OPO 레이저 개발
오늘날 OPO 레이저는 플러그 앤 플레이 장치로 존재할 수 있지만 그 발전은 순탄하지 않았습니다.
OPO(광 파라메트릭 발진기)는 수정을 사용하여 펄스 모드 Nd:YAG 레이저와 해당 고조파를 특정 주파수로 변환하는 방식으로 작동합니다. "튜닝"을 달성하려면 펌프 레이저와 OPO가 모두 정확하게 배치되어야 합니다. 그런 다음 연구원들은 원하는 파장에 도달할 때까지 결정을 미크론 수준으로 수동으로 미세 조정해야 합니다.
일상적인 실험실 작업에서 연구자들은 두 구성 요소의 정렬 오류 가능성을 지속적으로 감시해야 합니다. 문제를 더욱 복잡하게 만드는 것은 특정 주파수의 파장이 다른 포트에서 방출되기 때문에 종종 외부 실험 설정을 재조정해야 한다는 것입니다.
오포텍의 탄생
이러한 배경에서 학계 연구자들은 OPO를 상용 애플리케이션에 최적화하고 통합하는 것이 매우 어렵다는 것을 알게 되었습니다.
약 45년 전, 항공우주 분야에서 수년을 보낸 후 Margalith 박사는 중국 대학이 광범위하게 조정 가능한 결정을 개발하고 있다는 사실을 알게 되었고, 이를 통해 OPO 레이저의 엄청난 잠재력에 눈을 뜨게 되었습니다. 당시 조정 가능한 레이저는 주로 펄스형 레이저가 아닌 연속형 화학 또는 염료를 기반으로 했으며 누출 문제가 자주 발생했습니다. 또한, 높은 복잡성, 부피가 큰 크기 및 값비싼 유지 관리 비용으로 인해 염료 레이저는 상업적 응용 분야에서 널리 받아들여지지 않았습니다.
얼마 지나지 않아 Margalith 박사의 기업가 정신으로 최초의 조정 가능한 OPO 레이저를 설계하고 해당 기술에 대한 특허를 성공적으로 취득했습니다. 그 이후로 OPOTEK은 그의 차고에서 태어났습니다.
1993년 7월 OPOTEK은 광대역 가시 OPO를 제공하는 미국 최초의 회사가 되었습니다. 회사의 현재 제품 중 다수는 이러한 획기적인 디자인에서 비롯됩니다. 그 이후로 다양한 기술 발전으로 인해 OPO의 성능이 지속적으로 향상되고 조정되었습니다.
현재 Margalith 박사는 OPO 제작에 허용되는 방법은 펌프 레이저와 OPO 광학 장치를 동일한 하우징에 통합하고 둘이 분리되지 않도록 하는 것이라고 말합니다. 이 설계를 통해 조정 가능한 전체 레이저를 필요에 따라 쉽고 안전하게 이동할 수 있습니다.
통합 소프트웨어는 시스템 정렬을 감지하고 필요한 경우 조정합니다. 이러한 안정성은 이미징 장비를 연구실에서 병원 수술실로 이동할 때와 같은 상업 환경에서 특히 중요합니다.
Margalith 박사는 "과거의 일부 OPO는 너무 취약해서 시스템을 이동하면 엔지니어가 이를 다시 조정해야 했습니다. 오늘날의 안정적인 OPO에는 이것이 필요하지 않습니다. 설정 및 교육에는 더 이상 외부 전문 지식이 필요하지 않습니다. 기성품을 구입하면 대부분의 소비자 제품처럼 밤새 배송됩니다."
이제 자동화는 펌프 레이저 고조파, 수정 회전 광학 튜닝, 파형 분리 광학 및 감쇠기와 같은 모든 시스템 요소를 제어합니다. 제품 개발자는 소프트웨어 개발 키트를 사용하여 OPO의 소프트웨어 기능을 자체 소프트웨어에 통합할 수도 있습니다.
