Justerbare lasere oppnår Black Box-status!

Nyskapende kommersielle produkter har ofte sin opprinnelse innen akademisk forskning. I mange tilfeller vil professorer personlig starte selskaper, eller tiltrekke investorer til teknologien som er født i akademiske laboratorier for lisensiering, slik at den vil bli transformert til produkter som kan bringes ut på markedet.
Når akademiske forskere bygger nye produkter, designer og produserer de dem ofte ved hjelp av en rekke forskjellige komponenter. Når forholdene tillater det, integrerer de hyllevarekomponenter i sluttproduktet. Ettersom applikasjonskravene eskalerer, blir disse komponentdelene stadig mer komplekse og unike.
Pulsbaserte avstembare lasere, for eksempel, må være svært fleksible, i stand til å generere et bredt spekter av bølgelengder fra synlig til dyp ultrafiolett, og sende ut høyintensitetspulser i trinn på nanosekunder. De har et bredt spekter av bruksområder, inkludert, men ikke begrenset til, fiberoptisk informasjonsoverføring, ionedesorpsjon, varmegenerering, ultralydgenerering, elektronisk eksitasjon og mer. Det er i kraft av sin enestående fleksibilitet at disse laserne spiller en viktig rolle innen tidsoppløst fysisk kjemi, massespektrometri, fotoakustisk avbildning, spektroskopi, spektrofotometri, diagnostikk og hyperspektral avbildning.
Blant disse pulserende laserne skiller Optical Parametric Oscillator (OPO) lasere seg ut for sin enestående fleksibilitet og økonomi, med evnen til å bli "innstilt" til et bredt spektralspekter av spesifikke bølgelengder.
OPO-lasere har vært kommersielt tilgjengelig i mer enn 35 år ettersom teknologien har utviklet seg. Tidlige OPO-systemer var så store og feilutsatte at de ble utviklet og solgt i garasjer. Dagens OPOer har blitt transformert til fullt integrerte plug-and-play-enheter som ikke krever komplisert oppsett og kalibrering av spesialiserte laseringeniører. Moderne OPO-er kan enkelt integreres i OEM-systemer med effektiv kontroll.
Denne fremgangen er utvilsomt en velsignelse for biologer, kjemikere, fysikere, vitenskapsmenn og andre akademiske forskere. Selv om de er svært dyktige på sine felt, har de kanskje ikke spesialisert kunnskap om laserdesign eller tuning.
"Hyllevare OPOer er designet nettopp for folk som ikke kan mye om optikk eller hvordan man tuner lasere," sier Dr. Mark Little. Han er en teknisk og vitenskapelig markedsføringskonsulent for OPOTEK, LLC i Carlsbad, California, verdens ledende produsent av avstembare lasere. "I utgangspunktet er det en "svart boks" som enkelt kan integreres i et annet system under utvikling."
Utviklingen av OPO-lasere
Mens OPO-lasere kan eksistere i dag som plug-and-play-enheter, har deres utvikling ikke vært jevn.
Optiske parametriske oscillatorer (OPOs) fungerer ved å bruke en krystall for å konvertere en pulserende Nd:YAG-laser og dens harmoniske til en spesifikk frekvens. For å oppnå "tuning" må både pumpelaseren og OPO være nøyaktig plassert. Forskere må deretter finjustere krystallene manuelt til mikronnivået til ønsket bølgelengde er nådd.
I den daglige laboratoriedriften må forskere hele tiden være på utkikk etter mulig feiljustering av de to komponentene. For å komplisere saken ytterligere, sendes bølgelengder ved visse frekvenser ut fra forskjellige porter, noe som ofte krever omjustering av det eksterne eksperimentelle oppsettet.
OPOTEKs fødsel
Det var mot dette bakteppet at akademiske forskere fant det ekstremt utfordrende å optimalisere og inkorporere OPOer i kommersielle applikasjoner.
For rundt 45 år siden, etter å ha jobbet i mange år i romfartsfeltet, lærte Dr. Margalith at et universitet i Kina utviklet krystaller som kunne justeres bredt, noe som åpnet øynene hans for det enorme potensialet til OPO-lasere. På den tiden var justerbare lasere i stor grad basert på kjemi eller fargestoffer, som var kontinuerlige snarere enn pulserende og ofte led av lekkasjeproblemer. I tillegg, på grunn av deres høye kompleksitet, klumpete størrelse og dyre vedlikeholdskostnader, fikk fargelasere aldri utbredt aksept i kommersielle applikasjoner.
Det tok ikke lang tid før entreprenørånden til Dr. Margalith designet den første justerbare OPO-laseren og med suksess patenterte teknologien. Siden den gang ble OPOTEK født i garasjen hans.
I juli 1993 ble OPOTEK det første selskapet i USA som tilbyr bredbåndssynlig OPO. Mange av selskapets nåværende produkter stammer fra dette banebrytende designet. Siden den gang har ulike fremskritt innen teknologi kontinuerlig forbedret og tilpasset ytelsen til OPOer.
