Noskaņojamie lāzeri iegūst melnās kastes statusu!

Visprogresīvākie komerciālie produkti bieži rodas akadēmiskās pētniecības jomā. Daudzos gadījumos profesori personīgi dibina uzņēmumus vai piesaistīs investorus akadēmiskajās laboratorijās dzimušajām tehnoloģijām licencēšanai, lai tā tiktu pārveidota par produktiem, kurus var laist tirgū.
Kad akadēmiskie pētnieki veido jaunus produktus, viņi bieži tos izstrādā un ražo, izmantojot vairākus dažādus komponentus. Kad apstākļi atļauj, tie integrē gatavas sastāvdaļas galaproduktā. Pieaugot lietojumprogrammu prasībām, šīs sastāvdaļas kļūst arvien sarežģītākas un unikālākas.
Piemēram, uz impulsiem balstītiem noskaņojamiem lāzeriem ir jābūt ļoti elastīgiem, spējīgiem radīt plašu viļņu garumu diapazonu no redzamā līdz dziļam ultravioletajam un izvadīt augstas intensitātes impulsus ar nanosekundes soli. Tiem ir plašs lietojumu klāsts, tostarp, bet ne tikai, optiskās šķiedras informācijas pārraide, jonu desorbcija, siltuma ģenerēšana, ultraskaņas ģenerēšana, elektroniskā ierosme un citi. Pateicoties to izcilajai elastībai, šiem lāzeriem ir būtiska loma laika izšķirtspējas fizikālās ķīmijas, masas spektrometrijas, fotoakustiskās attēlveidošanas, spektroskopijas, spektrofotometrijas, diagnostikas un hiperspektrālās attēlveidošanas jomās.
Šo impulsu lāzeru vidū optisko parametru oscilatoru (OPO) lāzeri izceļas ar izcilu elastību un ekonomiju, ar iespēju tos "noregulēt" uz plašu specifisku viļņu garumu spektrālo diapazonu.
OPO lāzeri ir bijuši komerciāli pieejami vairāk nekā 35 gadus, jo tehnoloģija ir attīstījusies. Agrīnās OPO sistēmas bija tik lielas un ar kļūdu iespējamību, ka tās tika izstrādātas un pārdotas garāžās. Mūsdienu OPO ir pārveidotas par pilnībā integrētām, plug-and-play ierīcēm, kurām nav nepieciešama sarežģīta iestatīšana un kalibrēšana, ko veic specializēti lāzera inženieri. Mūsdienu OPO var viegli integrēt OEM sistēmās ar efektīvu kontroli.
Šis progress neapšaubāmi ir ieguvums biologiem, ķīmiķiem, fiziķiem, zinātniekiem un citiem akadēmiskajiem pētniekiem. Lai gan viņi ir ļoti sasnieguši savās jomās, viņiem var nebūt speciālu zināšanu par lāzeru projektēšanu vai regulēšanu.
"Parastie OPO ir izstrādāti tieši cilvēkiem, kuri neko daudz nezina par optiku vai lāzeru noregulēšanu," saka Dr Mark Little. Viņš ir pasaules vadošā noskaņojamo lāzeru ražotāja OPOTEK, LLC tehniskais un zinātniskais mārketinga konsultants Karlsbādē, Kalifornijā. "Būtībā tā ir "melnā kaste", ko var viegli integrēt citā sistēmā, kas tiek izstrādāta."
OPO lāzeru evolūcija
Lai gan OPO lāzeri mūsdienās var pastāvēt kā plug-and-play ierīces, to attīstība nav bijusi vienmērīga.
Optiskie parametriskie oscilatori (OPO) darbojas, izmantojot kristālu, lai pārveidotu impulsa režīma Nd:YAG lāzeru un tā harmonikas noteiktā frekvencē. Lai panāktu "skaņošanu", gan sūkņa lāzers, gan OPO ir precīzi jānovieto. Pēc tam pētniekiem manuāli jānoregulē kristāli līdz mikronu līmenim, līdz tiek sasniegts vēlamais viļņa garums.
