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,或者吸引投資者對學(xué)術(shù)實(shí)驗室中孕育的技術(shù)進(jìn)行授權,從而將其轉化為可推向市場(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)行設計和制造。當條件允許時(shí),他們會(huì )將現成的組件整合到最終產(chǎn)品中。隨著(zhù)應用需求的升級,這些組件部件也日趨復雜和獨特。 以基于脈沖的可調諧激光器為例,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(cháng),并以納秒為單位輸出高強度的脈沖。它們的應用廣泛,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(zhù)至關(guān)重要的作用。 在這些脈沖激光器中,光學(xué)參數振蕩器(OPO)激光器以其出色的靈活性和經(jīng)濟性脫穎而出,它能夠“調諧”到特定波長(cháng)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)現了商業(yè)化。早期的OPO系統龐大且容易出錯,它們曾在車(chē)庫中開(kāi)發(fā)并銷(xiāo)售。而如今的OPO已經(jīng)轉變?yōu)橥耆伞⒓床寮从玫脑O備,無(wú)需專(zhuān)業(yè)的激光工程師進(jìn)行復雜的設置和校準。現代的OPO可以輕松地集成到OEM系統中,并進(jìn)行有效控制。 這一進(jìn)步對于生物學(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)域內造詣深厚,但可能并不具備激光設計或調諧的專(zhuān)業(yè)知識。 “現成的OPO正是為那些不太了解光學(xué)或如何調諧激光的人設計的,”MarkLittle博士如是表示。他是位于加州卡爾斯巴德的OPOTEK有限責任公司的技術(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激光及其諧波轉化為特定頻率。為了實(shí)現“調諧”,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)微調晶體至微米級,直至達到所需的波長(cháng)。 在日常實(shí)驗室操作中,研究人員必須時(shí)刻警惕這兩種元件可能出現的錯位問(wèn)題。更為復雜的是,某些頻率的波長(cháng)會(huì )從不同的端口發(fā)射,這往往需要重新調整外部實(shí)驗設置。 OPOTEK的誕生 正是在這樣的背景下,學(xué)術(shù)研究人員發(fā)現將OPO優(yōu)化并納入商業(yè)應用極具挑戰性。 大約45年前,Margalith博士在航空航天領(lǐng)域工作多年后,了解到中國一所大學(xué)正在研發(fā)可廣泛調諧的晶體,這讓他看到了OPO激光器的巨大潛力。當時(shí),可調諧的激光器主要基于化學(xué)或染料,這些激光器是連續的而非脈沖式的,并且常常存在泄漏問(wèn)題。此外,由于它們的高復雜性、龐大尺寸和昂貴的維護成本,染料激光器在商業(yè)應用中始終未能獲得廣泛認可。 不久后,充滿(mǎn)創(chuàng )業(yè)精神的Margalith博士便設計出了第一臺可調諧的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)庫里應運而生。 1993年7月,OPOTEK成為美國首家提供寬帶可見(jiàn)OPO的公司。該公司現今的許多產(chǎn)品都源于這一開(kāi)創(chuàng )性的設計。自那時(shí)起,技術(shù)的各種進(jìn)步不斷增強了OPO的性能并進(jìn)行了相應的調整。 如今,Margalith博士表示,構建OPO的公認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。這種設計使得整個(gè)可調諧激光器能夠根據需要輕松、安全地移動(dòng)。集成的軟件能夠檢測系統對齊情況,并在必要時(shí)進(jìn)行調整。在商業(yè)環(huán)境中,如將成像設備從實(shí)驗室轉移到醫院手術(shù)室時(shí),這種穩定性尤為關(guān)鍵。 “過(guò)去的一些OPO非常脆弱,如果系統被移動(dòng),工程師將不得不重新調整它,”Margalith博士解釋稱(chēng),“對于今天穩定的OPO來(lái)說(shuō),這是不必要的。設置和培訓不再需要外部專(zhuān)業(yè)知識。你可以購買(mǎi)現成的產(chǎn)品,然后像大多數消費品一樣連夜發(fā)貨。” 自動(dòng)化現在控制所有系統元素,如泵浦激光諧波,晶體旋轉光學(xué)調整,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),從可調諧激光器制造商那里獲得單獨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)設置中,保存激光參數的所有數據對于無(wú)縫操作至關(guān)重要。整合是一切功能的關(guān)鍵。”OPOTEK的Little博士解釋道。 集成自動(dòng)化和控制是很重要的,因為通常激光器被封閉在一個(gè)較大的外殼內,使其難以重新編程或維修。 該軟件開(kāi)發(fā)套件還可用于設置以任何順序預先確定波長(cháng)的可編程掃描。這在高級、高分辨率成像中有應用。激光固有的可聚焦性使它們能夠對小到令人難以置信的區域進(jìn)行采樣,以幾十微米為單位進(jìn)行測量。通過(guò)對激光器進(jìn)行預編程,系統可以光柵化并將激光器移動(dòng)到不同的區域,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(cháng)上發(fā)射的次數,并決定增加或減少波長(cháng)的次數。”“現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感興趣的區域進(jìn)行分析。” 尺寸與可調諧的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(cháng)。” 如今,OPOTEK提供了市面上最小的可調諧激光器之一:“鞋盒”大小的Opolette2940。雖然仍然需要一個(gè)帶有內部水冷卻的“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Little博士的說(shuō)法,小尺寸增加了激光器的剛性,進(jìn)一步穩定了集成外殼內的部件。 現代OPO的一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)是能夠通過(guò)光纖傳輸各種波長(cháng)。光纖已成為傳輸激光的主要方法,因為它易于設置和斷開(kāi)。此外,它保護終端用戶(hù)免受光暴露或眼睛接觸,因為光是通過(guò)一個(gè)封閉的管道傳輸的。OPOTEK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激光器涉及復雜的手動(dòng)調整和精確對準。技術(shù)的進(jìn)步使這些激光器變成了即插即用的設備,穩定且易于使用。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)驗室設置的夾具開(kāi)發(fā)應用。 “學(xué)術(shù)研究人員應該能夠專(zhuān)注于他們的研究,而不是試圖調整或修復激光系統,”Margalith博士稱(chēng),“有了高質(zhì)量的OPO激光器,他們的設備就能完成開(kāi)箱即用的功能。” 免責聲明:編寫(xiě)或轉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益或有不當之處,請作者在20個(gè)工作日之內與我們聯(lián)系,我們將協(xié)調給予處理。 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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