Sự phát triển của laser OPO
Mặc dù ngày nay laser OPO có thể tồn tại dưới dạng thiết bị cắm và chạy, nhưng quá trình phát triển của chúng không hề suôn sẻ.
Bộ dao động tham số quang học (OPO) hoạt động bằng cách sử dụng tinh thể để chuyển đổi laser Nd: YAG chế độ xung và các sóng hài của nó thành một tần số cụ thể. Để đạt được "điều chỉnh", cả bơm laser và OPO đều cần được định vị chính xác. Sau đó, các nhà nghiên cứu cần tinh chỉnh thủ công các tinh thể đến mức micron cho đến khi đạt được bước sóng mong muốn.
Trong hoạt động hàng ngày của phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu phải thường xuyên tìm kiếm sự sai lệch có thể xảy ra của hai thành phần. Để làm phức tạp thêm vấn đề, các bước sóng ở tần số nhất định được phát ra từ các cổng khác nhau, điều này thường đòi hỏi phải điều chỉnh lại thiết lập thử nghiệm bên ngoài.
Sự ra đời của OPOTEK
Trong bối cảnh đó, các nhà nghiên cứu hàn lâm nhận thấy việc tối ưu hóa và kết hợp OPO vào các ứng dụng thương mại là vô cùng khó khăn.
Khoảng 45 năm trước, sau nhiều năm làm việc trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, Tiến sĩ Margalith biết được rằng một trường đại học Trung Quốc đang phát triển các tinh thể có thể điều chỉnh được trên phạm vi rộng, điều này đã mở rộng tầm mắt của ông về tiềm năng to lớn của laser OPO. Vào thời điểm đó, laser có thể điều chỉnh được chủ yếu dựa trên hóa học hoặc thuốc nhuộm, liên tục chứ không phải dạng xung và thường gặp phải vấn đề rò rỉ. Ngoài ra, do độ phức tạp cao, kích thước cồng kềnh và chi phí bảo trì đắt đỏ, laser nhuộm chưa bao giờ được chấp nhận rộng rãi trong các ứng dụng thương mại.
Không lâu sau, tinh thần kinh doanh của Tiến sĩ Margalith đã thiết kế ra tia laser OPO có thể điều chỉnh đầu tiên và được cấp bằng sáng chế thành công cho công nghệ này. Kể từ đó, OPOTEK ra đời trong gara của anh.
Vào tháng 7 năm 1993, OPOTEK trở thành công ty đầu tiên ở Hoa Kỳ cung cấp OPO có thể nhìn thấy băng thông rộng. Nhiều sản phẩm hiện tại của công ty đều bắt nguồn từ thiết kế đột phá này. Kể từ đó, nhiều tiến bộ khác nhau trong công nghệ đã liên tục nâng cao và điều chỉnh hiệu suất của OPO.
Ngày nay, Tiến sĩ Margalith cho biết phương pháp chế tạo OPO được chấp nhận là tích hợp bơm laser và bộ phận quang học OPO trong cùng một vỏ và đảm bảo rằng cả hai không thể tách rời. Thiết kế này cho phép toàn bộ tia laser có thể điều chỉnh được di chuyển dễ dàng và an toàn khi cần thiết.
Phần mềm tích hợp phát hiện sự liên kết của hệ thống và thực hiện các điều chỉnh khi cần thiết. Sự ổn định này đặc biệt quan trọng trong môi trường thương mại, chẳng hạn như khi di chuyển thiết bị hình ảnh từ phòng thí nghiệm đến phòng phẫu thuật của bệnh viện.
Tiến sĩ Margalith giải thích: "Một số OPO trước đây rất mỏng manh nên nếu hệ thống bị di chuyển, các kỹ sư sẽ phải căn chỉnh lại nó". "Điều này không cần thiết đối với các OPO ổn định ngày nay. Việc thiết lập và đào tạo không còn đòi hỏi chuyên môn bên ngoài nữa. Bạn có thể mua một sản phẩm có sẵn và vận chuyển qua đêm như hầu hết các sản phẩm tiêu dùng."
Tự động hóa hiện kiểm soát tất cả các thành phần của hệ thống như sóng hài laser bơm, điều chỉnh quang học xoay tinh thể, quang học tách dạng sóng và bộ suy giảm. Các nhà phát triển sản phẩm cũng có thể sử dụng bộ công cụ phát triển phần mềm để tích hợp các tính năng chức năng phần mềm của OPO vào phần mềm của riêng họ.