Ikdienas laboratorijas darbībās pētniekiem ir pastāvīgi jāuzrauga abu komponentu iespējamās novirzes. Lai vēl vairāk sarežģītu lietas, viļņu garumi noteiktās frekvencēs tiek izvadīti no dažādām pieslēgvietām, kas bieži vien prasa ārējās eksperimentālās iestatīšanas pārregulēšanu.
OPOTEK dzimšana
Uz šī fona akadēmiskie pētnieki uzskatīja, ka ir ārkārtīgi sarežģīti optimizēt un iekļaut OPO komerciālos lietojumos.
Apmēram pirms 45 gadiem, pēc daudzu gadu darba aviācijas un kosmosa jomā, doktors Margalits uzzināja, ka universitāte Ķīnā izstrādā plaši noskaņojamus kristālus, kas viņam pavēra acis uz OPO lāzeru milzīgo potenciālu. Tajā laikā noskaņojamie lāzeri lielā mērā balstījās uz ķīmiju vai krāsvielām, kas bija nepārtrauktas, nevis impulsa, un bieži cieta no noplūdes problēmām. Turklāt to augstās sarežģītības, lielgabarīta izmēra un dārgo uzturēšanas izmaksu dēļ krāsu lāzeri nekad nav ieguvuši plašu atzinību komerciālos lietojumos.
Nepagāja ilgs laiks, kad Dr. Margalith uzņēmējdarbības gars izstrādāja pirmo noskaņojamo OPO lāzeru un veiksmīgi patentēja šo tehnoloģiju. Kopš tā laika OPOTEK ir dzimis viņa garāžā.
1993. gada jūlijā OPOTEK kļuva par pirmo uzņēmumu Amerikas Savienotajās Valstīs, kas piedāvāja platjoslas redzamo OPO. Daudzi uzņēmuma pašreizējie produkti izriet no šī revolucionārā dizaina. Kopš tā laika dažādi tehnoloģiju sasniegumi ir nepārtraukti uzlabojuši un pielāgojuši OPO veiktspēju.
Šodien Dr. Margalith saka, ka pieņemtā metode OPO veidošanai ir integrēt sūkņa lāzeru un OPO optiku vienā korpusā un nodrošināt, ka abus nevar atdalīt. Šis dizains ļauj visu noskaņojamo lāzeru viegli un droši pārvietot pēc vajadzības. Integrētā programmatūra nosaka sistēmas izlīdzināšanu un vajadzības gadījumā veic korekcijas. Šī stabilitāte ir īpaši svarīga komerciālā vidē, piemēram, pārvietojot attēlveidošanas aprīkojumu no laboratorijas uz slimnīcas operāciju zāli.
"Daži pagātnes OPO bija tik trausli, ka, ja sistēma tiktu pārvietota, inženieriem tā būtu jāpārkārto," skaidro Dr. Margalith, "Mūsdienu stabiliem OPO tas nav nepieciešams. Iestatīšanai un apmācībai vairs nav vajadzīgas ārējas zināšanas. Jūs varat Pērciet jau gatavu produktu un nogādājiet to vienas nakts laikā, tāpat kā vairums patēriņa preču."
Tagad automatizācija kontrolē visus sistēmas elementus, piemēram, sūkņa lāzera harmonikas, kristāla rotācijas optisko regulēšanu, viļņu formas atdalīšanas optiku un vājinātājus. Produktu izstrādātāji var arī izmantot programmatūras izstrādes komplektus, lai integrētu OPO programmatūras funkcionalitātes līdzekļus savā programmatūrā.
"Pētniekiem vai uzņēmumiem, kuri savos produktos izmanto šādus lāzerus, atsevišķas vadības programmatūras iegūšana no regulējamo lāzeru ražotājiem var nebūt ideāla. Viņi dod priekšroku integrēt visas vadības ierīces savā programmatūrā. Akadēmiskā iestatījumā visu lāzera parametru datu saglabāšana ir ļoti svarīga. nevainojamai darbībai integrācija ir visas funkcionalitātes atslēga. OPOTEK Dr Little paskaidro.
