150,000개의 OPSL 및 계속되는 제품 공급
Coherent 마일스톤은 광학 펌핑 반도체 레이저(OPSL)의 지속적인 이점을 여실히 보여줍니다.
2023년 11월 7일 Coherent
2002년 처음으로 OPSL인 488nm 파란색 Sapphire 레이저를 출하했을 때는 부피가 크고 전력이 부족한 이온 레이저를 직접 대체한 제품이었습니다. 당사는 이 혁신적인 신기술의 독특한 이점이 여기에 그치지 않고 가시광선(그리고 최근에는 자외선) 레이저의 여러 기존 및 미래 응용 분야에서 큰 변화를 불러올 수 있다고 믿었습니다. 150,000개의 OPSL을 출하한 후 당사는 이제 이 기술이 20년 전의 가장 낙관적인 예측을 뛰어넘어 실제로 성공적인 것으로 증명되었다고 보고할 수 있습니다.
오늘날 당사의 OPSL은 혈액 분석(Flow Cytometry 사용)부터 현미경 검사, 유전자 시퀀싱, 홀로그래피, 반도체 검사, 레이저 조명쇼 및 기타 여러 사례에 이르는 다양한 응용 분야에서 찾아볼 수 있습니다. 그리고 이러한 여러 응용 분야에서 이 OPSL은 최적의 표준이 되었습니다.
그렇다면 당사의 OPSL 기술이 이러한 놀라운 시장 성공을 거둘 수 있었던 이유는 무엇일까요?
거기에는 단 하나의 이유만 있는 것은 아닙니다. 그보다는 OPSL이 여러 이점들을 독특하게 조합하여 제공하기 때문입니다. 특히 이 기술은 전력 확장이 가능하고 257nm~1154nm 범위의 모든 파장에 대해 레이저 소스를 구현할 수 있으며 본질적으로 저잡음 출력을 제공합니다. OPSL을 선택하는 이유는 응용 분야에 따라 다르지만 일반적으로 이러한 주요 속성 중 하나 이상에 기반합니다. 이러한 속성에 대해 살펴보고 한두 가지 응용 분야와 연계하여 설명하도록 하겠습니다.
OPSL이란 무엇일까요?
OPSL에서는 하나 이상의 다이오드 레이저가 전력을 얇은 반도체 칩을 펌핑하는 데 사용되는 적외선 레이저 광으로 변환한 다음 전면에서 레이저 광을 방출합니다. 이 얇은 칩은 방열판에 장착되어 매우 효율적인 냉각이 가능합니다. 당사는 이 이득 칩 주위에 소형화된 외부 캐비티를 구축하여 작은 지점에 쉽게 초점을 맞추거나 광섬유에 결합할 수 있는 고성능 원형 출력 빔을 생성합니다.
파장 스케일링. 출력 파장은 반도체 이득 칩의 구성 세부 사항에 따라 달라집니다. 이러한 세부 사항을 변경하고 그 출력의 고조파 변환을 사용하여 레이저 파장을 355nm부터 가시광선과 적외선에 이르는 범위까지 폭넓게 조정할 수 있습니다. 이는 기체 또는 결정의 물리학에 고유한 몇 가지 임의의 파장에서만 방출할 수 있는 기체 또는 결정을 기반으로 하는 오래된 레이저 기술과 현저한 대조를 이룹니다. 생체 계측은 이러한 파장 확장성의 이점을 실제로 누릴 수 있는 분야이며, OPSL은 현재 다양한 염료 및 형광 단백질의 흡수 특성에 최적으로 맞게 조정된 파장으로 제공됩니다.
출력 스케일링(및 출력 조정). OPSL 설계의 출력은 밀리 와트에서 수십 와트로 쉽게 확장될 수 있습니다. 대안적인 결정 기반 레이저(예: 다이오드 펌핑 고체 상태, DPSS, 레이저)에서 결정 내 불균일한 가열은 열 렌즈(thermal lensing)라고 불리는 효과를 초래합니다. 즉, 가운데가 능동적으로 냉각된 가장자리 표면보다 뜨겁게 됩니다. 이러한 열 구배의 강력한 포커싱/디포커싱 효과는 결정 기반 레이저의 출력 조정 가능성을 제한합니다.
