Derinami lazeriai pasiekite juodosios dėžės būseną!

Pažangiausi komerciniai produktai dažnai atsiranda akademinių tyrimų srityje. Daugeliu atvejų profesoriai patys įkuria įmones arba pritraukia investuotojus į akademinėse laboratorijose gimstančias technologijas licencijuoti, kad jos virstų produktais, kuriuos bus galima pateikti rinkai.
Kai akademiniai mokslininkai kuria naujus produktus, jie dažnai projektuoja ir gamina juos naudodami daugybę skirtingų komponentų. Kai leidžia sąlygos, jie integruoja jau paruoštus komponentus į galutinį produktą. Didėjant taikymo reikalavimams, šios sudedamosios dalys tampa vis sudėtingesnės ir unikalesnės.
Pavyzdžiui, impulsiniai derinami lazeriai turi būti labai lankstūs, galintys generuoti platų bangų ilgių diapazoną nuo matomo iki gilaus ultravioletinio ir išvesti didelio intensyvumo impulsus nanosekundžių žingsniais. Jie turi platų pritaikymo spektrą, įskaitant, bet neapsiribojant, optinio pluošto informacijos perdavimą, jonų desorbciją, šilumos generavimą, ultragarso generavimą, elektroninį sužadinimą ir kt. Dėl savo išskirtinio lankstumo šie lazeriai atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį laiko skiriamosios gebos fizinės chemijos, masės spektrometrijos, fotoakustinio vaizdo, spektroskopijos, spektrofotometrijos, diagnostikos ir hiperspektrinio vaizdo srityse.
Tarp šių impulsinių lazerių optinio parametrinio osciliatoriaus (OPO) lazeriai išsiskiria išskirtiniu lankstumu ir ekonomiškumu, galimybe „suderinti“ į platų specifinių bangų ilgių spektrinį diapazoną.
OPO lazeriai buvo parduodami daugiau nei 35 metus, kai technologija vystėsi. Ankstyvosios OPO sistemos buvo tokios didelės ir linkusios į klaidas, kad jos buvo kuriamos ir parduodamos garažuose. Šiandieniniai OPO buvo paversti visiškai integruotais, prijungiamais ir paleidžiamais įrenginiais, kuriems nereikia sudėtingos sąrankos ir specializuotų lazerių inžinierių kalibravimo. Šiuolaikinius OPO galima lengvai integruoti į OĮG sistemas su efektyvia kontrole.
Ši pažanga neabejotinai yra palaima biologams, chemikams, fizikams, mokslininkams ir kitiems akademiniams tyrinėtojams. Nors jie yra daug pasiekę savo srityse, jie gali neturėti specialių lazerių projektavimo ar derinimo žinių.
„Parduotuvės OPO yra skirtos būtent žmonėms, kurie mažai išmano apie optiką ar lazerių derinimą“, – sako daktaras Markas Little'as. Jis yra OPOTEK, LLC Karlsbade, Kalifornijoje, pasaulyje pirmaujančios derinamųjų lazerių gamintojos, techninis ir mokslinis rinkodaros konsultantas. „Iš esmės tai yra „juodoji dėžė“, kurią galima lengvai integruoti į kitą kuriamą sistemą.
OPO lazerių evoliucija
Nors OPO lazeriai šiandien gali egzistuoti kaip „plug-and-play“ įrenginiai, jų raida nebuvo sklandi.
Optiniai parametriniai osciliatoriai (OPO) veikia naudodami kristalą impulsinio režimo Nd:YAG lazeriui ir jo harmonikams konvertuoti į tam tikrą dažnį. Norint pasiekti „tiuningavimą“, tiek siurblio lazeris, tiek OPO turi būti tiksliai išdėstyti. Tada mokslininkai turi rankiniu būdu tiksliai sureguliuoti kristalus iki mikronų lygio, kol bus pasiektas norimas bangos ilgis.
Kasdienėse laboratorijos operacijose mokslininkai turi nuolat stebėti galimą dviejų komponentų nesutapimą. Siekiant dar labiau apsunkinti reikalus, tam tikrų dažnių bangų ilgiai skleidžiami iš skirtingų prievadų, todėl dažnai reikia iš naujo sureguliuoti išorinę eksperimentinę sąranką.
OPOTEK gimimas
Atsižvelgiant į tai, akademiniams tyrėjams buvo labai sudėtinga optimizuoti ir įtraukti OPO į komercines programas.
Maždaug prieš 45 metus, daug metų dirbęs aviacijos ir kosmoso srityje, daktaras Margalithas sužinojo, kad Kinijos universitetas kuria plačiai derinamus kristalus, o tai atvėrė jam akis į didžiulį OPO lazerių potencialą. Tuo metu derinami lazeriai daugiausia buvo pagrįsti chemija arba dažais, kurie buvo nuolatiniai, o ne impulsiniai ir dažnai kentė dėl nuotėkio problemų. Be to, dėl didelio sudėtingumo, didelių gabaritų ir brangių priežiūros išlaidų dažų lazeriai niekada nebuvo plačiai pripažinti komerciniais tikslais.
Neilgai trukus Dr. Margalith verslumo dvasia sukūrė pirmąjį derinamą OPO lazerį ir sėkmingai užpatentavo technologiją. Nuo tada OPOTEK gimė jo garaže.
1993 m. liepos mėn. OPOTEK tapo pirmąja įmone Jungtinėse Valstijose, siūlančia plačiajuostį matomą OPO. Daugelis dabartinių bendrovės produktų yra sukurti dėl šio novatoriško dizaino. Nuo tada įvairios technologijos pažangos nuolat gerino ir pritaikė OPO našumą.
