لیزرهای قابل تنظیم به وضعیت جعبه سیاه دست می یابند!

محصولات تجاری پیشرفته اغلب در زمینه تحقیقات دانشگاهی سرچشمه می گیرند. در بسیاری از موارد، اساتید شخصاً شرکت‌هایی را راه‌اندازی می‌کنند، یا سرمایه‌گذاران را جذب فناوری‌هایی می‌کنند که در آزمایشگاه‌های دانشگاهی برای صدور مجوز به وجود آمده است، تا به محصولاتی تبدیل شود که می‌توانند به بازار عرضه شوند.
هنگامی که محققان دانشگاهی محصولات جدیدی می سازند، اغلب آنها را با استفاده از تعدادی اجزای مختلف طراحی و تولید می کنند. هنگامی که شرایط اجازه می دهد، آنها اجزای خارج از قفسه را در محصول نهایی ادغام می کنند. همانطور که الزامات برنامه افزایش می یابد، این قطعات جزء به طور فزاینده پیچیده و منحصر به فرد می شوند.
به عنوان مثال، لیزرهای قابل تنظیم مبتنی بر پالس، باید بسیار انعطاف پذیر باشند، قادر به تولید طیف گسترده ای از طول موج ها از مرئی تا عمق فرابنفش باشند، و پالس های با شدت بالا را با افزایش نانوثانیه تولید کنند. آنها طیف وسیعی از کاربردها از جمله، اما نه محدود به، انتقال اطلاعات فیبر نوری، دفع یون، تولید گرما، تولید اولتراسونیک، تحریک الکترونیکی و غیره را دارند. به دلیل انعطاف‌پذیری فوق‌العاده‌شان است که این لیزرها نقشی حیاتی در زمینه‌های شیمی فیزیکی، طیف‌سنجی جرمی، تصویربرداری فوتوآکوستیک، طیف‌سنجی، اسپکتروفتومتری، تشخیص و تصویربرداری فراطیفی ایفا می‌کنند.
در میان این لیزرهای پالسی، لیزرهای نوسان‌گر پارامتری نوری (OPO) به دلیل انعطاف‌پذیری و صرفه‌جویی فوق‌العاده‌شان، با قابلیت «تنظیم» در طیف وسیع طیفی از طول‌موج‌های خاص، متمایز هستند.
لیزرهای OPO بیش از 35 سال است که با پیشرفت فناوری به صورت تجاری در دسترس بوده اند. سیستم‌های اولیه OPO آنقدر بزرگ و مستعد خطا بودند که در گاراژها توسعه یافتند و فروخته شدند. OPOهای امروزی به دستگاه‌های کاملاً یکپارچه و متصل شونده تبدیل شده‌اند که نیازی به تنظیم و کالیبراسیون پیچیده توسط مهندسین لیزر ندارند. OPO های مدرن را می توان به راحتی با کنترل موثر در سیستم های OEM ادغام کرد.
این پیشرفت بدون شک برای زیست شناسان، شیمیدانان، فیزیکدانان، دانشمندان و سایر محققان دانشگاهی موهبتی است. در حالی که آنها در زمینه های خود بسیار موفق هستند، ممکن است دانش تخصصی طراحی یا تنظیم لیزری نداشته باشند.
دکتر مارک لیتل می گوید: OPOهای خارج از قفسه دقیقاً برای افرادی طراحی شده اند که اطلاعات زیادی در مورد اپتیک یا نحوه تنظیم لیزر ندارند. او یک مشاور فنی و علمی بازاریابی برای OPOTEK, LLC در کارلزباد، کالیفرنیا، تولید کننده پیشرو لیزرهای قابل تنظیم در جهان است. اساساً، این یک "جعبه سیاه" است که می تواند به راحتی در سیستم دیگری در حال توسعه ادغام شود."
سیر تکاملی لیزرهای OPO
در حالی که لیزرهای OPO ممکن است امروزه به عنوان دستگاه‌های plug-and-play وجود داشته باشند، تکامل آنها یکنواخت نبوده است.
نوسان سازهای پارامتری نوری (OPOs) با استفاده از یک کریستال برای تبدیل لیزر Nd:YAG با حالت پالسی و هارمونیک های آن به یک فرکانس خاص کار می کنند. برای دستیابی به "تنظیم"، هم لیزر پمپ و هم OPO باید دقیقاً در محل قرار گیرند. سپس محققان باید کریستال ها را به صورت دستی در سطح میکرون تنظیم کنند تا به طول موج مورد نظر برسند.
