ट्यूनेबल लेजर ने ब्लैक बॉक्स का दर्जा हासिल कर लिया!

अत्याधुनिक वाणिज्यिक उत्पाद अक्सर अकादमिक शोध के क्षेत्र में उत्पन्न होते हैं। कई मामलों में, प्रोफेसर व्यक्तिगत रूप से कंपनियाँ शुरू करेंगे, या लाइसेंसिंग के लिए अकादमिक प्रयोगशालाओं में पैदा हुई तकनीक के लिए निवेशकों को आकर्षित करेंगे, ताकि इसे ऐसे उत्पादों में बदला जा सके जिन्हें बाज़ार में लाया जा सके।
जब अकादमिक शोधकर्ता नए उत्पाद बनाते हैं, तो वे अक्सर कई अलग-अलग घटकों का उपयोग करके उन्हें डिजाइन और निर्माण करते हैं। जब परिस्थितियाँ अनुमति देती हैं, तो वे अंतिम उत्पाद में ऑफ-द-शेल्फ घटकों को एकीकृत करते हैं। जैसे-जैसे अनुप्रयोग की आवश्यकताएँ बढ़ती हैं, ये घटक भाग अधिक जटिल और अद्वितीय होते जाते हैं।
उदाहरण के लिए, पल्स-आधारित ट्यूनेबल लेज़रों को अत्यधिक लचीला होना चाहिए, जो दृश्यमान से लेकर गहरे पराबैंगनी तक की व्यापक रेंज की तरंगदैर्घ्य उत्पन्न करने में सक्षम हों, और नैनोसेकंड की वृद्धि में उच्च-तीव्रता वाले पल्स आउटपुट कर सकें। उनके पास फाइबर ऑप्टिक सूचना संचरण, आयन विशोषण, ऊष्मा उत्पादन, अल्ट्रासोनिक उत्पादन, इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना, और बहुत कुछ सहित, लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं, अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। यह उनके उत्कृष्ट लचीलेपन के कारण है कि ये लेज़र समय-समाधानित भौतिक रसायन विज्ञान, मास स्पेक्ट्रोमेट्री, फोटोएकॉस्टिक इमेजिंग, स्पेक्ट्रोस्कोपी, स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री, डायग्नोस्टिक्स और हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग के क्षेत्रों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
इन स्पंदित लेज़रों में, ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर (ओपीओ) लेज़र अपने उत्कृष्ट लचीलेपन और किफायतीपन के कारण सबसे अलग हैं, तथा इनमें विशिष्ट तरंगदैर्घ्य की विस्तृत वर्णक्रमीय सीमा के लिए "ट्यून्ड" होने की क्षमता होती है।
OPO लेजर 35 से अधिक वर्षों से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं क्योंकि तकनीक विकसित हुई है। शुरुआती OPO सिस्टम इतने बड़े और त्रुटि-प्रवण थे कि उन्हें गैरेज में विकसित और बेचा गया था। आज के OPO को पूरी तरह से एकीकृत, प्लग-एंड-प्ले डिवाइस में बदल दिया गया है, जिन्हें विशेष लेजर इंजीनियरों द्वारा जटिल सेटअप और अंशांकन की आवश्यकता नहीं है। आधुनिक OPO को प्रभावी नियंत्रण के साथ OEM सिस्टम में आसानी से एकीकृत किया जा सकता है।
यह उन्नति निस्संदेह जीवविज्ञानी, रसायनज्ञ, भौतिकशास्त्री, वैज्ञानिक और अन्य अकादमिक शोधकर्ताओं के लिए एक वरदान है। हालाँकि वे अपने क्षेत्र में अत्यधिक निपुण हैं, लेकिन उन्हें लेजर डिज़ाइन या ट्यूनिंग का विशेष ज्ञान नहीं हो सकता है।
