OPO激光器实现“黑匣子”状态

尖端的商业产品大多数来源于学术研究领域。在不少案例中，教授们会亲自创办公司，或者吸引投资者对学术实验室中孕育的技术进行授权，从而将其转化为可推向市场的产品。

学术研究人员在打造新产品时，通常会采用多种不同部件进行设计和制造。当条件允许时，他们会将现成的组件整合到最终产品中。随着应用需求的升级，这些组件部件也日趋复杂和独特。

以基于脉冲的可调谐激光器为例，这类激光器需要具备高度的灵活性，能够产生从可见光到深紫外光的广泛波长，并以纳秒为单位输出高强度的脉冲。它们的应用广泛，包括但不限于光纤信息传输、离子解吸、热量产生、超声波生成、电子激发等。正是凭借其出色的灵活性，这类激光器在时间分辨物理化学、质谱分析、光声成像、光谱学、分光光度法、诊断以及高光谱成像等领域中发挥着至关重要的作用。

在这些脉冲激光器中，光学参数振荡器（OPO）激光器以其出色的灵活性和经济性脱颖而出，它能够“调谐”到特定波长的宽光谱范围。

经过超过35年的技术演进，OPO激光器已经实现了商业化。早期的OPO系统庞大且容易出错，它们曾在车库中开发并销售。而如今的OPO已经转变为完全集成、即插即用的设备，无需专业的激光工程师进行复杂的设置和校准。现代的OPO可以轻松地集成到OEM系统中，并进行有效控制。

这一进步对于生物学家、化学家、物理学家、科学家及其他学术研究人员来说，无疑是一大福音。他们虽然在自己的领域内造诣深厚，但可能并不具备激光设计或调谐的专业知识。

“现成的OPO正是为那些不太了解光学或如何调谐激光的人设计的，”Mark Little博士如是表示。他是位于加州卡尔斯巴德的OPOTEK有限责任公司的技术和科学营销顾问，该公司是全球领先的可调谐激光器制造商。“基本上，它是一个‘黑匣子’，可以轻松集成到另一个正在开发的系统中。”

OPO激光器的发展

尽管OPO激光器如今可能作为即插即用的设备存在，但其发展历程并非一帆风顺。

光学参量振荡器（OPO）的工作原理在于利用晶体将脉冲模式的Nd:YAG激光及其谐波转化为特定频率。为了实现“调谐”，泵浦激光器和OPO都需要精确的定位。随后，研究人员需要手动微调晶体至微米级，直至达到所需的波长。

在日常实验室操作中，研究人员必须时刻警惕这两种元件可能出现的错位问题。更为复杂的是，某些频率的波长会从不同的端口发射，这往往需要重新调整外部实验设置。

OPOTEK的诞生

正是在这样的背景下，学术研究人员发现将OPO优化并纳入商业应用极具挑战性。

大约45年前，Margalith博士在航空航天领域工作多年后，了解到中国一所大学正在研发可广泛调谐的晶体，这让他看到了OPO激光器的巨大潜力。当时，可调谐的激光器主要基于化学或染料，这些激光器是连续的而非脉冲式的，并且常常存在泄漏问题。此外，由于它们的高复杂性、庞大尺寸和昂贵的维护成本，染料激光器在商业应用中始终未能获得广泛认可。

不久后，充满创业精神的Margalith博士便设计出了第一台可调谐的OPO激光器，并成功获得了该技术的专利。自此，OPOTEK在他的车库里应运而生。

1993年7月，OPOTEK成为美国首家提供宽带可见OPO的公司。该公司现今的许多产品都源于这一开创性的设计。自那时起，技术的各种进步不断增强了OPO的性能并进行了相应的调整。

如今，Margalith博士表示，构建OPO的公认方法是将泵浦激光器与OPO光学组件集成于同一外壳中，并确保两者无法分离。这种设计使得整个可调谐激光器能够根据需要轻松、安全地移动。集成的软件能够检测系统对齐情况，并在必要时进行调整。在商业环境中，如将成像设备从实验室转移到医院手术室时，这种稳定性尤为关键。

“过去的一些OPO非常脆弱，如果系统被移动，工程师将不得不重新调整它，”Margalith博士解释称，“对于今天稳定的OPO来说，这是不必要的。设置和培训不再需要外部专业知识。你可以购买现成的产品，然后像大多数消费品一样连夜发货。”

自动化现在控制所有系统元素，如泵浦激光谐波，晶体旋转光学调整，波形分离光学和衰减器。产品开发人员还可以使用软件开发工具包将OPO的软件功能特性整合到他们自己的软件中。

“对于在其产品中使用这种激光器的研究科学家或公司来说，从可调谐激光器制造商那里获得单独的控制软件可能并不理想。他们更喜欢将所有控件集成到自己的软件中。在学术设置中，保存激光参数的所有数据对于无缝操作至关重要。整合是一切功能的关键。”OPOTEK的Little博士解释道。

集成自动化和控制是很重要的，因为通常激光器被封闭在一个较大的外壳内，使其难以重新编程或维修。

该软件开发套件还可用于设置以任何顺序预先确定波长的可编程扫描。这在高级、高分辨率成像中有应用。激光固有的可聚焦性使它们能够对小到令人难以置信的区域进行采样，以几十微米为单位进行测量。通过对激光器进行预编程，系统可以光栅化并将激光器移动到不同的区域，以产生高分辨率的扫描。

Little博士称：“由于这是一种每秒发射多次的脉冲激光器，你可以输入你希望它在每个波长上发射的次数，并决定增加或减少波长的次数。”“现在所有的高能光束都来自一个端口，允许操作员直接瞄准感兴趣的区域进行分析。”

尺寸与可调谐的OPO激光器有关。如果OPO过大，仪器集成将更加困难，最终产品的整体占地面积也会很大。考虑到研究实验室的空间要求，这是非常重要的。

Little博士第一次了解OPO激光器是在路易斯安那州立大学读研究生的时候。他回忆称，早期的OPO“非常大，难以使用，而且经常损坏。一个OPO有12英尺长。”

如今，OPOTEK提供了市面上最小的可调谐激光器之一：“鞋盒”大小的Opolette 2940。虽然仍然需要一个带有内部水冷却的“公文包”大小的电源，但2.94微米的OPO激光器的激光头占地面积仅为9.5 x 4.5 x 7.5英寸，

根据Little博士的说法，小尺寸增加了激光器的刚性，进一步稳定了集成外壳内的部件。

现代OPO的一个显著特点是能够通过光纤传输各种波长。光纤已成为传输激光的主要方法，因为它易于设置和断开。此外，它保护终端用户免受光暴露或眼睛接触，因为光是通过一个封闭的管道传输的。OPOTEK为其所有产品提供纤维输送，无论其能量水平如何。

历史上，OPO激光器涉及复杂的手动调整和精确对准。技术的进步使这些激光器变成了即插即用的设备，稳定且易于使用。今天的OPO激光器，易于使用和可靠，可以在商业和学术实验室设置的夹具开发应用。

“学术研究人员应该能够专注于他们的研究，而不是试图调整或修复激光系统，”Margalith博士称，“有了高质量的OPO激光器，他们的设备就能完成开箱即用的功能。”

来源：OFweek激光网