לייזרים ניתנים לכוונון משיגים סטטוס Black Box!

מוצרים מסחריים חדשניים מקורם לרוב בתחום המחקר האקדמי. במקרים רבים, פרופסורים יקימו חברות באופן אישי, או ימשכו משקיעים לטכנולוגיה שנולדה במעבדות אקדמיות לצורך רישוי, כך שהיא תהפוך למוצרים שניתן להביא לשוק.
כאשר חוקרים אקדמיים בונים מוצרים חדשים, הם לרוב מתכננים ומייצרים אותם באמצעות מספר רכיבים שונים. כאשר התנאים מאפשרים, הם משלבים רכיבי מדף במוצר הסופי. ככל שדרישות היישום מסלימות, חלקי הרכיבים הללו הופכים מורכבים וייחודיים יותר ויותר.
לייזרים ניתנים לכוונון מבוסס-פולסים, למשל, צריכים להיות גמישים ביותר, מסוגלים ליצור מגוון רחב של אורכי גל, החל מגלויות עד אולטרה-סגול עמוקות, ולהפיק פולסים בעוצמה גבוהה במרווחים של ננו-שניות. יש להם מגוון רחב של יישומים כולל, אך לא רק, העברת מידע בסיבים אופטיים, ספיגת יונים, יצירת חום, יצירת קולי, עירור אלקטרוני ועוד. בזכות הגמישות יוצאת הדופן שלהם, לייזרים אלו ממלאים תפקיד חיוני בתחומי כימיה פיזיקלית פתורה בזמן, ספקטרומטריית מסה, הדמיה פוטו-אקוסטית, ספקטרוסקופיה, ספקטרופוטומטריה, אבחון והדמיה היפרספקטרלית.
בין הלייזרים הפועמים הללו, לייזרים אופטי פרמטרי מתנד (OPO) בולטים בגמישות ובחסכון יוצאי הדופן, עם יכולת "להיות מכוונים" לטווח ספקטרלי רחב של אורכי גל ספציפיים.
לייזר OPO זמינים מסחרית כבר יותר מ-35 שנים עם התפתחות הטכנולוגיה. מערכות OPO מוקדמות היו כל כך גדולות ומועדות לשגיאות עד שהן פותחו ונמכרו במוסכים. ה-OPOs של היום הפכו למכשירים משולבים לחלוטין, הכנס-הפעל שאינם דורשים התקנה וכיול מורכבים על ידי מהנדסי לייזר מיוחדים. ניתן לשלב בקלות OPOs מודרניים במערכות OEM עם בקרה יעילה.
התקדמות זו היא ללא ספק ברכה לביולוגים, כימאים, פיזיקאים, מדענים וחוקרים אקדמיים אחרים. למרות שהם בעלי הישגים גבוהים בתחומם, ייתכן שאין להם ידע מיוחד בעיצוב או כוונון לייזר.
"OPOs מהמדף מיועדים בדיוק לאנשים שאינם יודעים הרבה על אופטיקה או כיצד לכוון לייזרים", אומר ד"ר מארק ליטל. הוא יועץ שיווק טכני ומדעי עבור OPOTEK, LLC בקרלסבד, קליפורניה, היצרנית המובילה בעולם של לייזרים מתכווננים. "בעיקרון, זו 'קופסה שחורה' שניתן לשלב בקלות במערכת אחרת בפיתוח".
האבולוציה של לייזר OPO
בעוד שלייזרי OPO עשויים להתקיים כיום כמכשירי Plug-and-Play, האבולוציה שלהם לא הייתה חלקה.
מתנדים פרמטריים אופטיים (OPOs) פועלים על ידי שימוש בגביש להמרת לייזר Nd:YAG במצב פעימות וההרמוניות שלו לתדר מסוים. על מנת להשיג "כוונן", גם לייזר המשאבה וגם ה-OPO צריכים להיות ממוקמים במדויק. לאחר מכן החוקרים צריכים לכוונן באופן ידני את הגבישים לרמת המיקרון עד הגעה לאורך הגל הרצוי.