डॉ. मार्क लिटिल कहते हैं, "ऑफ-द-शेल्फ ओपीओ को खास तौर पर उन लोगों के लिए डिज़ाइन किया गया है जो ऑप्टिक्स या लेज़र को ट्यून करने के तरीके के बारे में ज़्यादा नहीं जानते हैं।" वे कार्ल्सबैड, कैलिफ़ोर्निया में ओपोटेक, एलएलसी के लिए तकनीकी और वैज्ञानिक मार्केटिंग सलाहकार हैं, जो ट्यूनेबल लेज़र के दुनिया के अग्रणी निर्माता हैं। "मूल रूप से, यह एक 'ब्लैक बॉक्स' है जिसे विकास के तहत किसी अन्य सिस्टम में आसानी से एकीकृत किया जा सकता है।"
ओपीओ लेज़रों का विकास
यद्यपि ओपीओ लेजर आज प्लग-एंड-प्ले डिवाइस के रूप में मौजूद हैं, लेकिन उनका विकास सहज नहीं रहा है।
ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर (OPO) एक क्रिस्टल का उपयोग करके पल्स्ड-मोड Nd:YAG लेजर और उसके हार्मोनिक्स को एक विशिष्ट आवृत्ति में परिवर्तित करने के लिए काम करते हैं। "ट्यूनिंग" प्राप्त करने के लिए, पंप लेजर और OPO दोनों को सटीक रूप से स्थित होना चाहिए। फिर शोधकर्ताओं को वांछित तरंगदैर्ध्य तक पहुंचने तक क्रिस्टल को माइक्रोन स्तर पर मैन्युअल रूप से ठीक करने की आवश्यकता होती है।
प्रयोगशाला में दिन-प्रतिदिन के कामों में शोधकर्ताओं को दो घटकों के बीच संभावित गलत संरेखण के प्रति लगातार सतर्क रहना चाहिए। मामले को और जटिल बनाने के लिए, कुछ आवृत्तियों पर तरंगदैर्घ्य अलग-अलग पोर्ट से उत्सर्जित होते हैं, जिसके लिए अक्सर बाहरी प्रयोगात्मक सेटअप को फिर से समायोजित करने की आवश्यकता होती है।
ओपोटेक का जन्म
इस पृष्ठभूमि में अकादमिक शोधकर्ताओं ने पाया कि ओ.पी.ओ. को अनुकूलित करना और व्यावसायिक अनुप्रयोगों में शामिल करना अत्यंत चुनौतीपूर्ण है।
लगभग 45 साल पहले, एयरोस्पेस क्षेत्र में कई वर्षों तक काम करने के बाद, डॉ. मार्गालिथ को पता चला कि चीन में एक विश्वविद्यालय व्यापक रूप से ट्यूनेबल क्रिस्टल विकसित कर रहा था, जिसने उन्हें ओपीओ लेज़र की विशाल क्षमता के बारे में बताया। उस समय, ट्यूनेबल लेज़र मुख्य रूप से रसायन विज्ञान या रंगों पर आधारित थे, जो स्पंदित होने के बजाय निरंतर थे और अक्सर रिसाव की समस्याओं से ग्रस्त थे। इसके अलावा, उनकी उच्च जटिलता, भारी आकार और महंगी रखरखाव लागत के कारण, डाई लेज़र को कभी भी व्यावसायिक अनुप्रयोगों में व्यापक स्वीकृति नहीं मिली।
डॉ. मार्गालिथ की उद्यमशीलता की भावना ने बहुत पहले ही पहला ट्यूनेबल ओपीओ लेजर डिजाइन किया और सफलतापूर्वक इस तकनीक का पेटेंट कराया। तब से, ओपोटेक का जन्म उनके गैराज में हुआ।
जुलाई 1993 में, OPOTEK ब्रॉडबैंड विज़िबल OPO की पेशकश करने वाली संयुक्त राज्य अमेरिका की पहली कंपनी बन गई। कंपनी के कई मौजूदा उत्पाद इस अभूतपूर्व डिज़ाइन से निकले हैं। तब से, प्रौद्योगिकी में विभिन्न प्रगति ने लगातार OPO के प्रदर्शन को बढ़ाया और अनुकूलित किया है।