I dag sier Dr. Margalith at den aksepterte metoden for å bygge en OPO er å integrere pumpelaseren og OPO-optikken i samme hus og sikre at de to ikke kan skilles. Denne utformingen gjør at hele den justerbare laseren enkelt og trygt kan flyttes etter behov. Integrert programvare oppdager systemjustering og gjør justeringer der det er nødvendig. Denne stabiliteten er spesielt kritisk i kommersielle miljøer, for eksempel ved flytting av bildebehandlingsutstyr fra laboratoriet til sykehusets operasjonssal.
"Noen OPOer fra fortiden var så skjøre at hvis systemet ble flyttet, ville ingeniører måtte justere det," forklarer Dr. Margalith, "Dette er ikke nødvendig for dagens stabile OPOer. Oppsett og opplæring krever ikke lenger ekstern ekspertise. Du kan kjøp et hyllevare og få det sendt over natten som de fleste forbrukerprodukter."
Automatisering kontrollerer nå alle systemelementer som pumpelaserharmoniske, optisk justering av krystallrotasjon, bølgeformseparasjonsoptikk og attenuatorer. Produktutviklere kan også bruke programvareutviklingssett for å integrere OPOs programvarefunksjonalitet i sin egen programvare.
"For forskere eller selskaper som bruker slike lasere i sine produkter, er det kanskje ikke ideelt å skaffe separat kontrollprogramvare fra produsenter av justerbare lasere. De foretrekker å integrere alle kontroller i sin egen programvare. I et akademisk oppsett er det kritisk å lagre alle data på laserparametere. for sømløs drift. Integrering er nøkkelen til all funksjonalitet." OPOTEKs Dr. Little forklarer.
Integrering av automatisering og kontroll er viktig fordi lasere vanligvis er innelukket i et større hus, noe som gjør dem vanskelige å omprogrammere eller reparere.
Programvareutviklingssettet kan også brukes til å sette opp programmerbare skanninger med forhåndsbestemte bølgelengder i hvilken som helst rekkefølge. Dette har applikasjoner innen avansert bildebehandling med høy oppløsning. Den iboende fokuserbarheten til lasere lar dem prøve utrolig små områder, målt i titalls mikron. Ved å forhåndsprogrammere laserne kan systemet rastrere og flytte laserne til forskjellige områder for å produsere høyoppløselige skanninger.
Ifølge Dr. Little, "Siden dette er en pulserende laser som sender ut flere ganger per sekund, kan du angi antall ganger du vil at den skal sende ut ved hver bølgelengde og bestemme deg for å øke eller redusere antall bølgelengder." "Alle høyenergistrålene kommer nå fra en enkelt port, slik at operatøren kan målrette interesseområdet direkte for analyse."
Størrelsen er relatert til den avstembare OPO-laseren. Hvis OPO er for stort, vil instrumentintegrasjon være vanskeligere og det totale fotavtrykket til sluttproduktet vil være stort. Dette er veldig viktig med tanke på plassbehovet til et forskningslaboratorium.
Dr. Little lærte først om OPO-lasere som doktorgradsstudent ved Louisiana State University. Han husker at tidlige OPO-er var "veldig store, vanskelige å bruke og ofte skadet. En OPO var 12 fot lang."
I dag tilbyr OPOTEK en av de minste avstembare laserne på markedet: Opolette 2940 i "skoeske"-størrelse. Mens den fortsatt krever en strømforsyning på størrelse med "koffert" med intern vannkjøling, er OPO-laseren på 2,94-mikron. hodet opptar et lite fotavtrykk. Mens den fortsatt krever en "koffert"-størrelse strømforsyning med intern vannkjøling, har OPO-laserens 2,94 mikron laserhode et fotavtrykk på bare 9,5 x 4,5 x 7,5 tommer.
Ifølge Dr. Little øker den lille størrelsen stivheten til laseren og stabiliserer komponentene i det integrerte huset ytterligere.
Et kjennetegn ved moderne OPO-er er muligheten til å overføre et bredt spekter av bølgelengder gjennom fiberoptikk. Fiberoptikk har blitt den primære metoden for overføring av lasere fordi den er enkel å sette opp og koble fra. I tillegg beskytter den sluttbrukeren mot lyseksponering eller øyekontakt fordi lyset sendes gjennom et lukket rør.OPOTEK tilbyr fiberlevering for alle sine produkter, uavhengig av energinivå.
Historisk sett involverte OPO-lasere komplekse manuelle justeringer og presis justering. Fremskritt innen teknologi har gjort disse laserne til plug-and-play-enheter som er stabile og enkle å bruke. Dagens OPO-lasere, som er enkle å bruke og pålitelige, kan brukes i kommersielle og akademiske laboratorieinnstillinger for applikasjoner for utvikling av armaturer.
"Akademiske forskere bør være i stand til å fokusere på sin forskning i stedet for å prøve å finpusse eller fikse lasersystemene sine," sier Dr. Margalith, "Med en OPO-laser av høy kvalitet er utstyret deres klart til å utføre ut av boksen."