尖端的商業(yè)產(chǎn)品往往源自于學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域。在不少案例中,教授們會(huì)親自創(chuàng)辦公司,或者吸引投資者對(duì)學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室中孕育的技術(shù)進(jìn)行授權(quán),從而將其轉(zhuǎn)化為可推向市場(chǎng)的產(chǎn)品。 學(xué)術(shù)研究人員在打造新產(chǎn)品時(shí),通常會(huì)采用多種不同部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。當(dāng)條件允許時(shí),他們會(huì)將現(xiàn)成的組件整合到最終產(chǎn)品中。隨著應(yīng)用需求的升級(jí),這些組件部件也日趨復(fù)雜和獨(dú)特。 以基于脈沖的可調(diào)諧激光器為例,這類(lèi)激光器需要具備高度的靈活性,能夠產(chǎn)生從可見(jiàn)光到深紫外光的廣泛波長(zhǎng),并以納秒為單位輸出高強(qiáng)度的脈沖。它們的應(yīng)用廣泛,包括但不限于光纖信息傳輸、離子解吸、熱量產(chǎn)生、超聲波生成、電子激發(fā)等。正是憑借其出色的靈活性,這類(lèi)激光器在時(shí)間分辨物理化學(xué)、質(zhì)譜分析、光聲成像、光譜學(xué)、分光光度法、診斷以及高光譜成像等領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 在這些脈沖激光器中,光學(xué)參數(shù)振蕩器(OPO)激光器以其出色的靈活性和經(jīng)濟(jì)性脫穎而出,它能夠“調(diào)諧”到特定波長(zhǎng)的寬光譜范圍。 經(jīng)過(guò)超過(guò)35年的技術(shù)演進(jìn),OPO激光器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。早期的OPO系統(tǒng)龐大且容易出錯(cuò),它們?cè)谲?chē)庫(kù)中開(kāi)發(fā)并銷(xiāo)售。而如今的OPO已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆伞⒓床寮从玫脑O(shè)備,無(wú)需專(zhuān)業(yè)的激光工程師進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)置和校準(zhǔn)。現(xiàn)代的OPO可以輕松地集成到OEM系統(tǒng)中,并進(jìn)行有效控制。 這一進(jìn)步對(duì)于生物學(xué)家、化學(xué)家、物理學(xué)家、科學(xué)家及其他學(xué)術(shù)研究人員來(lái)說(shuō),無(wú)疑是一大福音。他們雖然在自己的領(lǐng)域內(nèi)造詣深厚,但可能并不具備激光設(shè)計(jì)或調(diào)諧的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。 “現(xiàn)成的OPO正是為那些不太了解光學(xué)或如何調(diào)諧激光的人設(shè)計(jì)的,”MarkLittle博士如是表示。他是位于加州卡爾斯巴德的OPOTEK有限責(zé)任公司的技術(shù)和科學(xué)營(yíng)銷(xiāo)顧問(wèn),該公司是全球領(lǐng)先的可調(diào)諧激光器制造商。“基本上,它是一個(gè)‘黑匣子’,可以輕松集成到另一個(gè)正在開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)中。” OPO激光器的發(fā)展 盡管OPO激光器如今可能作為即插即用的設(shè)備存在,但其發(fā)展歷程并非一帆風(fēng)順。 光學(xué)參量振蕩器(OPO)的工作原理在于利用晶體將脈沖模式的Nd:YAG激光及其諧波轉(zhuǎn)化為特定頻率。為了實(shí)現(xiàn)“調(diào)諧”,泵浦激光器和OPO都需要精確的定位。