Разработка лазеров ОПО
Хотя лазеры OPO могут существовать сегодня как устройства plug-and-play, их эволюция не была гладкой.
Оптические параметрические генераторы (ОПО) работают с использованием кристалла для преобразования импульсного режима Nd:YAG-лазера и его гармоник в определенную частоту. Чтобы добиться «настройки», необходимо точно позиционировать как лазер накачки, так и OPO. Затем исследователям необходимо вручную настроить кристаллы на микронном уровне, пока не будет достигнута желаемая длина волны.
В повседневной лабораторной работе исследователи должны постоянно следить за возможным несовпадением двух компонентов. Еще больше усложняет ситуацию то, что длины волн определенных частот излучаются из разных портов, что часто требует перенастройки внешней экспериментальной установки.
Рождение ОПОТЕК
Именно на этом фоне академические исследователи обнаружили, что оптимизировать и внедрить OPO в коммерческие приложения чрезвычайно сложно.
Около 45 лет назад, после многих лет работы в аэрокосмической области, доктор Маргалит узнал, что китайский университет разрабатывает широко перестраиваемые кристаллы, что открыло ему глаза на огромный потенциал OPO-лазеров. В то время перестраиваемые лазеры в основном основывались на химии или красителях, которые были непрерывными, а не импульсными и часто страдали от проблем с утечками. Кроме того, из-за своей высокой сложности, громоздкости и высоких затрат на техническое обслуживание лазеры на красителях так и не получили широкого распространения в коммерческих приложениях.
Вскоре предприимчивый доктор Маргалит разработал первый настраиваемый OPO-лазер и успешно запатентовал эту технологию. С тех пор в его гараже родился ОПОТЕК.
В июле 1993 года OPOTEK стала первой компанией в США, предложившей широкополосную видимую OPO. Многие из нынешних продуктов компании основаны на этом новаторском дизайне. С тех пор различные достижения в области технологий постоянно улучшали и адаптировали характеристики OPO.
Сегодня, по словам доктора Маргалита, общепринятым методом создания OPO является интеграция лазера накачки и оптики OPO в одном корпусе и обеспечение невозможности их разделения. Такая конструкция позволяет легко и безопасно перемещать весь настраиваемый лазер по мере необходимости.
Интегрированное программное обеспечение определяет выравнивание системы и при необходимости вносит коррективы. Эта стабильность особенно важна в коммерческих условиях, например, при перемещении оборудования для визуализации из лаборатории в операционную больницы.
«Некоторые OPO прошлого были настолько хрупкими, что, если систему переместить, инженерам пришлось бы перенастраивать ее», — объясняет доктор Маргалит. «Для сегодняшних стабильных OPO в этом нет необходимости. Настройка и обучение больше не требуют сторонних специалистов. Вы можете купите готовый продукт и доставьте его в одночасье, как и большинство потребительских товаров».
Теперь автоматизация контролирует все элементы системы, такие как гармоники лазера накачки, оптическую настройку вращения кристалла, оптику разделения сигналов и аттенюаторы. Разработчики продуктов также могут использовать комплекты разработки программного обеспечения для интеграции функциональных возможностей программного обеспечения OPO в свое собственное программное обеспечение.
«Для ученого-исследователя или компании, использующей этот лазер в своем продукте, получение отдельного управляющего программного обеспечения от производителя настраиваемого лазера может быть не идеальным решением. Они предпочли бы интегрировать все элементы управления в свое собственное программное обеспечение. В академических условиях сохранение всех данных о параметрах лазера имеет решающее значение для бесперебойной работы. Интеграция является ключом к функционированию», — объясняет д-р Литтл из OPOTEK.
Интеграция автоматизации и управления важна, поскольку обычно лазеры заключены в более крупный корпус, что затрудняет их перепрограммирование или обслуживание.
Комплект разработки программного обеспечения также можно использовать для настройки программируемого сканирования заранее определенных длин волн в любом порядке. Это находит применение в современной визуализации с высоким разрешением. Присущая лазерам фокусируемость позволяет им брать образцы невероятно маленьких участков размером в десятки микрон. Путем предварительного программирования лазера система может растрировать и перемещать лазер в разные области для получения сканов с высоким разрешением.
«Поскольку это импульсный лазер, который срабатывает много раз в секунду, вы можете ввести количество срабатываний на каждой длине волны и решить, сколько раз увеличить или уменьшить длину волны», — утверждает доктор Литтл. «Теперь все высокоэнергетические лучи поступают из одного порта, что позволяет оператору напрямую нацеливаться на интересующую область для анализа».
Размер связан с перестраиваемым лазером OPO. Если OPO слишком велик, интеграция инструментов будет более сложной, и общий объем конечного продукта будет большим. Это очень важно, учитывая требования к пространству исследовательской лаборатории.
Доктор Литтл впервые узнал о лазерах OPO, будучи аспирантом Университета штата Луизиана. Он вспоминает, что первые OPO были «очень большими, трудными в использовании и часто повреждаемыми. Один OPO имел длину 12 футов».
Сегодня OPOTEK предлагает один из самых маленьких перестраиваемых лазеров на рынке: Opolette 2940 размером с «обувную коробку». Хотя для него по-прежнему требуется источник питания размером с «портфель» с внутренним водяным охлаждением, 2,94-микронный OPO Головка лазера занимает небольшую площадь. Несмотря на то, что по-прежнему требуется источник питания размером с «портфель» с внутренним водяным охлаждением, лазерная головка лазера OPO размером 2,94 микрона занимает площадь всего 9,5 x 4,5 x 7,5 дюйма.
По словам доктора Литтла, небольшой размер увеличивает жесткость лазера и дополнительно стабилизирует компоненты внутри интегрированного корпуса.
Отличительной особенностью современных ОПО является возможность передачи широкого диапазона длин волн по оптоволокну. Волоконная оптика стала основным методом передачи лазеров, поскольку ее легко настроить и отключить. Кроме того, он защищает конечного пользователя от воздействия света или контакта с глазами, поскольку свет передается через закрытую трубку. OPOTEK предлагает поставку оптоволокна для всех своих продуктов, независимо от уровня энергии.
Исторически лазеры OPO требовали сложной ручной настройки и точного выравнивания. Достижения в области технологий превратили эти лазеры в устройства plug-and-play, стабильные и простые в использовании. Современные лазеры OPO, простые в использовании и надежные, могут использоваться в коммерческих и академических лабораториях для разработки приспособлений.
«Академические исследователи должны иметь возможность сосредоточиться на своих исследованиях, а не пытаться настроить или починить лазерную систему», — говорит доктор Маргалит. «Благодаря высококачественному лазеру OPO их оборудование сможет работать вне -коробочные функции».
