Développement de lasers OPO
Bien que les lasers OPO existent aujourd’hui sous forme de dispositifs plug-and-play, leur évolution n’a pas été fluide.
Les oscillateurs paramétriques optiques (OPO) fonctionnent en utilisant un cristal pour convertir un laser Nd:YAG en mode pulsé et ses harmoniques en une fréquence spécifique. Afin de réaliser un « réglage », le laser de pompe et l’OPO doivent être positionnés avec précision. Les chercheurs doivent ensuite affiner manuellement les cristaux au niveau du micron jusqu’à ce que la longueur d’onde souhaitée soit atteinte.
Dans les opérations quotidiennes du laboratoire, les chercheurs doivent être constamment à l’affût d’un éventuel désalignement des deux composants. Pour compliquer encore les choses, des longueurs d'onde à certaines fréquences sont émises par différents ports, ce qui nécessite souvent un réajustement de la configuration expérimentale externe.
La naissance d'OPOTEK
C’est dans ce contexte que les chercheurs universitaires ont trouvé extrêmement difficile d’optimiser et d’incorporer l’OPO dans des applications commerciales.
Il y a environ 45 ans, après de nombreuses années dans le domaine aérospatial, le Dr Margalith a appris qu'une université chinoise développait des cristaux largement accordables, ce qui lui a ouvert les yeux sur l'énorme potentiel des lasers OPO. À l’époque, les lasers accordables reposaient en grande partie sur des produits chimiques ou des colorants, qui étaient continus plutôt que pulsés et souffraient souvent de problèmes de fuite. De plus, en raison de leur grande complexité, de leur encombrement et de leurs coûts de maintenance élevés, les lasers à colorant n’ont jamais été largement acceptés dans les applications commerciales.
Il n'a pas fallu longtemps pour que l'esprit entrepreneurial du Dr Margalith conçoive le premier laser OPO accordable et brevete avec succès la technologie. Depuis, OPOTEK est né dans son garage.
En juillet 1993, OPOTEK est devenue la première entreprise aux États-Unis à proposer des OPO visibles à large bande. De nombreux produits actuels de l'entreprise découlent de cette conception révolutionnaire. Depuis lors, diverses avancées technologiques ont continuellement amélioré et adapté les performances des OPO.
Aujourd'hui, le Dr Margalith affirme que la méthode acceptée pour construire un OPO consiste à intégrer le laser de pompe et l'optique OPO dans le même boîtier et à garantir que les deux ne peuvent pas être séparés. Cette conception permet à l’ensemble du laser accordable d’être déplacé facilement et en toute sécurité selon les besoins.
Le logiciel intégré détecte l'alignement du système et effectue les ajustements nécessaires. Cette stabilité est particulièrement critique dans les environnements commerciaux, par exemple lors du déplacement d'équipements d'imagerie du laboratoire à la salle d'opération d'un hôpital.
"Certains OPO du passé étaient si fragiles que si le système était déplacé, les ingénieurs devraient le réaligner", explique le Dr Margalith. "Ce n'est pas nécessaire pour les OPO stables d'aujourd'hui. L'installation et la formation ne nécessitent plus d'expertise extérieure. Vous pouvez acheter un produit disponible dans le commerce et le faire expédier du jour au lendemain, comme la plupart des produits de consommation. »
L'automatisation contrôle désormais tous les éléments du système tels que les harmoniques du laser de pompe, le réglage optique de la rotation des cristaux, l'optique de séparation des formes d'onde et les atténuateurs. Les développeurs de produits peuvent également utiliser des kits de développement logiciel pour intégrer les fonctionnalités logicielles d'OPO dans leur propre logiciel.
"Pour un chercheur scientifique ou une entreprise utilisant ce laser dans son produit, il n'est peut-être pas idéal d'obtenir un logiciel de contrôle séparé auprès du fabricant du laser accordable. Ils préféreraient intégrer toutes les commandes dans leur propre logiciel. Dans un cadre universitaire, la sauvegarde de toutes les données sur les paramètres du laser est essentielle pour un fonctionnement fluide. L'intégration est la clé du fonctionnement de tout", explique le Dr Little d'OPOTEK.
L'intégration de l'automatisation et du contrôle est importante car les lasers sont généralement enfermés dans un boîtier plus grand, ce qui les rend difficiles à reprogrammer ou à entretenir.
Le kit de développement logiciel peut également être utilisé pour configurer des balayages programmables de longueurs d'onde prédéterminées dans n'importe quel ordre. Cela a des applications dans l’imagerie avancée à haute résolution. La focalisation inhérente des lasers leur permet d’échantillonner des zones incroyablement petites, mesurant en dizaines de microns. En préprogrammant le laser, le système peut tramer et déplacer le laser vers différentes zones pour produire des numérisations haute résolution.
"Comme il s'agit d'un laser pulsé qui se déclenche plusieurs fois par seconde, vous pouvez saisir le nombre de fois que vous souhaitez qu'il se déclenche à chaque longueur d'onde et décider combien de fois augmenter ou diminuer la longueur d'onde", déclare le Dr Little. "Désormais, tous les faisceaux à haute énergie proviennent d'un seul port, ce qui permet à l'opérateur de cibler directement la zone d'intérêt pour l'analyse."
La taille est liée au laser OPO réglable. Si l’OPO est trop grand, l’intégration des instruments sera plus difficile et l’empreinte globale du produit final sera importante. Ceci est très important compte tenu des besoins en espace d’un laboratoire de recherche.
Le Dr Little a découvert les lasers OPO pour la première fois alors qu'il était étudiant diplômé à la Louisiana State University. Il rappelle que les premiers OPO étaient « très grands, difficiles à utiliser et souvent endommagés. Un OPO mesurait 12 pieds de long ».
Aujourd'hui, OPOTEK propose l'un des plus petits lasers accordables du marché : l'Opolette 2940 de la taille d'une "boîte à chaussures". Bien qu'il nécessite toujours une alimentation de la taille d'une "mallette" avec refroidissement interne par eau, l'OPO de 2,94-microns la tête du laser occupe un faible encombrement. Tout en nécessitant toujours une alimentation de la taille d'une « mallette » avec refroidissement interne par eau, la tête laser de 2,94 microns du laser OPO a une empreinte au sol de seulement 9,5 x 4,5 x 7,5 pouces.
Selon le Dr Little, la petite taille augmente la rigidité du laser et stabilise davantage les composants à l'intérieur du boîtier intégré.
Une caractéristique distinctive des OPO modernes est la capacité de transmettre une large gamme de longueurs d’onde via la fibre optique. La fibre optique est devenue la principale méthode de transmission des lasers car elle est facile à installer et à déconnecter. De plus, il protège l'utilisateur final de l'exposition à la lumière ou du contact visuel car la lumière est transmise à travers un tube fermé. OPOTEK propose la livraison par fibre pour tous ses produits, quel que soit le niveau d'énergie.
Historiquement, les lasers OPO impliquaient des réglages manuels complexes et un alignement précis. Les progrès technologiques ont transformé ces lasers en appareils plug-and-play, stables et faciles à utiliser. Les lasers OPO d'aujourd'hui, faciles à utiliser et fiables, peuvent être utilisés dans des laboratoires commerciaux et universitaires pour des applications de développement de luminaires.
« Les chercheurs universitaires devraient pouvoir se concentrer sur leurs recherches plutôt que d'essayer de modifier ou de réparer le système laser », selon le Dr Margalith. « Avec un laser OPO de haute qualité, leur équipement sera capable de fonctionner hors du commun. -fonctions de boîte."
