Hangolható lézerek érik el a fekete doboz állapotot!

Az élvonalbeli kereskedelmi termékek gyakran az akadémiai kutatások területéről származnak. Sok esetben a professzorok személyesen alapítanak cégeket, vagy befektetőket vonzanak az akadémiai laboratóriumokban megszületett technológiához, hogy engedélyezzék, hogy azt piacra vihető termékekké alakítsák át.
Amikor az akadémiai kutatók új termékeket készítenek, gyakran tervezik és gyártják azokat számos különböző komponens felhasználásával. Ha a körülmények megengedik, a késztermékbe beépítik a kész komponenseket. Az alkalmazások követelményeinek növekedésével ezek az alkatrészek egyre összetettebbé és egyedibbé válnak.
Az impulzus-alapú hangolható lézereknek például rendkívül rugalmasaknak kell lenniük, képesnek kell lenniük a láthatótól a mély ultraibolya sugárzásig széles hullámhossz-tartomány létrehozására, és nagy intenzitású impulzusok kibocsátására nanoszekundumos lépésekben. Alkalmazásuk széles skálája van, beleértve, de nem kizárólagosan, a száloptikai információátvitelt, az iondeszorpciót, a hőtermelést, az ultrahangos generálást, az elektronikus gerjesztést és még sok mást. Kiemelkedő rugalmasságuk révén ezek a lézerek létfontosságú szerepet töltenek be az időfelbontású fizikai kémia, tömegspektrometria, fotoakusztikus képalkotás, spektroszkópia, spektrofotometria, diagnosztika és hiperspektrális képalkotás területén.
Ezek közül az impulzuslézerek közül az Optical Parametric Oscillator (OPO) lézerek kiemelkedő rugalmasságukkal és gazdaságosságukkal tűnnek ki, mivel képesek bizonyos hullámhosszok széles spektrális tartományára "hangolni".
Az OPO lézerek a technológia fejlődésével több mint 35 éve kaphatók a kereskedelemben. A korai OPO-rendszerek olyan nagyok és hibákra hajlamosak voltak, hogy kifejlesztették és garázsokban értékesítették őket. A mai OPO-k teljesen integrált, plug-and-play eszközökké alakultak, amelyek nem igényelnek bonyolult beállítást és kalibrálást speciális lézermérnökök által. A modern OPO-k hatékony vezérléssel egyszerűen integrálhatók az OEM-rendszerekbe.
Ez az előrelépés kétségtelenül áldás a biológusok, kémikusok, fizikusok, tudósok és más tudományos kutatók számára. Jóllehet szakterületükön kiemelkedő teljesítményt értek el, előfordulhat, hogy nem rendelkeznek speciális ismeretekkel a lézeres tervezésben vagy hangolásban.
"A kész OPO-kat pontosan azoknak tervezték, akik nem sokat tudnak az optikáról vagy a lézerek hangolásáról" - mondja Dr. Mark Little. Műszaki és tudományos marketing tanácsadó a kaliforniai Carlsbadban található OPOTEK, LLC-nél, amely a világ vezető hangolható lézergyártója. – Alapvetően egy „fekete dobozról” van szó, amely könnyen integrálható egy másik fejlesztés alatt álló rendszerbe.
Az OPO lézerek fejlődése
Bár az OPO lézerek ma már plug-and-play eszközökként létezhetnek, fejlődésük nem volt zökkenőmentes.
Az optikai parametrikus oszcillátorok (OPO-k) úgy működnek, hogy egy kristályt használnak az impulzusüzemmódú Nd:YAG lézer és annak harmonikusainak meghatározott frekvenciává történő átalakítására. A "tuning" eléréséhez mind a pumpás lézert, mind az OPO-t pontosan el kell helyezni. A kutatóknak ezután manuálisan kell finomhangolniuk a kristályokat mikron szintre, amíg el nem érik a kívánt hullámhosszt.
A mindennapi laboratóriumi műveletek során a kutatóknak folyamatosan figyelniük kell a két komponens esetleges eltolódását. A helyzet további bonyolítása érdekében bizonyos frekvenciákon a hullámhosszak különböző portokról kerülnek kibocsátásra, ami gyakran megköveteli a külső kísérleti beállítás újraállítását.
Az OPOTEK születése
Ebben az összefüggésben az akadémiai kutatók rendkívüli kihívásnak találták az OPO-k optimalizálását és beépítését a kereskedelmi alkalmazásokba.
Körülbelül 45 évvel ezelőtt, miután sok éven át dolgozott az űrkutatásban, Dr. Margalith megtudta, hogy egy kínai egyetemen széles körben hangolható kristályokat fejlesztenek, ami felnyitotta a szemét az OPO lézerekben rejlő hatalmas lehetőségek előtt. Abban az időben a hangolható lézerek nagyrészt kémián vagy festékeken alapultak, amelyek folyamatosak voltak, nem pedig impulzusosak, és gyakran szivárgási problémákkal küzdöttek. Ezenkívül nagy bonyolultságuk, terjedelmes méretük és drága karbantartási költségeik miatt a festéklézerek soha nem nyertek széles körű elfogadást a kereskedelmi alkalmazásokban.
Nem sokkal később Dr. Margalith vállalkozó szelleme megtervezte az első hangolható OPO lézert, és sikeresen szabadalmaztatta a technológiát. Azóta az OPOTEK a garázsában született.
1993 júliusában az OPOTEK volt az első olyan vállalat az Egyesült Államokban, amely szélessávú látható OPO-t kínált. A cég jelenlegi termékei közül sok ebből az úttörő kialakításból származik. Azóta a technológia különböző fejlesztései folyamatosan javították és módosították az OPO-k teljesítményét.