בפעולות המעבדה היומיומיות, החוקרים חייבים להיות כל הזמן במעקב אחר חוסר יישור אפשרי של שני המרכיבים. כדי לסבך עוד יותר את העניינים, אורכי גל בתדרים מסוימים נפלטים מיציאות שונות, מה שמצריך לעתים קרובות התאמה מחדש של מערך הניסוי החיצוני.
הולדתו של OPOTEK
על רקע זה מצאו חוקרים אקדמיים מאתגר ביותר לייעל ולשלב OPOs ביישומים מסחריים.
לפני כ-45 שנה, לאחר שעבד שנים רבות בתחום התעופה והחלל, למד ד"ר מרגלית כי אוניברסיטה בסין מפתחת גבישים הניתנים לכוונון נרחב, מה שפקח את עיניו לפוטנציאל העצום של לייזר OPO. בזמנו, הלייזרים הניתנים לכיוון התבססו במידה רבה על כימיה או צבעים, שהיו רציפים ולא דופקים ולעתים קרובות סבלו מבעיות דליפה. בנוסף, בשל המורכבות הגבוהה שלהם, הגודל המגושם ועלויות התחזוקה היקרות, לייזרים צבעוניים מעולם לא זכו לקבלה נרחבת ביישומים מסחריים.
לא עבר זמן רב עד שרוח היזמות של ד"ר מרגלית עיצבה את לייזר OPO המתכוונן הראשון ורשם בהצלחה פטנט על הטכנולוגיה. מאז, OPOTEK נולד במוסך שלו.
ביולי 1993, OPOTEK הפכה לחברה הראשונה בארצות הברית שהציעה OPO גלוי בפס רחב. רבים מהמוצרים הנוכחיים של החברה נובעים מהעיצוב פורץ הדרך הזה. מאז, התקדמויות שונות בטכנולוגיה שיפרו והתאימו ללא הרף את הביצועים של OPOs.
כיום, ד"ר מרגלית אומר שהשיטה המקובלת לבניית OPO היא שילוב לייזר המשאבה ואופטיקה OPO באותו בית ולהבטיח שלא ניתן להפריד בין השניים. עיצוב זה מאפשר להעביר את כל הלייזר הניתן לכוונון בקלות ובבטחה לפי הצורך. תוכנה משולבת מזהה יישור מערכת ומבצעת התאמות במידת הצורך. יציבות זו קריטית במיוחד בסביבות מסחריות, כגון בעת ​​העברת ציוד הדמיה מהמעבדה לחדר הניתוח בבית החולים.
"כמה OPOs מהעבר היו כל כך שבריריים שאם המערכת תוזז, המהנדסים יצטרכו ליישר אותה מחדש", מסביר ד"ר מרגלית, "זה לא הכרחי עבור OPOs היציבים של היום. התקנה והדרכה כבר לא דורשים מומחיות חיצונית. אתה יכול קנה מוצר מדף ושלח אותו בן לילה כמו רוב מוצרי הצריכה".
אוטומציה שולטת כעת בכל מרכיבי המערכת כגון משאבת לייזר הרמונית, כוונון אופטי של סיבוב גבישים, אופטיקה של הפרדת צורות גל ומנחתים. מפתחי מוצר יכולים גם להשתמש בערכות פיתוח תוכנה כדי לשלב את תכונות פונקציונליות התוכנה של OPO בתוכנה שלהם.
"עבור מדענים או חברות המשתמשות בלייזרים כאלה במוצרים שלהם, השגת תוכנת בקרה נפרדת מיצרני לייזר מתכווננים עשויה להיות לא אידיאלית. הם מעדיפים לשלב את כל הפקדים בתוכנה שלהם. במערך אקדמי, שמירת כל הנתונים על פרמטרי לייזר היא קריטית להפעלה חלקה היא המפתח לכל פונקציונליות." ד"ר ליטל של OPOTEK מסביר.