आज, डॉ. मार्गालिथ कहते हैं कि ओपीओ बनाने की स्वीकृत विधि पंप लेजर और ओपीओ ऑप्टिक्स को एक ही आवास में एकीकृत करना है और यह सुनिश्चित करना है कि दोनों को अलग नहीं किया जा सकता है। यह डिज़ाइन पूरे ट्यूनेबल लेजर को आवश्यकतानुसार आसानी से और सुरक्षित रूप से स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। एकीकृत सॉफ़्टवेयर सिस्टम संरेखण का पता लगाता है और जहाँ आवश्यक हो वहाँ समायोजन करता है। यह स्थिरता विशेष रूप से वाणिज्यिक वातावरण में महत्वपूर्ण है, जैसे कि प्रयोगशाला से अस्पताल के ऑपरेटिंग रूम में इमेजिंग उपकरण ले जाते समय।
डॉ. मार्गालिथ बताते हैं, "अतीत के कुछ ओपीओ इतने नाजुक थे कि अगर सिस्टम को स्थानांतरित किया जाता, तो इंजीनियरों को इसे फिर से संरेखित करना पड़ता था," "आज के स्थिर ओपीओ के लिए यह आवश्यक नहीं है। सेटअप और प्रशिक्षण के लिए अब बाहरी विशेषज्ञता की आवश्यकता नहीं है। आप एक तैयार उत्पाद खरीद सकते हैं और इसे अधिकांश उपभोक्ता उत्पादों की तरह रातोंरात भेज सकते हैं।"
स्वचालन अब पंप लेजर हार्मोनिक्स, क्रिस्टल रोटेशन ऑप्टिकल ट्यूनिंग, वेवफॉर्म सेपरेशन ऑप्टिक्स और एटेन्यूएटर्स जैसे सभी सिस्टम तत्वों को नियंत्रित करता है। उत्पाद डेवलपर्स OPO की सॉफ़्टवेयर कार्यक्षमता सुविधाओं को अपने सॉफ़्टवेयर में एकीकृत करने के लिए सॉफ़्टवेयर डेवलपमेंट किट का भी उपयोग कर सकते हैं।
"शोध वैज्ञानिकों या अपने उत्पादों में ऐसे लेज़रों का उपयोग करने वाली कंपनियों के लिए, ट्यूनेबल लेज़र निर्माताओं से अलग नियंत्रण सॉफ़्टवेयर प्राप्त करना आदर्श नहीं हो सकता है। वे सभी नियंत्रणों को अपने स्वयं के सॉफ़्टवेयर में एकीकृत करना पसंद करते हैं। एक शैक्षणिक सेटअप में, लेज़र मापदंडों पर सभी डेटा को सहेजना निर्बाध संचालन के लिए महत्वपूर्ण है। एकीकरण सभी कार्यक्षमता की कुंजी है।" ओपोटेक के डॉ. लिटिल बताते हैं।
स्वचालन और नियंत्रण को एकीकृत करना महत्वपूर्ण है, क्योंकि आमतौर पर लेज़रों को एक बड़े आवरण में रखा जाता है, जिससे उन्हें पुनः प्रोग्राम करना या मरम्मत करना कठिन हो जाता है।
सॉफ़्टवेयर डेवलपमेंट किट का उपयोग किसी भी क्रम में पूर्व-निर्धारित तरंगदैर्ध्य के साथ प्रोग्राम करने योग्य स्कैन सेट करने के लिए भी किया जा सकता है। इसका उपयोग उन्नत, उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग में किया जा सकता है। लेज़रों की अंतर्निहित फ़ोकसेबिलिटी उन्हें अविश्वसनीय रूप से छोटे क्षेत्रों का नमूना लेने की अनुमति देती है, जो दसियों माइक्रोन में मापते हैं। लेज़रों को पूर्व-प्रोग्राम करके, सिस्टम उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्कैन बनाने के लिए लेज़रों को अलग-अलग क्षेत्रों में ले जा सकता है और उन्हें रास्टराइज़ कर सकता है।