Dr. Margalith ma azt mondja, hogy az OPO felépítésének elfogadott módszere a pumpás lézer és az OPO optika egy házban történő integrálása, és biztosítja, hogy a kettőt ne lehessen szétválasztani. Ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy a teljes hangolható lézer szükség szerint könnyen és biztonságosan mozgatható. Az integrált szoftver észleli a rendszer igazítását, és szükség esetén módosítja. Ez a stabilitás különösen kritikus kereskedelmi környezetben, például amikor a képalkotó berendezést a laborból a kórházi műtőbe szállítják.
"Néhány OPO a múltban annyira törékeny volt, hogy ha a rendszert áthelyezték, a mérnököknek újra kellett igazítaniuk" - magyarázza Dr. Margalith. "Ez nem szükséges a mai stabil OPO-khoz. A beállítás és a képzés már nem igényel külső szakértelmet. vásároljon egy készterméket, és egyik napról a másikra kiszállítsa, mint a legtöbb fogyasztói terméket."
Az automatizálás mostantól vezérli az összes rendszerelemet, például a pumpás lézerharmonikusokat, a kristályforgató optikai hangolást, a hullámforma elválasztó optikát és a csillapítókat. A termékfejlesztők szoftverfejlesztő készletekkel is integrálhatják az OPO szoftverfunkcióit saját szoftvereikbe.
"A kutatók vagy a termékeikben ilyen lézereket használó cégek számára nem feltétlenül ideális a hangolható lézergyártók külön vezérlőszoftverének beszerzése. Előnyben részesítik az összes vezérlőelemet a saját szoftverükbe integrálni. Akadémiai összeállításban a lézerparaméterekre vonatkozó összes adat mentése kritikus fontosságú. a zökkenőmentes működés érdekében az integráció minden funkció kulcsa." Az OPOTEK Dr. Little munkatársa elmagyarázza.
Az automatizálás és a vezérlés integrálása azért fontos, mert a lézereket általában nagyobb házba zárják, ami megnehezíti az újraprogramozásukat vagy javításukat.
A szoftverfejlesztő készlettel előre meghatározott hullámhosszúságú, tetszőleges sorrendben programozható szkennelések is beállíthatók. Ennek a fejlett, nagy felbontású képalkotásban van alkalmazása. A lézerek benne rejlő fókuszálhatóság lehetővé teszi számukra, hogy hihetetlenül kis területeken, több tíz mikronban mérjenek mintát. A lézerek előzetes programozásával a rendszer képes raszterizálni és a lézereket különböző területekre mozgatni, hogy nagy felbontású szkenneléseket készítsen.
Dr. Little szerint "Mivel ez egy impulzuslézer, amely másodpercenként többször is kibocsát, megadhatja, hogy hányszor szeretné kibocsátani az egyes hullámhosszokon, és eldöntheti, hogy növeli vagy csökkenti a hullámhosszok számát." "Az összes nagy energiájú nyaláb egyetlen portról érkezik, így az üzemeltető közvetlenül az érdeklődési területet célozza meg elemzés céljából."
A méret a hangolható OPO lézerhez kapcsolódik. Ha az OPO túl nagy, a műszerintegráció nehezebb lesz, és a végtermék teljes lábnyoma nagy lesz. Ez nagyon fontos, figyelembe véve a kutatólabor helyigényét.
Dr. Little először a Louisiana State University végzős hallgatójaként szerzett tudomást az OPO lézerekről. Emlékeztet arra, hogy a korai OPO-k "nagyon nagyok, nehezen használhatók és gyakran sérültek voltak. Az egyik OPO 12 láb hosszú volt."
Ma az OPOTEK kínálja a piac egyik legkisebb hangolható lézerét: a "cipősdoboz" méretű Opolette 2940-et. Miközben továbbra is "táska" méretű tápegységre van szükség belső vízhűtéssel, a 294- mikronos OPO lézer fej kis lábnyomot foglal el. Miközben továbbra is „táska” méretű tápegységet igényel belső vízhűtéssel, az OPO lézer 2,94 mikronos lézerfejének alapterülete mindössze 9,5 x 4,5 x 7,5 hüvelyk.
Dr. Little szerint a kis méret növeli a lézer merevségét, és tovább stabilizálja az alkatrészeket az integrált házon belül.
A modern OPO-k megkülönböztető jellemzője az a képesség, hogy a száloptikán keresztül széles hullámhossz-tartományt továbbítanak. A száloptika a lézerek átvitelének elsődleges módszere lett, mivel könnyen beállítható és leválasztható. Ezen túlmenően megvédi a végfelhasználót a fénysugárzástól vagy a szemkontaktustól, mivel a fényt zárt csövön keresztül továbbítják. Az OPOTEK energiaszinttől függetlenül minden termékéhez szálszállítást kínál.
A történelem során az OPO lézerek bonyolult kézi beállításokat és pontos igazítást igényeltek. A technológia fejlődése ezeket a lézereket plug-and-play eszközökké változtatta, amelyek stabilak és könnyen használhatók. A mai OPO lézerek, amelyek könnyen használhatóak és megbízhatóak, kereskedelmi és egyetemi laboratóriumi környezetben is használhatók lámpatest-fejlesztési alkalmazásokhoz.
"Az akadémiai kutatóknak képesnek kell lenniük a kutatásukra összpontosítani, ahelyett, hogy lézerrendszereiket próbálnák meg finomítani vagy megjavítani" - mondja Dr. Margalith. "A kiváló minőségű OPO lézerrel felszerelésük készen áll a használatra.