CW pevnolátkové a OPSL lasery - více informací o námi nabízených OPSL laserech.

Snížení provozních nákladů laserů v biologických aplikacích

Opticky čerpané polovodičové lasery (OPSL – Optically Pumped Semiconductor Lasers) se staly převratnou technologií v oblasti biologických aplikací, neboť nabízí podstatně lepší výkon, spolehlivost a nižší provozní náklady než tradičně používané plynové lasery.

Tento článek stručně vysvětluje funkční princip OPSL laserů, ukazuje jak z toho principu plynou požadované optické vlastnosti a snížené provozní náklady a to zejména v porovnání s ion lasery.

Aplikační požadavky

Kontinuální lasery (CW) ve viditelné a UV oblasti jsou již několik desetiletí široce používány v různých přístrojích pro lékařskou diagnostiku, zobrazovací metody a dalších biologických aplikacích. Typickými příklady jsou průtoková cytometrie (flow cytometry), konfokální mikroskopie a analýza léků atd. Přestože techniky v těchto aplikacích mají zcela různé operační principy sdílí velmi podobné požadavky na parametry laserového zdroje a to zejména vysokou kvalitu prostorového módu, nízký šum a vysokou poziční stabilitu. Z praktického hlediska, zejména pro OEM odběratele, je také velmi výhodná dlouhá životnost, vysoká spolehlivost, dobrá konzistence kvality ve výrobě a nízké provozní náklady.

Jako první laserové zdroje pro tyto aplikace byly používány různé typy plynových laserů, zejména ion a HeNe lasery. Hlavní nevýhodou HeNe laseru je omezený výběr vlnových délek a nízký výkon.

Ion lasery nabízejí podstatně vyšší výkon a větší výběr vlnových délek, ale mají extrémně nízkou konverzní účinnost elektrické do světelné energie představuje, což je výrazný nedostatek. Nevyužitá energie se uvolňuje v podobě tepla a musí být z laseru odvedena pomocí aktivního chlazení (průtokem vody). Velké množství spotřebované el. energie je nevyužito a představuje zbytečné plýtvání penězi. Navíc musíme uvažovat náklady na chladící vodu, případně náklady na chladící jednotku s tepelným výměníkem voda-vzduch. Ion lasery dále mohou vyžadovat zdroj vysokého napětí, který není obecně universálně dostupný.

Základní princip OPSL technologie

Popis základního principu OPSL laseru naleznete v tomto článku

• Základní princip OPSL laseru a jeho výhody

Výhody OPSL

OPSL nabízí hned několik výhod jak v rámci výstupních parametrů tak v rámci provozních charakteristik a to zejména v porovnání s ion lasery:

• vysoká konverzní účinnost → nízký elektrický odběr → zanedbatelné provozní náklady
• téměř nulové rozměrové nároky
• chlazení vzduchem → odpadají náklady s vodním chlazením, zdrojem vysokého napětí …
• extrémně vysoká spolehlivost (díky polovodičové technologii, ověřeno silně v praxi)
• lepší kvalita výstupního svazku - mód TEM₀₀, nižší šum, časově stabilní v rámci dlouhé doby
  pozn.: Např. u ion laseru se výstupní profil v průběhu času mění → nežádoucí výsledky, potřeba kalibrace

Porovnání základních vlastností HeNe a ion laseru s OPSL

Laser	Kvalita svazku	Poziční přesnost	Šum ve svazku	Výběr vln. délek	Výkon	Konverzní účinnost
HeNe
Ion
OPSL

Analýza nákladů spojených s nákupem a provozem

Úspory a výhody spojené s OPSL laserem jsou tak výrazné, že v mnoha případech se vyplatí vyměnit stávající ion laser v daném systému za OPSL laser, než dále pokračovat s provozem systému s ion laserem a placením nákladů s tím spojených.

Přesná doba návratnosti investice přechodem na OPSL technologii závisí na vytíženosti systému (počtu provozních hodin) a také na ceně elektrické energie a dalšího spotřebního materiálu.

Následující tabulka zobrazuje provozní náklady ion laseru (například vodou chlazený Innova nebo Enterprise laser pro UV oblast) v horizontu 5-ti let. Náklady jsou vypočteny na základě ceny elektrické energie a vody v USA (Kalifornie) a Německu. Tabulka by měla poskytnou určitou představu a návod o cenové efektivitě při přechodu na OPSL technologii.

Úspory po 5-ti letech používání OPSL laseru Genesis
namísto ion laseru Enterprise 355nm

	Příklad v USA	Příklad v Německu
Místní cena za kWh elektrické energie	0,131 $	0,190 €
Místní cena za litr vody	0,001 $	0,005 €
Elektrická spotřeba ion laseru (kW)	18
Spotřeba chladící vody ion laseru (l/min)	8,5
Celkové ušetřené náklady za energiia)	17 672 $	25 650 €
Celkové ušetřené náklady za vodní chlazeníb)	5 100 $	25 500 €

^a) Předpoklád elektrickou spotřebu OPSL laseru Genesis 0,5kW
^b) OPSL Genesis nepotřebuje vodní chlazení

---

Tento článek můžete stáhnout v PDF formátu zde:

Snížení provozních nákladů laserů v biologických aplikacích