OPOレーザーの開発
OPO レーザーは現在、プラグアンドプレイ デバイスとして存在していますが、その進化は順調ではありませんでした。
光パラメトリック発振器 (OPO) は、結晶を使用してパルスモード Nd:YAG レーザーとその高調波を特定の周波数に変換することで機能します。「チューニング」を実現するには、ポンプ レーザーと OPO の両方を正確に配置する必要があります。その後、研究者は、目的の波長に達するまで、結晶をミクロン レベルまで手動で微調整する必要があります。
日々の研究室での作業では、研究者は 2 つのコンポーネントの位置ずれの可能性を常に監視する必要があります。さらに問題を複雑にしているのは、特定の周波数の波長が異なるポートから放射されるため、外部の実験セットアップを再調整しなければならないことが多々あることです。
OPOTEKの誕生
このような背景から、学術研究者は OPO を最適化し、商用アプリケーションに組み込むことが非常に難しいと感じました。
約 45 年前、航空宇宙分野で長年の経験を積んだ後、マーガリス博士は中国の大学が広範囲に調整可能な結晶を開発していることを知り、OPO レーザーの大きな可能性に目を向けました。当時、調整可能なレーザーは主に化学反応や色素に基づいていましたが、パルスではなく連続的であり、漏れの問題に悩まされることがよくありました。さらに、非常に複雑で、サイズが大きく、メンテナンス費用が高額なため、色素レーザーは商業用途で広く受け入れられることはありませんでした。
マーガリス博士の起業家精神により、すぐに最初のチューナブル OPO レーザーが設計され、その技術の特許を取得しました。それ以来、OPOTEK は彼のガレージで誕生しました。
1993 年 7 月、OPOTEK は米国で初めてブロードバンド可視 OPO を提供する企業となりました。同社の現在の製品の多くは、この画期的な設計から生まれたものです。それ以来、さまざまな技術の進歩により、OPO のパフォーマンスは継続的に強化され、適応されてきました。
マーガリス博士によると、現在、OPO を構築する方法として受け入れられているのは、ポンプ レーザーと OPO 光学系を同じハウジングに統合し、両者が分離できないようにすることです。この設計により、必要に応じて、調整可能なレーザー全体を簡単かつ安全に移動できます。
統合ソフトウェアはシステムの配置を検出し、必要に応じて調整を行います。この安定性は、画像機器を研究室から病院の手術室に移動する場合など、商業環境では特に重要です。
「過去の OPO の中には非常に脆弱なものもあり、システムを移動させるとエンジニアが再調整しなければなりませんでした」と Margalith 博士は説明します。「今日の安定した OPO では、これは必要ありません。セットアップとトレーニングに外部の専門知識は不要です。既製品を購入して、ほとんどの消費者向け製品と同様に翌日配送してもらえます。」
自動化により、ポンプ レーザーの高調波、結晶回転光学チューニング、波形分離光学系、減衰器などのすべてのシステム要素が制御されるようになりました。製品開発者は、ソフトウェア開発キットを使用して、OPO のソフトウェア機能を独自のソフトウェアに統合することもできます。
「このレーザーを自社製品に使用している研究者や企業にとって、チューナブルレーザーの製造元から個別の制御ソフトウェアを入手するのは理想的ではないかもしれません。彼らは、すべての制御を自社のソフトウェアに統合することを望んでいます。学術的な環境では、レーザーパラメータに関するすべてのデータを保存することが、シームレスな操作に不可欠です。統合は、すべての機能の鍵です」と、OPOTEK のリトル博士は説明しています。
通常、レーザーは大きな筐体に収納されており、再プログラムやメンテナンスが困難であるため、自動化と制御を統合することが重要です。
ソフトウェア開発キットは、事前に決められた波長の任意の順序でのプログラム可能なスキャンを設定するためにも使用できます。これは、高度な高解像度イメージングに応用できます。レーザーは本来、焦点を絞ることができるため、数十ミクロン単位の非常に小さな領域をサンプリングできます。レーザーを事前にプログラムしておくことで、システムはレーザーをラスタライズしてさまざまな領域に移動し、高解像度のスキャンを作成できます。
「これは 1 秒間に何度も発射するパルス レーザーなので、各波長で発射する回数を入力し、波長を何回増やすか減らすかを決めることができます」とリトル博士は述べています。「これで、すべての高エネルギー ビームが 1 つのポートから送られるため、オペレーターは分析対象領域を直接ターゲットにすることができます。」
サイズは、チューナブル OPO レーザーに関係します。OPO が大きすぎると、機器の統合が難しくなり、最終製品の全体的な設置面積が大きくなります。これは、研究室のスペース要件を考慮すると非常に重要です。
リトル博士は、ルイジアナ州立大学の大学院生として初めて OPO レーザーについて学びました。博士は、初期の OPO は「非常に大きく、使いにくく、壊れることが多かった。1 つの OPO は 12 フィートの長さもあった」と回想しています。
現在、OPOTEK は市場で最も小型のチューナブル レーザーの 1 つである「靴箱」サイズの Opolette 2940 を提供しています。内部水冷式の「ブリーフケース」サイズの電源が必要ですが、2.94- ミクロン OPO レーザーのヘッドは占有面積が小さくなっています。内部水冷式の「ブリーフケース」サイズの電源が必要ですが、OPO レーザーの 2.94 ミクロン レーザー ヘッドの占有面積はわずか 9.5 x 4.5 x 7.5 インチです。
リトル博士によると、サイズが小さいためレーザーの剛性が増し、一体型ハウジング内のコンポーネントがさらに安定します。
最新の OPO の際立った特徴は、光ファイバーを介して広範囲の波長を伝送できることです。光ファイバーは、セットアップと切断が簡単なため、レーザー伝送の主な方法となっています。さらに、光は密閉されたチューブを介して伝送されるため、エンド ユーザーが光にさらされたり目に入ったりするのを防ぎます。OPOTEK は、エネルギー レベルに関係なく、すべての製品に光ファイバー伝送を提供しています。
歴史的に、OPO レーザーには複雑な手動調整と精密な調整が必要でした。技術の進歩により、これらのレーザーは安定していて使いやすいプラグアンドプレイ デバイスになりました。今日の OPO レーザーは使いやすく信頼性が高く、商業および学術研究室の設備開発アプリケーションで使用できます。
「学術研究者は、レーザー システムの調整や修理に手間取るのではなく、研究に集中できるはずです」とマーガリス博士は言います。「高品質の OPO レーザーがあれば、装置はすぐに使える機能を実行できるようになります。」