در عملیات روزانه آزمایشگاهی، محققان باید دائماً مراقب عدم همسویی احتمالی این دو جزء باشند. برای پیچیده تر کردن مسائل، طول موج هایی در فرکانس های خاص از پورت های مختلف ساطع می شود که اغلب نیاز به تنظیم مجدد تنظیمات آزمایشی خارجی دارد.
تولد OPOTEK
در مقابل این پس‌زمینه بود که محققان دانشگاهی بهینه‌سازی و ترکیب OPOها در برنامه‌های تجاری را بسیار چالش برانگیز یافتند.
حدود 45 سال پیش، پس از سالها کار در زمینه هوافضا، دکتر مارگالیث متوجه شد که دانشگاهی در چین در حال توسعه بلورهای قابل تنظیم گسترده است که چشمان او را به پتانسیل عظیم لیزرهای OPO باز کرد. در آن زمان، لیزرهای قابل تنظیم عمدتاً مبتنی بر شیمی یا رنگ‌ها بودند که پیوسته بودند تا پالسی و اغلب از مشکلات نشتی رنج می‌بردند. علاوه بر این، لیزرهای رنگی به دلیل پیچیدگی زیاد، اندازه حجیم و هزینه های تعمیر و نگهداری گران، هرگز در کاربردهای تجاری مقبولیت گسترده ای پیدا نکردند.
طولی نکشید که روحیه کارآفرینی دکتر مارگالیث اولین لیزر OPO قابل تنظیم را طراحی کرد و با موفقیت این فناوری را ثبت کرد. از آن زمان، OPOTEK در گاراژ او متولد شد.
در جولای 1993، OPOTEK اولین شرکتی در ایالات متحده شد که OPO قابل مشاهده باند پهن را ارائه کرد. بسیاری از محصولات فعلی این شرکت ناشی از این طراحی پیشگامانه است. از آن زمان، پیشرفت های مختلف در فناوری به طور مداوم عملکرد OPO ها را افزایش داده و تطبیق داده است.
امروزه دکتر مارگالیث می گوید روش پذیرفته شده برای ساخت OPO این است که لیزر پمپ و اپتیک OPO را در یک محفظه ادغام کنیم و اطمینان حاصل کنیم که این دو نمی توانند از هم جدا شوند. این طراحی باعث می شود که کل لیزر قابل تنظیم به راحتی و با خیال راحت در صورت نیاز جابجا شود. نرم افزار یکپارچه تراز سیستم را تشخیص می دهد و در صورت لزوم تنظیمات را انجام می دهد. این ثبات به ویژه در محیط های تجاری، مانند جابجایی تجهیزات تصویربرداری از آزمایشگاه به اتاق عمل، بسیار مهم است.
دکتر مارگالیث توضیح می دهد: "بعضی از OPOهای گذشته آنقدر شکننده بودند که اگر سیستم جابه جا می شد، مهندسان باید آن را مجددا تنظیم می کردند." یک محصول خارج از قفسه بخرید و مانند اکثر محصولات مصرفی یک شبه ارسال کنید."
اتوماسیون اکنون تمام عناصر سیستم مانند هارمونیک های لیزر پمپ، تنظیم نوری چرخش کریستال، اپتیک های جداسازی شکل موج و تضعیف کننده ها را کنترل می کند. توسعه دهندگان محصول همچنین می توانند از کیت های توسعه نرم افزار برای ادغام ویژگی های عملکرد نرم افزار OPO در نرم افزار خود استفاده کنند.
برای دانشمندان یا شرکت‌هایی که از چنین لیزرهایی در محصولات خود استفاده می‌کنند، دریافت نرم‌افزار کنترل جداگانه از تولیدکنندگان لیزر قابل تنظیم ممکن است ایده‌آل نباشد. آنها ترجیح می‌دهند همه کنترل‌ها را در نرم‌افزار خود ادغام کنند. در یک راه‌اندازی آکادمیک، ذخیره تمام داده‌ها روی پارامترهای لیزر بسیار مهم است. برای عملکرد بدون درز، یکپارچگی کلید همه عملکردها است." دکتر لیتل OPOTEK توضیح می دهد.