隨后,研究人員需要手動(dòng)微調(diào)晶體至微米級(jí),直至達(dá)到所需的波長(zhǎng)。 在日常實(shí)驗(yàn)室操作中,研究人員必須時(shí)刻警惕這兩種元件可能出現(xiàn)的錯(cuò)位問(wèn)題。更為復(fù)雜的是,某些頻率的波長(zhǎng)會(huì)從不同的端口發(fā)射,這往往需要重新調(diào)整外部實(shí)驗(yàn)設(shè)置。 OPOTEK的誕生 正是在這樣的背景下,學(xué)術(shù)研究人員發(fā)現(xiàn)將OPO優(yōu)化并納入商業(yè)應(yīng)用極具挑戰(zhàn)性。 大約45年前,Margalith博士在航空航天領(lǐng)域工作多年后,了解到中國(guó)一所大學(xué)正在研發(fā)可廣泛調(diào)諧的晶體,這讓他看到了OPO激光器的巨大潛力。當(dāng)時(shí),可調(diào)諧的激光器主要基于化學(xué)或染料,這些激光器是連續(xù)的而非脈沖式的,并且常常存在泄漏問(wèn)題。此外,由于它們的高復(fù)雜性、龐大尺寸和昂貴的維護(hù)成本,染料激光器在商業(yè)應(yīng)用中始終未能獲得廣泛認(rèn)可。 不久后,充滿(mǎn)創(chuàng)業(yè)精神的Margalith博士便設(shè)計(jì)出了第一臺(tái)可調(diào)諧的OPO激光器,并成功獲得了該技術(shù)的專(zhuān)利。自此,OPOTEK在他的車(chē)庫(kù)里應(yīng)運(yùn)而生。 1993年7月,OPOTEK成為美國(guó)首家提供寬帶可見(jiàn)OPO的公司。該公司現(xiàn)今的許多產(chǎn)品都源于這一開(kāi)創(chuàng)性的設(shè)計(jì)。自那時(shí)起,技術(shù)的各種進(jìn)步不斷增強(qiáng)了OPO的性能并進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。 如今,Margalith博士表示,構(gòu)建OPO的公認(rèn)方法是將泵浦激光器與OPO光學(xué)組件集成于同一外殼中,并確保兩者無(wú)法分離。這種設(shè)計(jì)使得整個(gè)可調(diào)諧激光器能夠根據(jù)需要輕松、安全地移動(dòng)。集成的軟件能夠檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)齊情況,并在必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。在商業(yè)環(huán)境中,如將成像設(shè)備從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到醫(yī)院手術(shù)室時(shí),這種穩(wěn)定性尤為關(guān)鍵。 “過(guò)去的一些OPO非常脆弱,如果系統(tǒng)被移動(dòng),工程師將不得不重新調(diào)整它,”Margalith博士解釋稱(chēng),“對(duì)于今天穩(wěn)定的OPO來(lái)說(shuō),這是不必要的。設(shè)置和培訓(xùn)不再需要外部專(zhuān)業(yè)知識(shí)。你可以購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成的產(chǎn)品,然后像大多數(shù)消費(fèi)品一樣連夜發(fā)貨。” 自動(dòng)化現(xiàn)在控制所有系統(tǒng)元素,如泵浦激光諧波,晶體旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整,波形分離光學(xué)和衰減器。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員還可以使用軟件開(kāi)發(fā)工具包將OPO的軟件功能特性整合到他們自己的軟件中。 “對(duì)于在其產(chǎn)品中使用這種激光器的研究科學(xué)家或公司來(lái)說(shuō),從可調(diào)諧激光器制造商那里獲得單獨(dú)的控制軟件可能并不理想。他們更喜歡將所有控件集成到自己的軟件中。