Šiandien daktaras Margalithas sako, kad priimtas OPO kūrimo būdas yra integruoti siurblio lazerį ir OPO optiką į tą patį korpusą ir užtikrinti, kad jų nebūtų galima atskirti. Ši konstrukcija leidžia lengvai ir saugiai perkelti visą derinamą lazerį, kai reikia. Integruota programinė įranga aptinka sistemos suderinimą ir prireikus atlieka koregavimus. Šis stabilumas ypač svarbus komercinėje aplinkoje, pavyzdžiui, perkeliant vaizdo gavimo įrangą iš laboratorijos į ligoninės operacinę.
"Kai kurie praeities OPO buvo tokie trapūs, kad jei sistema būtų perkelta, inžinieriai turėtų ją iš naujo suderinti", - aiškina dr. Margalith, "tai nėra būtina šiandieniniams stabiliems OPO. Sąrankai ir mokymui nebereikia išorinių žinių. Galite nusipirkite jau paruoštą produktą ir išsiųskite jį per naktį, kaip ir dauguma plataus vartojimo prekių.
Automatika dabar valdo visus sistemos elementus, tokius kaip siurblio lazerinės harmonikos, kristalų sukimosi optinis derinimas, bangos formos atskyrimo optika ir slopintuvai. Produktų kūrėjai taip pat gali naudoti programinės įrangos kūrimo rinkinius, kad integruotų OPO programinės įrangos funkcines funkcijas į savo programinę įrangą.
"Mokslininkams ar įmonėms, naudojančioms tokius lazerius savo gaminiuose, atskiros valdymo programinės įrangos įsigijimas iš derinamų lazerių gamintojų gali būti netinkamas. Jie nori integruoti visus valdiklius į savo programinę įrangą. Akademinėje sąrankoje labai svarbu išsaugoti visus lazerio parametrų duomenis. Kad veiktų sklandžiai, integracija yra raktas į visas funkcijas. OPOTEK daktaras Little paaiškina.
Automatikos ir valdymo integravimas yra svarbus, nes paprastai lazeriai yra didesniame korpuse, todėl juos sunku perprogramuoti ar taisyti.
Programinės įrangos kūrimo rinkinys taip pat gali būti naudojamas programuojamam nuskaitymui su iš anksto nustatytais bangos ilgiais bet kokia tvarka nustatyti. Tai pritaikyta pažangiam didelės raiškos vaizdavimui. Lazeriams būdingas fokusavimas leidžia jiems imti neįtikėtinai mažus plotus, kurių matmenys yra dešimtys mikronų. Iš anksto užprogramuodama lazerius, sistema gali rastruoti ir perkelti lazerius į skirtingas sritis, kad būtų galima atlikti didelės raiškos nuskaitymus.
Pasak daktaro Litlo, „Kadangi tai yra impulsinis lazeris, skleidžiantis kelis kartus per sekundę, galite įvesti, kiek kartų norite, kad jis skleistų kiekvieną bangos ilgį, ir nuspręsti padidinti arba sumažinti bangos ilgių skaičių“. "Visi didelės energijos spinduliai dabar gaunami iš vieno uosto, todėl operatorius gali tiesiogiai nukreipti į dominančią sritį analizei."
Dydis susijęs su derinamu OPO lazeriu. Jei OPO yra per didelis, instrumentų integravimas bus sunkesnis ir bendras galutinio produkto pėdsakas bus didelis. Tai labai svarbu, atsižvelgiant į tyrimų laboratorijos erdvės poreikius.
Dr. Little pirmą kartą apie OPO lazerius sužinojo būdamas Luizianos valstijos universiteto magistrantūros studentas. Jis primena, kad ankstyvieji OPO buvo „labai dideli, sunkiai naudojami ir dažnai pažeisti. Vienas OPO buvo 12 pėdų ilgio“.
Šiandien OPOTEK siūlo vieną mažiausių derinamų lazerių rinkoje: „batų dėžės“ dydžio Opolette 2940. Nors vis dar reikalingas „portfelio“ dydžio maitinimo šaltinis su vidiniu vandens aušinimu, 2{4}}mikronų OPO lazeris galva užima nedidelį pėdsaką. Nors vis dar reikalingas „portfelio“ dydžio maitinimo šaltinis su vidiniu vandens aušinimu, OPO lazerio 2,94 mikronų lazerio galvutės plotas yra tik 9,5 x 4,5 x 7,5 colio.
Dr. Little teigimu, mažas dydis padidina lazerio standumą ir dar labiau stabilizuoja komponentus integruotame korpuse.
Išskirtinis šiuolaikinių OPO bruožas yra galimybė šviesolaidžiu perduoti platų bangos ilgių diapazoną. Skaidulinė optika tapo pagrindiniu lazerių perdavimo būdu, nes ją lengva nustatyti ir atjungti. Be to, jis apsaugo galutinį vartotoją nuo šviesos poveikio ar kontakto su akimis, nes šviesa perduodama per uždarą vamzdelį. OPOTEK siūlo pluošto pristatymą visiems savo gaminiams, nepriklausomai nuo energijos lygio.
Istoriškai OPO lazeriai apėmė sudėtingą rankinį reguliavimą ir tikslų derinimą. Technologijų pažanga pavertė šiuos lazerius į „plug and play“ įrenginius, kurie yra stabilūs ir lengvai naudojami. Šiandieniniai OPO lazeriai, kuriuos lengva naudoti ir kurie yra patikimi, gali būti naudojami komercinėse ir akademinėse laboratorijose armatūros kūrimo programoms.
„Akademiniai mokslininkai turėtų galėti sutelkti dėmesį į savo mokslinius tyrimus, o ne bandyti koreguoti ar taisyti savo lazerines sistemas“, – teigia dr. Margalith. „Naudodami aukštos kokybės OPO lazerį, jų įranga yra paruošta naudoti.