Desenvolvimento de lasers OPO
Embora os lasers OPO possam existir hoje como dispositivos plug-and-play, sua evolução não tem sido tranquila.
Osciladores paramétricos ópticos (OPOs) funcionam usando um cristal para converter um laser Nd:YAG de modo pulsado e seus harmônicos em uma frequência específica. Para conseguir o "ajuste", tanto o laser da bomba quanto o OPO precisam ser posicionados com precisão. Os pesquisadores então precisam ajustar manualmente os cristais ao nível do mícron até que o comprimento de onda desejado seja alcançado.
Nas operações diárias do laboratório, os pesquisadores devem estar constantemente atentos a possíveis desalinhamentos dos dois componentes. Para complicar ainda mais a situação, comprimentos de onda em determinadas frequências são emitidos a partir de portas diferentes, o que muitas vezes requer reajuste da configuração experimental externa.
O Nascimento da OPOTEK
Foi neste contexto que os investigadores académicos consideraram extremamente desafiador otimizar e incorporar OPO em aplicações comerciais.
Cerca de 45 anos atrás, depois de muitos anos no campo aeroespacial, o Dr. Margalith soube que uma universidade chinesa estava desenvolvendo cristais amplamente sintonizáveis, o que abriu seus olhos para o enorme potencial dos lasers OPO. Na época, os lasers sintonizáveis eram em grande parte baseados em produtos químicos ou corantes, que eram contínuos em vez de pulsados e muitas vezes sofriam de problemas de vazamento. Além disso, devido à sua alta complexidade, tamanho volumoso e altos custos de manutenção, os lasers de corante nunca ganharam ampla aceitação em aplicações comerciais.
Não demorou muito para que o espírito empreendedor do Dr. Margalith projetasse o primeiro laser OPO ajustável e patenteasse a tecnologia com sucesso. Desde então, a OPOTEK nasceu na sua garagem.
Em julho de 1993, a OPOTEK se tornou a primeira empresa nos Estados Unidos a oferecer OPO visível em banda larga. Muitos dos produtos atuais da empresa derivam deste design inovador. Desde então, vários avanços tecnológicos melhoraram e adaptaram continuamente o desempenho das OPOs.
Hoje, a Dra. Margalith diz que o método aceito para construir um OPO é integrar a bomba laser e a óptica do OPO no mesmo invólucro e garantir que os dois não possam ser separados. Este design permite que todo o laser ajustável seja movido com facilidade e segurança conforme necessário.
O software integrado detecta o alinhamento do sistema e faz ajustes quando necessário. Essa estabilidade é especialmente crítica em ambientes comerciais, como ao mover equipamentos de imagem do laboratório para a sala de cirurgia do hospital.
"Alguns OPOs do passado eram tão frágeis que, se o sistema fosse movido, os engenheiros teriam que realinhá-lo", explica o Dr. Margalith, "Isso não é necessário para os OPOs estáveis de hoje. A configuração e o treinamento não exigem mais experiência externa. Você pode compre um produto pronto para uso e envie-o durante a noite, como a maioria dos produtos de consumo."
A automação agora controla todos os elementos do sistema, como harmônicos de laser de bomba, ajuste óptico de rotação de cristal, óptica de separação de forma de onda e atenuadores. Os desenvolvedores de produtos também podem usar kits de desenvolvimento de software para integrar os recursos de funcionalidade de software do OPO em seu próprio software.
"Para um cientista pesquisador ou empresa que usa este laser em seu produto, pode não ser ideal obter um software de controle separado do fabricante do laser ajustável. Eles prefeririam integrar todos os controles em seu próprio software. Em um ambiente acadêmico, salvar todos os dados nos parâmetros do laser é fundamental para uma operação perfeita. A integração é fundamental para que tudo funcione", explica o Dr. Little da OPOTEK.
A integração da automação e do controle é importante porque normalmente os lasers ficam fechados em um gabinete maior, dificultando sua reprogramação ou manutenção.
O kit de desenvolvimento de software também pode ser usado para configurar varreduras programáveis de comprimentos de onda pré-determinados em qualquer ordem. Isso tem aplicações em imagens avançadas de alta resolução. A capacidade de foco inerente dos lasers permite que eles obtenham amostras de áreas incrivelmente pequenas, medindo dezenas de mícrons. Ao pré-programar o laser, o sistema pode rasterizar e mover o laser para diferentes áreas para produzir digitalizações de alta resolução.
“Como este é um laser pulsado que dispara muitas vezes por segundo, você pode inserir o número de vezes que deseja que ele dispare em cada comprimento de onda e decidir quantas vezes aumentará ou diminuirá o comprimento de onda”, afirma o Dr. “Agora todos os feixes de alta energia vêm de um porto, permitindo ao operador direcionar diretamente a área de interesse para análise.”
O tamanho está relacionado ao laser OPO ajustável. Se a ODO for demasiado grande, a integração dos instrumentos será mais difícil e a pegada global do produto final será grande. Isto é muito importante considerando os requisitos de espaço de um laboratório de pesquisa.
Dr. Little aprendeu sobre lasers OPO pela primeira vez quando era estudante de graduação na Louisiana State University. Ele lembra que os primeiros OPOs eram “muito grandes, difíceis de usar e frequentemente danificados. Um OPO tinha 3,6 metros de comprimento”.
Hoje, a OPOTEK oferece um dos menores lasers sintonizáveis do mercado: o Opolette 2940 do tamanho de uma "caixa de sapatos". Embora ainda exija uma fonte de alimentação do tamanho de uma "pasta" com refrigeração interna a água, o OPO de 2,94-mícrons a cabeça do laser ocupa um espaço pequeno. Embora ainda exija uma fonte de alimentação do tamanho de uma “pasta” com resfriamento interno de água, o cabeçote de laser de 2,94 mícrons do laser OPO ocupa apenas 9,5 x 4,5 x 7,5 polegadas.
De acordo com o Dr. Little, o tamanho pequeno aumenta a rigidez do laser e estabiliza ainda mais os componentes dentro da caixa integrada.
Uma característica distintiva dos OPOs modernos é a capacidade de transmitir uma ampla gama de comprimentos de onda através de fibra óptica. A fibra óptica tornou-se o principal método de transmissão de lasers porque é fácil de configurar e desconectar. Além disso, protege o usuário final da exposição à luz ou do contato visual porque a luz é transmitida através de um tubo fechado. A OPOTEK oferece entrega de fibra para todos os seus produtos, independentemente do nível de energia.
Historicamente, os lasers OPO envolviam ajustes manuais complexos e alinhamento preciso. Os avanços na tecnologia transformaram esses lasers em dispositivos plug-and-play que são estáveis e fáceis de usar. Os lasers OPO atuais, fáceis de usar e confiáveis, podem ser usados em laboratórios comerciais e acadêmicos para aplicações de desenvolvimento de acessórios.
"Os pesquisadores acadêmicos devem ser capazes de se concentrar em suas pesquisas em vez de tentar ajustar ou consertar o sistema de laser", de acordo com a Dra. Margalith, "Com um laser OPO de alta qualidade, seu equipamento será capaz de funcionar fora do padrão. -funções de caixa."