在學(xué)術(shù)設(shè)置中,保存激光參數(shù)的所有數(shù)據(jù)對(duì)于無(wú)縫操作至關(guān)重要。整合是一切功能的關(guān)鍵。”O(jiān)POTEK的Little博士解釋道。 集成自動(dòng)化和控制是很重要的,因?yàn)橥ǔ<す馄鞅环忾]在一個(gè)較大的外殼內(nèi),使其難以重新編程或維修。 該軟件開(kāi)發(fā)套件還可用于設(shè)置以任何順序預(yù)先確定波長(zhǎng)的可編程掃描。這在高級(jí)、高分辨率成像中有應(yīng)用。激光固有的可聚焦性使它們能夠?qū)π〉搅钊穗y以置信的區(qū)域進(jìn)行采樣,以幾十微米為單位進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)對(duì)激光器進(jìn)行預(yù)編程,系統(tǒng)可以光柵化并將激光器移動(dòng)到不同的區(qū)域,以產(chǎn)生高分辨率的掃描。 Little博士稱(chēng):“由于這是一種每秒發(fā)射多次的脈沖激光器,你可以輸入你希望它在每個(gè)波長(zhǎng)上發(fā)射的次數(shù),并決定增加或減少波長(zhǎng)的次數(shù)。”“現(xiàn)在所有的高能光束都來(lái)自一個(gè)端口,允許操作員直接瞄準(zhǔn)感興趣的區(qū)域進(jìn)行分析。” 尺寸與可調(diào)諧的OPO激光器有關(guān)。如果OPO過(guò)大,儀器集成將更加困難,最終產(chǎn)品的整體占地面積也會(huì)很大。考慮到研究實(shí)驗(yàn)室的空間要求,這是非常重要的。 Little博士第一次了解OPO激光器是在路易斯安那州立大學(xué)讀研究生的時(shí)候。他回憶稱(chēng),早期的OPO“非常大,難以使用,而且經(jīng)常損壞。一個(gè)OPO有12英尺長(zhǎng)。” 如今,OPOTEK提供了市面上最小的可調(diào)諧激光器之一:“鞋盒”大小的Opolette2940。雖然仍然需要一個(gè)帶有內(nèi)部水冷卻的“公文包”大小的電源,但2.94微米的OPO激光器的激光頭占地面積僅為9.5x4.5x7.5英寸, 根據(jù)Little博士的說(shuō)法,小尺寸增加了激光器的剛性,進(jìn)一步穩(wěn)定了集成外殼內(nèi)的部件。 現(xiàn)代OPO的一個(gè)顯著特點(diǎn)是能夠通過(guò)光纖傳輸各種波長(zhǎng)。光纖已成為傳輸激光的主要方法,因?yàn)樗子谠O(shè)置和斷開(kāi)。此外,它保護(hù)終端用戶(hù)免受光暴露或眼睛接觸,因?yàn)楣馐峭ㄟ^(guò)一個(gè)封閉的管道傳輸?shù)摹POTEK為其所有產(chǎn)品提供纖維輸送,無(wú)論其能量水平如何。 歷史上,OPO激光器涉及復(fù)雜的手動(dòng)調(diào)整和精確對(duì)準(zhǔn)。技術(shù)的進(jìn)步使這些激光器變成了即插即用的設(shè)備,穩(wěn)定且易于使用。今天的OPO激光器,易于使用和可靠,可以在商業(yè)和學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置的夾具開(kāi)發(fā)應(yīng)用。 “學(xué)術(shù)研究人員應(yīng)該能夠?qū)W⒂谒麄兊难芯浚皇窃噲D調(diào)整或修復(fù)激光系統(tǒng),”Margalith博士稱(chēng),“有了高質(zhì)量的OPO激光器,他們的設(shè)備就能完成開(kāi)箱即用的功能。” 免責(zé)聲明:編寫(xiě)或轉(zhuǎn)載此文是為了傳遞更多的信息,為光電行業(yè)盡一些綿薄之力。若文字或圖片侵犯了您的合法權(quán)益或有不當(dāng)之處,請(qǐng)作者在20個(gè)工作日之內(nèi)與我們聯(lián)系,我們將協(xié)調(diào)給予處理。 聯(lián)系郵箱:lm@focaloptics.com,歡迎相關(guān)行業(yè)朋友與我們約稿。謝謝。 |
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