Tuunitavad laserid saavutavad musta kasti staatuse!

Tipptasemel kaubanduslikud tooted pärinevad sageli akadeemilisest uurimistööst. Paljudel juhtudel loovad professorid isiklikult ettevõtteid või meelitavad investoreid litsentsimiseks akadeemilistes laborites sündinud tehnoloogia juurde, et see muudetaks toodeteks, mida saab turule tuua.
Kui akadeemilised teadlased ehitavad uusi tooteid, kavandavad ja toodavad nad neid sageli mitmete erinevate komponentide abil. Kui tingimused seda võimaldavad, integreerivad nad valmistooteid lõpptootesse. Rakendusnõuete suurenedes muutuvad need komponendid üha keerukamaks ja ainulaadsemaks.
Näiteks impulsipõhised häälestatavad laserid peavad olema väga paindlikud, suutma genereerida laia lainepikkuste vahemikku nähtavast sügavale ultraviolettkiirguseni ja väljastada suure intensiivsusega impulsse nanosekundiliste sammudega. Neil on lai valik rakendusi, sealhulgas, kuid mitte ainult, fiiberoptiline teabeedastus, ioonide desorptsioon, soojuse tekitamine, ultraheli tekitamine, elektrooniline ergastus ja palju muud. Tänu oma silmapaistvale paindlikkusele on neil laseritel ülitähtis roll ajalahutusega füüsikalise keemia, massispektromeetria, fotoakustilise pildistamise, spektroskoopia, spektrofotomeetria, diagnostika ja hüperspektraalse pildistamise valdkonnas.
Nende impulsslaserite hulgas paistavad optilise parameetrilise ostsillaatori (OPO) laserid silma oma silmapaistva paindlikkuse ja ökonoomsuse poolest, mida on võimalik "häälestada" laiale spetsiifiliste lainepikkuste spektrivahemikule.
OPO laserid on tehnoloogia arenedes olnud kaubanduslikult saadaval enam kui 35 aastat. Varased OPO-süsteemid olid nii suured ja veaohtlikud, et neid arendati ja müüdi garaažides. Tänased OPO-d on muudetud täielikult integreeritud plug-and-play-seadmeteks, mis ei vaja keerulist seadistamist ja kalibreerimist spetsialiseerunud laserinseneride poolt. Kaasaegseid OPO-sid saab hõlpsasti integreerida OEM-süsteemidesse tõhusa juhtimisega.
See edusamm on kahtlemata õnnistuseks bioloogidele, keemikutele, füüsikutele, teadlastele ja teistele akadeemilistele teadlastele. Kuigi nad on oma valdkonnas kõrgelt saavutanud, ei pruugi neil olla laserdisaini või häälestamise eriteadmisi.
"Riiulivalmis OPO-d on mõeldud just inimestele, kes ei tea optikast ega laserite häälestamisest palju," ütleb dr Mark Little. Ta on Californias Carlsbadis asuva OPOTEK, LLC, maailma juhtiva häälestatavate laserite tootja, tehniline ja teaduslik turunduskonsultant. "Põhimõtteliselt on see "must kast", mida saab hõlpsasti integreerida teise arendatavasse süsteemi."
OPO laserite areng
Kuigi OPO laserid võivad tänapäeval eksisteerida plug-and-play-seadmetena, ei ole nende areng olnud sujuv.
Optilised parameetrilised ostsillaatorid (OPO) töötavad kristalli abil, et teisendada impulssrežiimis Nd:YAG laser ja selle harmoonilised kindlale sagedusele. "Tuunimise" saavutamiseks tuleb nii pumba laser kui ka OPO täpselt positsioneerida. Seejärel peavad teadlased kristallid käsitsi mikroni tasemele viimistlema, kuni saavutatakse soovitud lainepikkus.
Igapäevastes laboritoimingutes peavad teadlased pidevalt jälgima kahe komponendi võimalikku ebaühtlust. Asja veelgi keerulisemaks muutmiseks väljastatakse teatud sagedustel lainepikkusi erinevatest portidest, mis nõuab sageli välise eksperimentaalse seadistuse ümberreguleerimist.
OPOTEKi sünd
Selle taustal leidsid akadeemilised teadlased, et OPOde optimeerimine ja kaasamine kommertsrakendustesse on äärmiselt keeruline.
Umbes 45 aastat tagasi sai dr Margalith pärast pikki tööaastaid kosmosevaldkonnas teada, et Hiina ülikool arendab laialdaselt häälestatavaid kristalle, mis avasid tema silmad OPO laserite tohutule potentsiaalile. Sel ajal põhinesid häälestatavad laserid suures osas keemial või värvainetel, mis olid pigem pidevad kui impulss- ja sageli lekkeprobleemid. Lisaks ei leidnud värvilaserid oma suure keerukuse, suurte mõõtmete ja kallite hoolduskulude tõttu kunagi kaubanduslikes rakendustes laialdast heakskiitu.
Ei läinud kaua aega, kui dr Margalithi ettevõtlik vaim kujundas esimese häälestatava OPO laseri ja patenteeris edukalt tehnoloogia. Sellest ajast alates sündis OPOTEK tema garaažis.
1993. aasta juulis sai OPOTEKist esimene ettevõte Ameerika Ühendriikides, mis pakkus nähtavat lairiba OPO-d. Paljud ettevõtte praegused tooted tulenevad sellest murrangulisest disainist. Sellest ajast peale on mitmesugused tehnoloogia edusammud OPOde toimivust pidevalt täiustanud ja kohandanud.