یکپارچه سازی اتوماسیون و کنترل بسیار مهم است زیرا معمولاً لیزرها در محفظه بزرگتری قرار می گیرند و برنامه ریزی مجدد یا تعمیر آنها را دشوار می کند.
کیت توسعه نرم افزار همچنین می تواند برای تنظیم اسکن های قابل برنامه ریزی با طول موج های از پیش تعیین شده به هر ترتیبی استفاده شود. این در تصویربرداری پیشرفته و با وضوح بالا کاربرد دارد. فوکوس پذیری ذاتی لیزرها به آنها اجازه می دهد تا از مناطق بسیار کوچکی با اندازه ده ها میکرون نمونه برداری کنند. با برنامه ریزی قبلی لیزرها، سیستم می تواند لیزرها را شطرنجی کرده و به مناطق مختلف منتقل کند تا اسکن هایی با وضوح بالا تولید کند.
به گفته دکتر لیتل، "از آنجایی که این یک لیزر پالسی است که چندین بار در ثانیه ساطع می کند، می توانید تعداد دفعاتی که می خواهید در هر طول موج منتشر شود را وارد کنید و تصمیم بگیرید که تعداد طول موج ها را افزایش یا کاهش دهید." همه پرتوهای پرانرژی اکنون از یک پورت می آیند و به اپراتور اجازه می دهد تا منطقه مورد نظر را مستقیماً برای تجزیه و تحلیل هدف قرار دهد.
اندازه مربوط به لیزر OPO قابل تنظیم است. اگر OPO بیش از حد بزرگ باشد، یکپارچه سازی ابزار دشوارتر خواهد شد و ردپای کلی محصول نهایی بزرگ خواهد بود. این با توجه به فضای مورد نیاز یک آزمایشگاه تحقیقاتی بسیار مهم است.
دکتر لیتل اولین بار به عنوان یک دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه ایالتی لوئیزیانا در مورد لیزرهای OPO یاد گرفت. او به یاد می آورد که OPOهای اولیه "بسیار بزرگ، استفاده از آن دشوار بود و اغلب آسیب دیده بودند. یک OPO 12 فوت طول داشت."
امروزه، OPOTEK یکی از کوچکترین لیزرهای قابل تنظیم موجود در بازار را ارائه می دهد: Opolette 2940 به اندازه "جعبه کفش". در حالی که همچنان به منبع تغذیه اندازه "کیف کیفی" با خنک کننده داخلی آب نیاز دارد، لیزر 2.{4}} میکرون OPO سر جای پای کوچکی را اشغال می کند. در حالی که هنوز به منبع تغذیه اندازه کیف با خنک کننده آب داخلی نیاز است، هد لیزری 2.94 میکرونی لیزر OPO تنها 9.5 x 4.5 x 7.5 اینچ دارد.
به گفته دکتر لیتل، اندازه کوچک استحکام لیزر را افزایش می دهد و اجزای داخل محفظه یکپارچه را تثبیت می کند.
یکی از ویژگی های متمایز OPO های مدرن توانایی انتقال طیف گسترده ای از طول موج ها از طریق فیبر نوری است. فیبر نوری به روش اصلی انتقال لیزر تبدیل شده است زیرا راه اندازی و جدا کردن آن آسان است. علاوه بر این، کاربر نهایی را از قرار گرفتن در معرض نور یا تماس چشمی محافظت می کند زیرا نور از طریق یک لوله بسته منتقل می شود. OPOTEK بدون در نظر گرفتن سطح انرژی، تحویل فیبر را برای همه محصولات خود ارائه می دهد.
از لحاظ تاریخی، لیزرهای OPO شامل تنظیمات دستی پیچیده و تراز دقیق می‌شدند. پیشرفت تکنولوژی این لیزرها را به دستگاه های پلاگین و بازی تبدیل کرده است که پایدار و آسان برای استفاده هستند. لیزرهای OPO امروزی که به راحتی قابل استفاده و قابل اعتماد هستند، می توانند در محیط های آزمایشگاهی تجاری و دانشگاهی برای برنامه های توسعه فیکسچر استفاده شوند.
دکتر مارگالیث می‌گوید: «محققان دانشگاهی باید بتوانند به جای تلاش برای دستکاری یا تعمیر سیستم‌های لیزری خود، بر روی تحقیقات خود تمرکز کنند.