Laser Tunable Mencapai Status Kotak Hitam!

Produk komersil yang canggih selalunya berasal dari bidang penyelidikan akademik. Dalam banyak kes, profesor secara peribadi akan memulakan syarikat, atau menarik pelabur kepada teknologi yang dilahirkan di makmal akademik untuk pelesenan, supaya ia akan diubah menjadi produk yang boleh dibawa ke pasaran.
Apabila penyelidik akademik membina produk baharu, mereka sering mereka bentuk dan mengeluarkannya menggunakan beberapa komponen yang berbeza. Apabila keadaan mengizinkan, mereka mengintegrasikan komponen luar rak ke dalam produk akhir. Apabila keperluan aplikasi meningkat, bahagian komponen ini menjadi semakin kompleks dan unik.
Laser boleh tala berasaskan nadi, sebagai contoh, perlu sangat fleksibel, mampu menjana pelbagai panjang gelombang daripada ultraungu boleh dilihat hingga dalam, dan mengeluarkan denyutan berintensiti tinggi dalam kenaikan nanosaat. Mereka mempunyai pelbagai aplikasi termasuk, tetapi tidak terhad kepada, penghantaran maklumat gentian optik, nyahjerapan ion, penjanaan haba, penjanaan ultrasonik, pengujaan elektronik dan banyak lagi. Berdasarkan fleksibiliti luar biasa mereka, laser ini memainkan peranan penting dalam bidang kimia fizikal yang diselesaikan masa, spektrometri jisim, pengimejan fotoakustik, spektroskopi, spektrofotometri, diagnostik, dan pengimejan hiperspektral.
Di antara laser berdenyut ini, laser Optical Parametric Oscillator (OPO) menonjol kerana fleksibiliti dan ekonomi yang luar biasa, dengan keupayaan untuk "ditala" kepada julat spektrum luas panjang gelombang tertentu.
Laser OPO telah tersedia secara komersial selama lebih daripada 35 tahun kerana teknologi telah berkembang. Sistem OPO awal sangat besar dan mudah ralat sehingga ia dibangunkan dan dijual di garaj. OPO hari ini telah diubah menjadi peranti plug-and-play bersepadu sepenuhnya yang tidak memerlukan persediaan dan penentukuran yang kompleks oleh jurutera laser khusus. OPO moden boleh disepadukan dengan mudah ke dalam sistem OEM dengan kawalan yang berkesan.
Kemajuan ini tidak diragukan lagi merupakan rahmat kepada ahli biologi, ahli kimia, ahli fizik, saintis dan penyelidik akademik lain. Walaupun mereka sangat berjaya dalam bidang mereka, mereka mungkin tidak mempunyai pengetahuan khusus tentang reka bentuk laser atau penalaan.
"OPO luar biasa direka dengan tepat untuk orang yang tidak tahu banyak tentang optik atau cara menala laser," kata Dr. Mark Little. Beliau ialah perunding pemasaran teknikal dan saintifik untuk OPOTEK, LLC di Carlsbad, California, pengeluar terkemuka dunia bagi laser boleh melaras. "Pada asasnya, ia adalah 'kotak hitam' yang boleh disepadukan dengan mudah ke dalam sistem lain yang sedang dibangunkan."
Evolusi laser OPO
Walaupun laser OPO mungkin wujud hari ini sebagai peranti plug-and-play, evolusi mereka tidak berjalan lancar.
Pengayun parametrik optik (OPO) berfungsi dengan menggunakan kristal untuk menukar laser Nd:YAG mod berdenyut dan harmoniknya kepada frekuensi tertentu. Untuk mencapai "penalaan", kedua-dua laser pam dan OPO perlu diletakkan dengan tepat. Penyelidik kemudiannya perlu memperhalusi kristal secara manual ke tahap mikron sehingga panjang gelombang yang dikehendaki dicapai.
Dalam operasi makmal sehari-hari, penyelidik mesti sentiasa memerhatikan kemungkinan salah jajaran kedua-dua komponen. Untuk merumitkan lagi perkara, panjang gelombang pada frekuensi tertentu dipancarkan daripada port yang berbeza, yang selalunya memerlukan pelarasan semula persediaan eksperimen luaran.
Kelahiran OPOTEK
Berdasarkan latar belakang ini, penyelidik akademik mendapati ia amat mencabar untuk mengoptimumkan dan menggabungkan OPO ke dalam aplikasi komersial.
Kira-kira 45 tahun yang lalu, selepas bekerja selama bertahun-tahun dalam bidang aeroangkasa, Dr. Margalith mengetahui bahawa sebuah universiti di China sedang membangunkan kristal boleh dilaras secara meluas, yang membuka matanya kepada potensi besar laser OPO. Pada masa itu, laser boleh laras sebahagian besarnya berdasarkan kimia atau pewarna, yang berterusan dan bukannya berdenyut dan sering mengalami masalah kebocoran. Di samping itu, disebabkan kerumitannya yang tinggi, saiz yang besar dan kos penyelenggaraan yang mahal, laser pewarna tidak pernah mendapat penerimaan yang meluas dalam aplikasi komersial.
Tidak lama kemudian semangat keusahawanan Dr. Margalith mereka bentuk laser OPO boleh tala pertama dan berjaya mematenkan teknologi tersebut. Sejak itu, OPOTEK dilahirkan di garajnya.
Pada Julai 1993, OPOTEK menjadi syarikat pertama di Amerika Syarikat yang menawarkan OPO boleh dilihat jalur lebar. Banyak produk semasa syarikat berpunca daripada reka bentuk terobosan ini. Sejak itu, pelbagai kemajuan dalam teknologi telah terus meningkatkan dan menyesuaikan prestasi OPO.