Tänapäeval ütleb dr Margalith, et aktsepteeritud meetod OPO ehitamiseks on integreerida pumplaser ja OPO optika samasse korpusesse ning tagada, et neid kahte ei saaks eraldada. See disain võimaldab kogu häälestatavat laserit vajaduse korral lihtsalt ja ohutult liigutada. Integreeritud tarkvara tuvastab süsteemi joondamise ja teeb vajadusel kohandusi. See stabiilsus on eriti kriitiline kaubanduslikes keskkondades, näiteks pildindusseadmete viimisel laborist haigla operatsioonisaali.
"Mõned mineviku OPO-d olid nii haprad, et süsteemi teisaldamise korral peaksid insenerid selle ümber joondama," selgitab dr Margalith. "See pole tänapäevaste stabiilsete OPOde jaoks vajalik. Seadistamine ja väljaõpe ei nõua enam väliste teadmistega. Saate Ostke valmistoode ja laske see üleöö kohale toimetada, nagu enamik tarbekaupu."
Automatiseerimine juhib nüüd kõiki süsteemi elemente, nagu pumba laseri harmoonilised, kristallide pöörlemise optiline häälestamine, lainekuju eraldamise optika ja atenuaatorid. Tootearendajad saavad kasutada ka tarkvaraarenduskomplekte, et integreerida OPO tarkvara funktsionaalsuse funktsioonid oma tarkvarasse.
"Teadlaste või ettevõtete jaoks, kes kasutavad selliseid lasereid oma toodetes, ei pruugi häälestatavate laserite tootjatelt eraldi juhtimistarkvara hankimine olla ideaalne. Nad eelistavad integreerida kõik juhtseadmed oma tarkvarasse. Akadeemilises seadistuses on laseriparameetrite andmete salvestamine ülioluline. integreerimine on kõigi funktsioonide võti. OPOTEKi dr Little selgitab.
Automatiseerimise ja juhtimise integreerimine on oluline, sest tavaliselt on laserid suletud suuremasse korpusesse, mis muudab nende ümberprogrammeerimise või parandamise keeruliseks.
Tarkvaraarenduskomplekti saab kasutada ka etteantud lainepikkustega programmeeritavate skaneeringute seadistamiseks mis tahes järjekorras. Sellel on rakendused täiustatud ja kõrge eraldusvõimega pildistamisel. Laseritele omane teravustatavus võimaldab neil võtta proove uskumatult väikestest aladest, mõõdetuna kümnetes mikronites. Laserite eelprogrammeerimisega saab süsteem suure eraldusvõimega skaneeringute tegemiseks lasereid rasterdada ja viia erinevatesse piirkondadesse.
Dr Little'i sõnul: "Kuna tegemist on impulsslaseriga, mis kiirgab mitu korda sekundis, saate sisestada, mitu korda soovite, et see igal lainepikkusel kiirgaks, ja otsustada lainepikkuste arvu suurendada või vähendada." "Kõik suure energiatarbega talad tulevad nüüd ühest pordist, mis võimaldab operaatoril analüüsimiseks sihtida huvipakkuvat piirkonda otse."
Suurus on seotud häälestatava OPO laseriga. Kui OPO on liiga suur, on instrumentide integreerimine keerulisem ja lõpptoote üldine jalajälg on suur. See on uurimislabori ruumivajadust arvestades väga oluline.
Dr Little õppis OPO laseritest esmakordselt Louisiana osariigi ülikooli magistrandina. Ta meenutab, et varased OPO-d olid "väga suured, raskesti kasutatavad ja sageli kahjustatud. Üks OPO oli 12 jalga pikk."
Tänapäeval pakub OPOTEK üht väikseimat timmitavat laserit turul: "kingakarbi" suurust Opolette 2940. Kuigi see vajab endiselt "portfelli" suurust sisemise vesijahutusega toiteallikat, on 294-mikroniline OPO laser. pea võtab väikese jalajälje. Kuigi OPO laseri 2,94-mikronilise laserpea jalajälg on ainult 9,5 x 4,5 x 7,5 tolli, vajab see endiselt portfelli suurust toiteallikat koos sisemise vesijahutusega.
Dr Little'i sõnul suurendab väiksus laseri jäikust ja stabiliseerib veelgi integreeritud korpuses olevaid komponente.
Kaasaegsete OPO-de eripäraks on võime edastada kiudoptika kaudu mitmesuguseid lainepikkusi. Kiudoptikast on saanud laserite esmane edastamise meetod, kuna seda on lihtne seadistada ja lahti ühendada. Lisaks kaitseb see lõppkasutajat valguse või silma sattumise eest, kuna valgus edastatakse läbi suletud toru. OPOTEK pakub kiu tarnimist kõikidele oma toodetele, sõltumata energiatasemest.
Ajalooliselt hõlmasid OPO laserid keerulisi käsitsi reguleerimisi ja täpset joondamist. Tehnoloogia areng on muutnud need laserid plug-and-play-seadmeteks, mis on stabiilsed ja hõlpsasti kasutatavad. Tänapäeva OPO lasereid, mida on lihtne kasutada ja töökindlad, saab kasutada kommerts- ja akadeemilistes laborites rakiste arendusrakenduste jaoks.
"Akadeemilised teadlased peaksid suutma keskenduda oma uurimistööle, selle asemel, et proovida oma lasersüsteeme näpistada või parandada," nendib dr Margalith. "Kvaliteetse OPO laseriga on nende seadmed juba karbist välja töötamiseks valmis."