डॉ. लिटिल के अनुसार, "चूंकि यह एक स्पंदित लेजर है जो प्रति सेकंड कई बार उत्सर्जित होता है, इसलिए आप प्रत्येक तरंगदैर्घ्य पर जितनी बार उत्सर्जन करना चाहते हैं, उसकी संख्या दर्ज कर सकते हैं और तरंगदैर्घ्य की संख्या को बढ़ाने या घटाने का निर्णय ले सकते हैं।" "सभी उच्च-ऊर्जा किरणें अब एक ही पोर्ट से आती हैं, जिससे ऑपरेटर को विश्लेषण के लिए सीधे रुचि के क्षेत्र को लक्षित करने की अनुमति मिलती है।"
आकार ट्यूनेबल ओपीओ लेजर से संबंधित है। यदि ओपीओ बहुत बड़ा है, तो उपकरण एकीकरण अधिक कठिन होगा और अंतिम उत्पाद का समग्र पदचिह्न बड़ा होगा। यह एक शोध प्रयोगशाला की स्थान आवश्यकताओं को ध्यान में रखते हुए बहुत महत्वपूर्ण है।
डॉ. लिटिल ने पहली बार लुइसियाना स्टेट यूनिवर्सिटी में स्नातक छात्र के रूप में ओपीओ लेज़र के बारे में सीखा। उन्हें याद है कि शुरुआती ओपीओ "बहुत बड़े, उपयोग में कठिन और अक्सर क्षतिग्रस्त होते थे। एक ओपीओ 12 फीट लंबा था।"
आज, OPOTEK बाज़ार में सबसे छोटे ट्यूनेबल लेज़र में से एक पेश करता है: "शूबॉक्स" आकार का ओपोलेट 2940। जबकि अभी भी आंतरिक जल शीतलन के साथ "ब्रीफ़केस" आकार की बिजली आपूर्ति की आवश्यकता होती है, 2.94-माइक्रोन OPO लेज़र का सिर एक छोटे पदचिह्न पर कब्जा करता है। जबकि अभी भी आंतरिक जल शीतलन के साथ "ब्रीफ़केस" आकार की बिजली आपूर्ति की आवश्यकता होती है, OPO लेज़र के 2.94 माइक्रोन लेज़र हेड का पदचिह्न केवल 9.5 x 4.5 x 7.5 इंच है।
डॉ. लिटिल के अनुसार, छोटा आकार लेजर की कठोरता को बढ़ाता है तथा एकीकृत आवरण के भीतर घटकों को और अधिक स्थिर बनाता है।
आधुनिक ओपीओ की एक विशिष्ट विशेषता फाइबर ऑप्टिक्स के माध्यम से तरंगदैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला को संचारित करने की क्षमता है। फाइबर ऑप्टिक्स लेजर संचारित करने का प्राथमिक तरीका बन गया है क्योंकि इसे स्थापित करना और डिस्कनेक्ट करना आसान है। इसके अलावा, यह अंतिम उपयोगकर्ता को प्रकाश के संपर्क या आंखों के संपर्क से बचाता है क्योंकि प्रकाश एक बंद ट्यूब के माध्यम से प्रसारित होता है। ओपोटेक अपने सभी उत्पादों के लिए फाइबर डिलीवरी प्रदान करता है, चाहे ऊर्जा का स्तर कुछ भी हो।
ऐतिहासिक रूप से, OPO लेज़र में जटिल मैन्युअल समायोजन और सटीक संरेखण शामिल था। प्रौद्योगिकी में प्रगति ने इन लेज़रों को प्लग-एंड-प्ले डिवाइस में बदल दिया है जो स्थिर और उपयोग में आसान हैं। आज के OPO लेज़र, जो उपयोग में आसान और विश्वसनीय हैं, का उपयोग वाणिज्यिक और शैक्षणिक प्रयोगशाला सेटिंग्स में फिक्सचर डेवलपमेंट अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है।
डॉ. मार्गालिथ कहते हैं, "शैक्षणिक शोधकर्ताओं को अपनी लेजर प्रणाली में सुधार करने या उसे दुरुस्त करने के बजाय अपने शोध पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए," "उच्च गुणवत्ता वाले ओपीओ लेजर के साथ, उनका उपकरण तुरंत काम करने के लिए तैयार है।"