Laseri koji se mogu podesiti postižu status crne kutije!

Vrhunski komercijalni proizvodi često potiču iz područja akademskih istraživanja. U mnogim slučajevima, profesori će lično osnivati ​​kompanije, ili privući investitore u tehnologiju rođenu u akademskim laboratorijama za licenciranje, kako bi se ona transformisala u proizvode koji se mogu plasirati na tržište.
Kada akademski istraživači grade nove proizvode, često ih dizajniraju i proizvode koristeći niz različitih komponenti. Kada uslovi dozvoljavaju, oni integrišu komponente koje se nalaze u prodaji u finalni proizvod. Kako zahtjevi aplikacije rastu, ovi sastavni dijelovi postaju sve složeniji i jedinstveniji.
Na primjer, podesivi laseri zasnovani na impulsima moraju biti vrlo fleksibilni, sposobni za generiranje širokog raspona valnih dužina od vidljivog do dubokog ultraljubičastog, i da emituju impulse visokog intenziteta u koracima od nanosekunde. Imaju širok raspon primjena uključujući, ali ne ograničavajući se na, prijenos informacija putem optičkih vlakana, desorpciju jona, stvaranje topline, ultrazvučno stvaranje, elektronsku pobudu i još mnogo toga. Zbog svoje izuzetne fleksibilnosti ovi laseri igraju vitalnu ulogu u oblastima vremenski razlučene fizičke hemije, spektrometrije mase, fotoakustičkog snimanja, spektroskopije, spektrofotometrije, dijagnostike i hiperspektralnog snimanja.
Među ovim impulsnim laserima, laseri optičkog parametarskog oscilatora (OPO) ističu se po svojoj izvanrednoj fleksibilnosti i ekonomičnosti, sa sposobnošću da se "podese" na širok spektar specifičnih talasnih dužina.
OPO laseri su komercijalno dostupni više od 35 godina kako je tehnologija evoluirala. Rani OPO sistemi bili su toliko veliki i skloni greškama da su se razvijali i prodavali u garažama. Današnji OPO su transformisani u potpuno integrisane, plug-and-play uređaje koji ne zahtevaju složeno podešavanje i kalibraciju od strane specijalizovanih laserskih inženjera. Moderni OPO se mogu lako integrirati u OEM sisteme uz efikasnu kontrolu.
Ovaj napredak je nesumnjivo blagodat za biologe, hemičare, fizičare, naučnike i druge akademske istraživače. Iako su vrlo uspješni u svojim oblastima, možda nemaju specijalizirano znanje o laserskom dizajnu ili podešavanju.
„OPO-i su dizajnirani upravo za ljude koji ne znaju mnogo o optici ili podešavanju lasera“, kaže dr. Mark Little. On je tehnički i naučni konsultant za marketing za OPOTEK, LLC u Karlsbadu, Kalifornija, vodećeg svetskog proizvođača podesivih lasera. "U osnovi, to je 'crna kutija' koja se lako može integrirati u drugi sistem u razvoju."
Evolucija OPO lasera
Iako OPO laseri danas mogu postojati kao plug-and-play uređaji, njihova evolucija nije bila glatka.
Optički parametarski oscilatori (OPO) rade tako što koriste kristal za pretvaranje Nd:YAG lasera u impulsnom modu i njegovih harmonika u određenu frekvenciju. Da bi se postiglo "podešavanje", i laser pumpe i OPO moraju biti precizno pozicionirani. Istraživači zatim moraju ručno fino podesiti kristale na mikronski nivo dok se ne postigne željena talasna dužina.
U svakodnevnim laboratorijskim operacijama, istraživači moraju stalno biti u potrazi za mogućim neusklađenošću dvije komponente. Da bi se stvar dodatno zakomplikovala, talasne dužine na određenim frekvencijama se emituju iz različitih portova, što često zahteva ponovno podešavanje eksterne eksperimentalne postavke.
Rođenje OPOTEK-a
Upravo u tom kontekstu akademski istraživači su smatrali da je izuzetno izazovno optimizirati i ugraditi OPO u komercijalne aplikacije.
Prije otprilike 45 godina, nakon dugogodišnjeg rada u aero-svemirskom polju, dr. Margalith je saznao da jedan univerzitet u Kini razvija široko podesive kristale, što mu je otvorilo oči za ogroman potencijal OPO lasera. U to vrijeme, podesivi laseri su se uglavnom zasnivali na hemiji ili bojama, koje su bile kontinuirane, a ne pulsirajuće i često su imale problema sa curenjem. Osim toga, zbog svoje visoke složenosti, glomaznih dimenzija i skupih troškova održavanja, laseri na boji nikada nisu bili široko prihvaćeni u komercijalnim aplikacijama.
Nije prošlo mnogo prije nego što je poduzetnički duh dr. Margalitha dizajnirao prvi podesivi OPO laser i uspješno patentirao tehnologiju. Od tada je OPOTEK rođen u njegovoj garaži.
U julu 1993. OPOTEK je postao prva kompanija u Sjedinjenim Državama koja je ponudila širokopojasni vidljivi OPO. Mnogi od trenutnih proizvoda kompanije proizlaze iz ovog revolucionarnog dizajna. Od tada, različita dostignuća u tehnologiji neprestano su poboljšavala i prilagođavala performanse OPO-a.