Automatizācijas un vadības integrēšana ir svarīga, jo parasti lāzeri ir ievietoti lielākā korpusā, tāpēc tos ir grūti pārprogrammēt vai labot.
Programmatūras izstrādes komplektu var izmantot arī, lai iestatītu programmējamu skenēšanu ar iepriekš noteiktiem viļņu garumiem jebkurā secībā. Tam ir lietojumprogrammas uzlabotā, augstas izšķirtspējas attēlveidošanā. Lāzeriem piemītošā fokusējamība ļauj tiem ņemt paraugus neticami maziem laukumiem, mērot desmitos mikronu. Iepriekš ieprogrammējot lāzerus, sistēma var rastrēt un pārvietot lāzerus uz dažādām vietām, lai iegūtu augstas izšķirtspējas skenēšanu.
Saskaņā ar Dr Little teikto: "Tā kā šis ir impulsa lāzers, kas izstaro vairākas reizes sekundē, varat ievadīt, cik reižu vēlaties, lai tas izstarotu katrā viļņa garumā, un izlemt palielināt vai samazināt viļņu garumu skaitu." "Visi augstas enerģijas stari tagad nāk no vienas ostas, ļaujot operatoram analizēt interesējošo apgabalu tieši."
Izmērs ir saistīts ar noskaņojamo OPO lāzeru. Ja OPO ir pārāk liels, instrumentu integrācija būs grūtāka, un gala produkta kopējā nospiedums būs liels. Tas ir ļoti svarīgi, ņemot vērā pētniecības laboratorijas telpas prasības.
Dr Litls pirmo reizi uzzināja par OPO lāzeriem, būdams Luiziānas štata universitātes absolvents. Viņš atgādina, ka agrīnie OPO bija "ļoti lieli, grūti lietojami un bieži bojāti. Viens OPO bija 12 pēdas garš".
Mūsdienās OPOTEK piedāvā vienu no mazākajiem noskaņojamajiem lāzeriem tirgū: "kurpju kastes" izmēra Opolette 2940. Lai gan joprojām ir nepieciešams "portfeļa" izmēra barošanas avots ar iekšēju ūdens dzesēšanu, 2{4}}mikronu OPO lāzers galva aizņem nelielu nospiedumu. Lai gan joprojām ir nepieciešams "portfeļa" izmēra barošanas avots ar iekšējo ūdens dzesēšanu, OPO lāzera 2,94 mikronu lāzera galviņai ir tikai 9,5 x 4,5 x 7,5 collas.
Pēc Dr Little domām, mazais izmērs palielina lāzera stingrību un vēl vairāk stabilizē sastāvdaļas integrētajā korpusā.
Mūsdienu OPO atšķirīgā iezīme ir spēja pārraidīt plašu viļņu garumu diapazonu, izmantojot optisko šķiedru. Šķiedru optika ir kļuvusi par primāro lāzeru pārraides metodi, jo to ir viegli uzstādīt un atvienot. Turklāt tas aizsargā gala lietotāju no gaismas iedarbības vai acu kontakta, jo gaisma tiek pārraidīta caur slēgtu cauruli. OPOTEK piedāvā šķiedru piegādi visiem saviem produktiem neatkarīgi no enerģijas līmeņa.
Vēsturiski OPO lāzeri ietvēra sarežģītus manuālus pielāgojumus un precīzu izlīdzināšanu. Tehnoloģiju attīstība ir pārvērtusi šos lāzerus par “plug and play” ierīcēm, kas ir stabilas un viegli lietojamas. Mūsdienu OPO lāzerus, kas ir viegli lietojami un uzticami, var izmantot komerciālās un akadēmiskās laboratorijas iestatījumos armatūras izstrādes lietojumprogrammām.
"Akadēmiskajiem pētniekiem jāspēj koncentrēties uz saviem pētījumiem, nevis mēģināt pielāgot vai salabot savas lāzersistēmas," norāda Dr. Margalith, "Ar augstas kvalitātes OPO lāzeru viņu aprīkojums ir gatavs darbam jau no kastes."