Hari ini, Dr. Margalith berkata kaedah yang diterima untuk membina OPO adalah untuk menyepadukan laser pam dan optik OPO dalam perumahan yang sama dan memastikan kedua-duanya tidak boleh dipisahkan. Reka bentuk ini membolehkan keseluruhan laser boleh tala boleh dialihkan dengan mudah dan selamat mengikut keperluan. Perisian bersepadu mengesan penjajaran sistem dan membuat pelarasan jika perlu. Kestabilan ini amat kritikal dalam persekitaran komersial, seperti semasa memindahkan peralatan pengimejan dari makmal ke bilik operasi hospital.
"Sesetengah OPO masa lalu sangat rapuh sehinggakan jika sistem itu dialihkan, jurutera perlu menjajarkannya semula," jelas Dr. Margalith, "Ini tidak diperlukan untuk OPO yang stabil hari ini. Persediaan dan latihan tidak lagi memerlukan kepakaran luar. Anda boleh beli produk di luar rak dan hantarkannya semalaman seperti kebanyakan produk pengguna."
Automasi kini mengawal semua elemen sistem seperti harmonik laser pam, penalaan optik putaran kristal, optik pemisahan bentuk gelombang dan attenuator. Pembangun produk juga boleh menggunakan kit pembangunan perisian untuk menyepadukan ciri fungsi perisian OPO ke dalam perisian mereka sendiri.
"Bagi saintis penyelidikan atau syarikat yang menggunakan laser sedemikian dalam produk mereka, mendapatkan perisian kawalan berasingan daripada pengeluar laser boleh tala mungkin tidak sesuai. Mereka lebih suka menyepadukan semua kawalan ke dalam perisian mereka sendiri. Dalam persediaan akademik, menyimpan semua data pada parameter laser adalah penting. untuk operasi lancar. Penyepaduan adalah kunci kepada semua fungsi." OPOTEK's Dr. Little menerangkan.
Mengintegrasikan automasi dan kawalan adalah penting kerana lazimnya laser disertakan dalam perumahan yang lebih besar, menjadikannya sukar untuk memprogram semula atau dibaiki.
Kit pembangunan perisian juga boleh digunakan untuk menyediakan imbasan boleh atur cara dengan panjang gelombang yang telah ditentukan dalam sebarang susunan. Ini mempunyai aplikasi dalam pengimejan termaju dan resolusi tinggi. Kebolehfokusan yang wujud pada laser membolehkan mereka mencuba kawasan yang sangat kecil, berukuran dalam berpuluh-puluh mikron. Dengan pra-pengaturcaraan laser, sistem boleh rasterize dan memindahkan laser ke kawasan yang berbeza untuk menghasilkan imbasan resolusi tinggi.
Menurut Dr. Little, "Memandangkan ini adalah laser berdenyut yang memancarkan beberapa kali sesaat, anda boleh memasukkan bilangan kali anda mahu ia memancarkan pada setiap panjang gelombang dan memutuskan untuk menambah atau mengurangkan bilangan panjang gelombang." "Semua pancaran tenaga tinggi kini datang dari satu port, membolehkan pengendali menyasarkan kawasan yang diminati secara langsung untuk analisis."
Saiz berkaitan dengan laser OPO yang boleh dilaras. Jika OPO terlalu besar, penyepaduan instrumen akan menjadi lebih sukar dan jejak keseluruhan produk akhir akan menjadi besar. Ini sangat penting memandangkan keperluan ruang makmal penyelidikan.
Dr. Little mula-mula mengetahui tentang laser OPO sebagai pelajar siswazah di Louisiana State University. Dia ingat bahawa OPO awal adalah "sangat besar, sukar untuk digunakan, dan sering rosak. Satu OPO sepanjang 12 kaki."
Hari ini, OPOTEK menawarkan salah satu laser boleh tala yang paling kecil di pasaran: Opolette 2940 bersaiz "kotak kasut". Walaupun masih memerlukan bekalan kuasa bersaiz "bekas ringkas" dengan penyejukan air dalaman, laser OPO mikro 2.94- kepala menduduki tapak kecil. Walaupun masih memerlukan bekalan kuasa bersaiz "bekas ringkas" dengan penyejukan air dalaman, kepala laser 2.94 mikron laser OPO mempunyai jejak hanya 9.5 x 4.5 x 7.5 inci.
Menurut Dr. Little, saiz yang kecil meningkatkan ketegaran laser dan seterusnya menstabilkan komponen dalam perumahan bersepadu.
Ciri yang membezakan OPO moden ialah keupayaan untuk menghantar pelbagai panjang gelombang melalui gentian optik. Gentian optik telah menjadi kaedah utama untuk menghantar laser kerana ia mudah dipasang dan diputuskan. Selain itu, ia melindungi pengguna akhir daripada pendedahan cahaya atau sentuhan mata kerana cahaya dihantar melalui tiub tertutup.OPOTEK menawarkan penghantaran gentian untuk semua produknya, tanpa mengira tahap tenaga.
Dari segi sejarah, laser OPO melibatkan pelarasan manual yang kompleks dan penjajaran yang tepat. Kemajuan dalam teknologi telah mengubah laser ini menjadi peranti pasang dan main yang stabil dan mudah digunakan. Laser OPO hari ini, yang mudah digunakan dan boleh dipercayai, boleh digunakan dalam tetapan makmal komersial dan akademik untuk aplikasi pembangunan lekapan.
"Penyelidik akademik seharusnya dapat memberi tumpuan kepada penyelidikan mereka daripada cuba mengubah suai atau membetulkan sistem laser mereka," kata Dr Margalith, "Dengan laser OPO berkualiti tinggi, peralatan mereka bersedia untuk melaksanakan di luar kotak."