따라서 열 렌즈는 더 높은 출력을 생성하는 능력을 제한하고 빔 특성이 좁은 출력 범위에 대해서만 최적화되도록 합니다. 이와 대조적으로, 많은 OPSL의 출력은 빔 모양이나 포인팅 방향의 변화 없이 10% 미만에서 100%까지 원활하게 조정될 수 있습니다. 조명쇼는 출력 스케일링의 이점을 활용하는 응용 분야의 대표적인 예이며, 레이저의 출력의 더 높을수록 보다 화려한 야외 디스플레이가 가능해집니다. 다른 한편으로 출력 조정은 많은 현미경 응용 분야, 특히 현미경 내부의 정확한 정렬을 잃지 않고 출력을 "조정"해야 하는 "초해상도 방법"에서도 이점이 있습니다.
저잡음 출력 OPSL과 대부분의 결정(즉, DPSS) 레이저 모두에서, 이득 매질은 처음에 고조파 결정을 사용하여 가시 또는 UV 파장으로 효율적으로 변환되는 근적외선 레이저 광을 생성합니다. 하지만 결정 기반 레이저의 경우, 이러한 고조파 발생은 종종 "그린 노이즈"라고 불리는 일종의 출력 잡음을 초래할 수 있습니다. 녹색 DPSS 레이저의 문제로 처음 확인되었기 때문에 그린 노이즈라고 불렸습니다. 그러나 OPSL에는 그린 노이즈를 생성하는 메커니즘이 전혀 없습니다. (레이저 물리학 용어로 이는 "이득 칩의 상위 상태 수명이 0"인 결과입니다.) 물론 현재 저잡음 DPSS를 만들 수는 있지만 복잡성과 비용 증가가 초래됩니다. 하지만 OPSL을 사용하면 레이저는 당연히 잡음이 적습니다. Flow Cytometry는 이러한 저잡음의 이점을 활용하는 응용 분야로, 소위 데이터 CV를 통한 측정에서 나타나듯 데이터 품질을 직접적으로 향상시킵니다..
OBIS 레이저는 원형 초점 스팟이 있는 M2 ≤ 1.2를 제공합니다.
그 외에 또 어떤 이점이 있을까요? 이러한 중요한 기술적 차별화 요소 외에도 OPSL 기술은 쉽게 소형화되어 출력 대 크기 비율이 높아지므로 시스템 소형화를 원하는 고객의 증가하는 요구를 충족할 수 있습니다. (예를 들어, 당사는 52 x 27 x 13mm, 2.05 x 1.06 x 0.51인치만큼 작은 OBIS CORE 레이저를 제공합니다.). OPSL 기술은 또한 전기적으로 효율적이며, 이는 많은 분야에서 보다 친환경적인 기술로 전환함에 따라 점점 더 중요해지고 있습니다. 그리고 이미 언급했듯이 OPSL은 멋진 원형 빔을 생성할 수 있습니다. 이러한 추가적인 이점들은 OPSL에만 있는 것은 아니지만, 많은 응용 분야에서 이 기술의 성공에 영향을 미치는 긍정적인 요소입니다.
파장과 출력 확장성은 중요한 용도에 맞게 다양한 형식으로 구체적으로 구성할 수 있게 해준 매우 다용도적인 레이저 기술로 이어집니다. 이는 이 기술을 기반으로 하는 Coherent의 광범위한 제품 라인에 반영되어 있으며, 현재 Sapphire, Verdi, Genesis, Taipan 및 OBIS와 같은 여러 인기 제품군이 포함되어 있습니다.
OPSL 기술은 일부 응용 분야에서 선호되는 다이오드 레이저 및 DPSS 레이저와 같은 다른 기술을 보완합니다. 이것이 바로 Coherent가 세 가지 레이저 유형을 모두 만드는 이유입니다. 그리고 Coherent Verdi와 Coherent OBIS와 같은 제품군에서 당사는 동일한 인터페이스와 동일한 패키지로 이러한 기술 중 두 가지 또는 세 가지 모두를 제공하기도 합니다.
하지만 밀리와트와 멀티와트 사이의 출력 전력을 가진 가시 또는 UV 스펙트럼 어딘가에 CW 레이저가 필요한 응용 분야가 있고 원형 빔과 소형화, 효율성, 높은 신뢰성 및 출력 조절이 필요한 경우에는 OPSL만이 이 모든 요구를 충족하고 그 외에 더 많은 이점을 제공하는 유일한 레이저입니다.
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