"Đối với một nhà khoa học nghiên cứu hoặc công ty sử dụng tia laser này trong sản phẩm của họ, việc mua phần mềm điều khiển riêng từ nhà sản xuất tia laser có thể điều chỉnh có thể không phải là lý tưởng. Họ muốn tích hợp tất cả các điều khiển vào phần mềm của riêng họ. Trong môi trường học thuật, Tiến sĩ Little của OPOTEK giải thích: việc lưu tất cả dữ liệu trên các thông số laser là rất quan trọng để hoạt động liền mạch.
Việc tích hợp tự động hóa và điều khiển rất quan trọng vì tia laser thường được đặt trong một vỏ bọc lớn hơn, khiến chúng khó lập trình lại hoặc bảo trì.
Bộ công cụ phát triển phần mềm cũng có thể được sử dụng để thiết lập quá trình quét có thể lập trình các bước sóng được xác định trước theo bất kỳ thứ tự nào. Điều này có ứng dụng trong hình ảnh tiên tiến, độ phân giải cao. Khả năng lấy nét vốn có của tia laser cho phép chúng lấy mẫu các khu vực cực kỳ nhỏ, có kích thước hàng chục micron. Bằng cách lập trình trước tia laser, hệ thống có thể rasterize và di chuyển tia laser đến các khu vực khác nhau để tạo ra các bản quét có độ phân giải cao.
Tiến sĩ Little cho biết: “Vì đây là tia laser xung bắn ra nhiều lần mỗi giây nên bạn có thể nhập số lần bạn muốn nó bắn ở mỗi bước sóng và quyết định tăng hoặc giảm bước sóng bao nhiêu lần”. "Bây giờ tất cả các chùm năng lượng cao đều đến từ một cổng, cho phép người vận hành nhắm trực tiếp vào khu vực quan tâm để phân tích."
Kích thước có liên quan đến laser OPO có thể điều chỉnh. Nếu OPO quá lớn, việc tích hợp thiết bị sẽ khó khăn hơn và ảnh hưởng tổng thể của sản phẩm cuối cùng sẽ lớn. Điều này rất quan trọng khi xem xét các yêu cầu về không gian của phòng thí nghiệm nghiên cứu.
Tiến sĩ Little lần đầu tiên biết đến laser OPO khi còn là nghiên cứu sinh tại Đại học Bang Louisiana. Ông nhớ lại rằng những chiếc OPO thời kỳ đầu “rất lớn, khó sử dụng và thường bị hư hỏng. Một chiếc OPO dài 12 feet”.
Ngày nay, OPOTEK cung cấp một trong những loại tia laser có thể điều chỉnh nhỏ nhất trên thị trường: Opolette 2940 cỡ "hộp giày". Mặc dù vẫn yêu cầu nguồn điện cỡ "chiếc cặp" với khả năng làm mát bằng nước bên trong, OPO 2.94-micron đầu laser chiếm một diện tích nhỏ. Mặc dù vẫn yêu cầu nguồn điện cỡ "chiếc cặp" với khả năng làm mát bằng nước bên trong, đầu laser 2,94 micron của OPO laser có kích thước chỉ 9,5 x 4,5 x 7,5 inch.
Theo Tiến sĩ Little, kích thước nhỏ làm tăng độ cứng của tia laser và ổn định hơn nữa các bộ phận bên trong vỏ tích hợp.
Một đặc điểm nổi bật của OPO hiện đại là khả năng truyền nhiều bước sóng thông qua sợi quang. Sợi quang đã trở thành phương pháp truyền laser chính vì nó dễ cài đặt và ngắt kết nối. Ngoài ra, nó còn bảo vệ người dùng cuối khỏi tiếp xúc với ánh sáng hoặc tiếp xúc với mắt vì ánh sáng được truyền qua một ống kín. OPOTEK cung cấp khả năng phân phối chất xơ cho tất cả các sản phẩm của mình, bất kể mức năng lượng.
Trong lịch sử, laser OPO liên quan đến việc điều chỉnh thủ công phức tạp và căn chỉnh chính xác. Những tiến bộ trong công nghệ đã biến những tia laser này thành thiết bị cắm và chạy, ổn định và dễ sử dụng. Laser OPO ngày nay, dễ sử dụng và đáng tin cậy, có thể được sử dụng trong môi trường phòng thí nghiệm thương mại và học thuật cho các ứng dụng phát triển thiết bị cố định.
Theo Tiến sĩ Margalith, "Các nhà nghiên cứu hàn lâm có thể tập trung vào nghiên cứu của họ thay vì cố gắng điều chỉnh hoặc sửa chữa hệ thống laser". Với laser OPO chất lượng cao, thiết bị của họ sẽ có thể hoạt động vượt trội. -hộp chức năng."