Danas, dr. Margalith kaže da je prihvaćena metoda izgradnje OPO-a da se laser pumpe i OPO optika integrišu u isto kućište i da se osigura da se to dvoje ne može razdvojiti. Ovaj dizajn omogućava da se ceo podesivi laser lako i bezbedno pomera po potrebi. Integrisani softver detektuje poravnanje sistema i vrši podešavanja gde je to potrebno. Ova stabilnost je posebno kritična u komercijalnim okruženjima, kao što je pri premeštanju opreme za snimanje iz laboratorije u bolničku operacionu salu.
"Neki OPO-i iz prošlosti bili su toliko krhki da bi, ako bi se sistem premjestio, inženjeri morali da ga preusmjere," objašnjava dr. Margalith, "Ovo nije neophodno za današnje stabilne OPO-e. Postavljanje i obuka više ne zahtijevaju vanjsko stručnost. Možete kupite gotov proizvod i pošaljite ga preko noći kao i većina potrošačkih proizvoda."
Automatizacija sada kontroliše sve elemente sistema kao što su harmonici lasera pumpe, optičko podešavanje rotacije kristala, optika za razdvajanje talasnog oblika i atenuatori. Programeri proizvoda takođe mogu koristiti komplete za razvoj softvera kako bi integrisali funkcije funkcionalnosti softvera OPO-a u svoj softver.
"Za istraživače ili kompanije koje koriste takve lasere u svojim proizvodima, nabavka odvojenog upravljačkog softvera od proizvođača lasera koji se može podesiti možda nije idealna. Oni radije integriraju sve kontrole u svoj softver. U akademskoj postavci, pohranjivanje svih podataka o parametrima lasera je ključno za besprijekoran rad Integracija je ključ svih funkcionalnosti. Little iz OPOTEK-a objašnjava.
Integracija automatizacije i kontrole je važna jer su laseri obično zatvoreni u veće kućište, što ih čini teškim za reprogramiranje ili popravku.
Komplet za razvoj softvera se također može koristiti za postavljanje programabilnih skeniranja s unaprijed određenim talasnim dužinama bilo kojim redoslijedom. Ovo ima primjenu u naprednim slikama visoke rezolucije. Inherentna fokusiranost lasera omogućava im uzorkovanje nevjerovatno malih površina, mjerenih u desetinama mikrona. Predprogramiranjem lasera, sistem može rasterizirati i premjestiti lasere u različita područja kako bi proizveo skeniranje visoke rezolucije.
Prema dr. Littleu, "Budući da je ovo pulsni laser koji emituje više puta u sekundi, možete uneti koliko puta želite da emituje na svakoj talasnoj dužini i odlučite da povećate ili smanjite broj talasnih dužina." "Svi visokoenergetski snopovi sada dolaze iz jednog porta, omogućavajući operateru da direktno cilja područje od interesa radi analize."
Veličina je povezana sa podesivim OPO laserom. Ako je OPO prevelik, integracija instrumenata će biti teža i ukupni otisak konačnog proizvoda će biti velik. Ovo je veoma važno s obzirom na prostorne potrebe istraživačke laboratorije.
Dr. Little je prvi put saznao za OPO lasere kao student na Državnom univerzitetu Louisiana. On se prisjeća da su rani OPO bili "veoma veliki, teški za korištenje i često oštećeni. Jedan OPO bio je dugačak 12 stopa."
Danas, OPOTEK nudi jedan od najmanjih podesivih lasera na tržištu: Opolette 2940 veličine "kutije za cipele". Iako još uvijek zahtijeva napajanje veličine "aktovke" sa unutrašnjim vodenim hlađenjem, OPO laser od 2.94-mikrona glava zauzima mali otisak. Iako još uvijek zahtijeva napajanje veličine "aktovke" sa unutrašnjim vodenim hlađenjem, laserska glava OPO lasera od 2,94 mikrona ima otisak od samo 9,5 x 4,5 x 7,5 inča.
Prema Dr. Littleu, mala veličina povećava krutost lasera i dodatno stabilizuje komponente unutar integrisanog kućišta.
Prepoznatljiva karakteristika modernih OPO-a je sposobnost prijenosa širokog raspona valnih dužina kroz optička vlakna. Optika je postala primarna metoda odašiljanja lasera jer se lako postavlja i isključuje. Osim toga, štiti krajnjeg korisnika od izlaganja svjetlosti ili kontakta očima jer se svjetlost prenosi kroz zatvorenu cijev. OPOTEK nudi isporuku vlakana za sve svoje proizvode, bez obzira na energetski nivo.
Istorijski gledano, OPO laseri su uključivali složena ručna podešavanja i precizno poravnanje. Napredak u tehnologiji pretvorio je ove lasere u plug-and-play uređaje koji su stabilni i jednostavni za korištenje. Današnji OPO laseri, koji su jednostavni za upotrebu i pouzdani, mogu se koristiti u komercijalnim i akademskim laboratorijskim postavkama za razvojne aplikacije.
„Akademski istraživači bi trebalo da budu u mogućnosti da se fokusiraju na svoja istraživanja, a ne da pokušavaju da podese ili poprave svoje laserske sisteme“, kaže dr. Margalit, „sa visokokvalitetnim OPO laserom, njihova oprema je spremna za rad iz kutije.“