000 Stunden erreichen.

• Bessere Koppeleffizienz: Die punktförmige Plasmalichtquelle ermöglicht eine effiziente Einkopplung in optische Fasern oder Systeme mit kleinem Akzeptanzwinkel.

Anwendungen

LDLS werden in anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt, die eine stabile, helle und breitbandige Lichtquelle erfordern. Typische Einsatzgebiete sind:

• UV/Vis/NIR-Spektroskopie

• Optische Messtechnik und Dünnschichtanalyse

• Fluoreszenz- und hyperspektrale Bildgebung

• Halbleiterinspektion

• Kalibrierung von Detektoren und Solarzellen

Dank ihrer einzigartigen Kombination aus Helligkeit, spektraler Bandbreite und Stabilität stellen laserbetriebene Plasmalichtquellen eine moderne Alternative zu herkömmlichen bogenbasierten Breitbandlichtquellen dar.

Faserkoppler
für Laser gepumpte Plasma-Lichtquelle XWS-30