שילוב אוטומציה ובקרה חשוב מכיוון שבדרך כלל לייזרים סגורים במארז גדול יותר, מה שמקשה על תכנות מחדש או תיקון.
ניתן להשתמש בערכת פיתוח התוכנה גם להגדרת סריקות ניתנות לתכנות עם אורכי גל מוגדרים מראש בכל סדר. יש לזה יישומים בהדמיה מתקדמת ברזולוציה גבוהה. יכולת המיקוד המובנית של לייזרים מאפשרת להם לדגום אזורים קטנים להפליא, הנמדדים בעשרות מיקרונים. על ידי תכנות מראש של הלייזרים, המערכת יכולה לרסטר ולהעביר את הלייזרים לאזורים שונים כדי לייצר סריקות ברזולוציה גבוהה.
לדברי ד"ר ליטל, "מכיוון שמדובר בלייזר דופק שפולט מספר פעמים בשנייה, אתה יכול להזין את מספר הפעמים שאתה רוצה שהוא יפלוט בכל אורך גל ולהחליט להגדיל או להקטין את מספר אורכי הגל". "כל אלומות האנרגיה הגבוהה מגיעות כעת מנמל יחיד, מה שמאפשר למפעיל למקד את אזור העניין ישירות לצורך ניתוח."
הגודל קשור ללייזר OPO הניתן לכוונון. אם ה-OPO גדול מדי, שילוב המכשיר יהיה קשה יותר וטביעת הרגל הכוללת של המוצר הסופי תהיה גדולה. זה חשוב מאוד בהתחשב בדרישות המקום של מעבדת מחקר.
ד"ר ליטל למד לראשונה על לייזר OPO כסטודנט לתואר שני באוניברסיטת לואיזיאנה סטייט. הוא נזכר ש-OPO מוקדמים היו "גדולים מאוד, קשים לשימוש, ולעתים קרובות ניזוקים. OPO אחד היה באורך 12 רגל".
כיום, OPOTEK מציעה את אחד הלייזרים הניתנים לכוונון הקטנים ביותר בשוק: Opolette 2940 בגודל "קופסת נעליים". למרות שעדיין נדרשת אספקת חשמל בגודל "תיק" עם קירור מים פנימי, לייזר OPO 2.94-מיקרון הראש תופס טביעת רגל קטנה. למרות שעדיין נדרש לספק כוח בגודל "תיק" עם קירור מים פנימי, לראש הלייזר של לייזר OPO בגודל 2.94 מיקרון יש טביעת רגל של 9.5 x 4.5 x 7.5 אינץ' בלבד.
לדברי ד"ר ליטל, הגודל הקטן מגביר את קשיחות הלייזר ומייצב עוד יותר את הרכיבים בתוך הבית המשולב.
מאפיין ייחודי של OPOs מודרני הוא היכולת לשדר מגוון רחב של אורכי גל דרך סיבים אופטיים. סיבים אופטיים הפכו לשיטה העיקרית להעברת לייזרים מכיוון שקל להגדיר ולנתק אותה. בנוסף, הוא מגן על משתמש הקצה מחשיפה לאור או מקשר עין מכיוון שהאור מועבר דרך צינור סגור.OPOTEK מציעה אספקת סיבים לכל מוצריה, ללא קשר לרמת האנרגיה.
מבחינה היסטורית, לייזרים OPO כללו התאמות ידניות מורכבות ויישור מדויק. התקדמות הטכנולוגיה הפכה את הלייזרים הללו למכשירי Plug-and-Play שהם יציבים וקלים לשימוש. לייזר OPO של היום, קלים לשימוש ואמינים, יכולים לשמש במערכות מעבדה מסחריות ואקדמיות עבור יישומי פיתוח מתקנים.
"חוקרים אקדמיים צריכים להיות מסוגלים להתמקד במחקר שלהם במקום לנסות לצבוט או לתקן את מערכות הלייזר שלהם", קובע ד"ר מרגלית, "עם לייזר OPO באיכות גבוהה, הציוד שלהם מוכן לביצוע מחוץ לקופסה".