"제품에 이 레이저를 사용하는 연구 과학자나 회사의 경우 조정 가능한 레이저 제조업체로부터 별도의 제어 소프트웨어를 얻는 것이 이상적이지 않을 수 있습니다. 그들은 모든 제어 기능을 자체 소프트웨어에 통합하는 것을 선호합니다. 학문적 환경에서는 원활한 작동을 위해서는 레이저 매개변수에 대한 모든 데이터를 저장하는 것이 중요합니다."라고 OPOTEK의 Little 박사는 설명합니다.
일반적으로 레이저는 더 큰 인클로저에 둘러싸여 있어 재프로그래밍이나 서비스가 어렵기 때문에 자동화와 제어를 통합하는 것이 중요합니다.
소프트웨어 개발 키트를 사용하여 순서에 관계없이 미리 결정된 파장의 프로그래밍 가능한 스캔을 설정할 수도 있습니다. 이는 고급 고해상도 이미징에 적용됩니다. 레이저의 본질적인 초점 기능 덕분에 수십 미크론 단위로 측정되는 매우 작은 영역을 샘플링할 수 있습니다. 레이저를 사전 프로그래밍함으로써 시스템은 레이저를 래스터화하고 다른 영역으로 이동하여 고해상도 스캔을 생성할 수 있습니다.
"이것은 초당 여러 번 발사되는 펄스 레이저이기 때문에 각 파장에서 발사하려는 횟수를 입력하고 파장을 늘리거나 줄일 횟수를 결정할 수 있습니다"라고 Little 박사는 말합니다. "이제 모든 고에너지 빔이 하나의 포트에서 나오므로 운영자가 분석을 위해 관심 영역을 직접 타겟팅할 수 있습니다."
크기는 조정 가능한 OPO 레이저와 관련이 있습니다. OPO가 너무 크면 기기 통합이 더 어려워지고 최종 제품의 전체 설치 공간도 커집니다. 이는 연구실의 공간 요구 사항을 고려하면 매우 중요합니다.
Dr. Little은 루이지애나 주립대학교 대학원생으로서 OPO 레이저에 대해 처음 배웠습니다. 그는 초기 OPO가 "매우 크고 사용하기 어려웠으며 종종 손상되었습니다. 하나의 OPO는 길이가 12피트였습니다"라고 회상합니다.
오늘날 OPOTEK은 시장에서 가장 작은 조정 가능한 레이저 중 하나인 "신발 상자" 크기의 Opolette 2940을 제공합니다. 여전히 내부 수냉식을 갖춘 "서류 가방" 크기의 전원 공급 장치가 필요하지만 2.94-미크론 OPO 레이저 헤드는 작은 설치 공간을 차지합니다. 내부 수냉식을 갖춘 "서류 가방" 크기의 전원 공급 장치가 여전히 필요하지만 OPO 레이저의 2.94 미크론 레이저 헤드는 설치 공간이 9.5 x 4.5 x 7.5인치에 불과합니다.
Little 박사에 따르면 작은 크기는 레이저의 강성을 높이고 통합 하우징 내의 구성 요소를 더욱 안정화시킵니다.
현대 OPO의 특징은 광섬유를 통해 광범위한 파장을 전송할 수 있다는 것입니다. 광섬유는 설정 및 연결 해제가 쉽기 때문에 레이저를 전송하는 주요 방법이 되었습니다. 또한, 빛은 닫힌 튜브를 통해 전달되기 때문에 빛 노출이나 눈 접촉으로부터 최종 사용자를 보호합니다. OPOTEK은 에너지 수준에 관계없이 모든 제품에 섬유 전달을 제공합니다.
역사적으로 OPO 레이저에는 복잡한 수동 조정과 정밀한 정렬이 필요했습니다. 기술의 발전으로 인해 이러한 레이저는 안정적이고 사용하기 쉬운 플러그 앤 플레이 장치로 바뀌었습니다. 사용하기 쉽고 신뢰할 수 있는 오늘날의 OPO 레이저는 고정 장치 개발 응용 분야를 위한 상업 및 학술 연구실 환경에서 사용할 수 있습니다.
Margalith 박사는 "학술 연구자들은 레이저 시스템을 조정하거나 수정하려고 하기보다는 연구에 집중할 수 있어야 합니다"라고 말했습니다. "고품질 OPO 레이저를 사용하면 장비가 뛰어난 성능을 발휘할 수 있습니다. -박스 기능."
