Uwchfioled 222 nm Solid -Arbrofion Laser Cyflwr
5.2.1 457 nm Allbwn Laser Parhaus
Mae'n hysbys bod maint y fan a'r lle pwmp a hyd y ceudod yn effeithio ar allbwn laser. Er mwyn cyflawni perfformiad uchel -allbwn laser parhaus 457 nm, cynhaliwyd arbrofion o dan wahanol feintiau sbot pwmp a hyd braich resonator laser L1L_1L1 , L2L_2L2. Mae Ffigur 5.7 yn dangos y berthynas rhwng pŵer pwmp wedi'i chwistrellu a phŵer allbwn laser parhaus 457 nm pan fo hyd braich y resonator L1L_1L1 a L2L_2L2 yn 82 mm a 30 mm, yn y drefn honno, gyda radii sbot pwmp wpw_pwp tua 200 μm, 300 μm, a μm.
Ffigur 5.7 Y berthynas rhwng pŵer allbwn laser parhaus 457 nm a phŵer pwmp wedi'i chwistrellu o dan wahanol feintiau sbot pwmp
(cromliniau: wpw_pwp=200 μm (sgwariau), wpw_pwp{3}} μm (cylchoedd), wpw_pwp=400 μm (trionglau); echelin fertigol: pŵer allbwn / W; echel lorweddol: pŵer pwmp wedi'i chwistrellu / W; ystod 10–45).
O Ffigur 5.7, ar bŵer pwmp wedi'i chwistrellu o 41 W, y pwerau allbwn laser parhaus uchaf o 457 nm yw 1.6 W (wpw_pwp=300 μm), 2.2 W (wpw_pwp=200 μm), a 1.2 W (wpw_pwp=400 μm). Mae ansawdd y trawst yn wpw_pwp=200 μm yn well na'r hyn yn wpw_pwp=300 μm neu 400 μm. O'i gymharu â wpw_pwp=300 μm neu 400 μm, mae perfformiad allbwn laser 457 nm yn well ar wpw_pwp =200 μm. Y rheswm yw bod cymhareb maint y fan a'r lle pwmp i waist trawst osgiliadol 914 nm yn fwy priodol yn wpw_pwp =200 μm. Mae'r canlyniadau arbrofol hyn yn gyson â'r dadansoddiad damcaniaethol o'r laser mewn penodau blaenorol, sydd hefyd yn llywio strategaethau optimeiddio ar gyferUVC 222 nm bellsystemau.
Nesaf, optimeiddiwyd hyd braich y cyseinydd. Yn gyntaf, gosodwyd hyd braich L2L_2L2 ar 30 mm, ac astudiwyd yn arbrofol effaith amrywio hyd braich L1L_1L1 ar bŵer allbwn laser parhaus 457 nm. Dangosir y berthynas rhwng pŵer pwmp wedi'i chwistrellu a phŵer allbwn laser parhaus 457 nm yn L1L_1L1=82 mm, 83 mm, ac 84 mm yn Ffigur 5.8(a). Fel y gwelir yn Ffigur 5.8(a), mae'r cromliniau pŵer allbwn yn eithaf tebyg ni waeth a yw L1L_1L1 yn 82 mm, 83 mm, neu 84 mm. Felly, mae newidiadau bach yn y fraich hir L1L_1L1 yn cael effaith ddibwys ar bŵer allbwn laser parhaus 457 nm. Y rheswm yw bod amrywiadau yn L1L_1L1 yn achosi newidiadau bach iawn ym maint y smotyn oscillaidd mewn gwahanol safleoedd o fewn y cyseinydd laser. Er mwyn sicrhau digon o le addasu y tu mewn i'r ceudod ar gyfer arbrofion dilynol-gan gynnwys integreiddio posibl âUVC 222gosodwyd camau trosi amledd-L1L_1L1 i 83 mm.
Ffigur 5.8 Y berthynas rhwng pŵer allbwn laser parhaus 457 nm a phŵer pwmp wedi'i chwistrellu o dan wahanol hyd braich:
(a) Braich L1L_1L1: L1L_1L1=82 mm (sgwariau), L1L_1L1=83 mm (cylchoedd), L1L_1L1=84 mm (trionglau); (b) Braich L2L_2L2: L2L_2L2=32 mm (trionglau), L2L_2L2=31 mm (sgwariau), L2L_2L2=30 mm (cylchoedd); Echel fertigol: pŵer allbwn / W; echel lorweddol: pŵer pwmp chwistrellu / W.
Yna, gyda wpw_pwp ≈ 200 μm a'r fraich resonator L1L_1L1 wedi'i osod, ymchwiliwyd yn arbrofol i effeithiau amrywio'r fraich resonator L2L_2L2 ar bŵer allbwn laser parhaus 457 nm ac ansawdd trawst. Dangosir y berthynas rhwng pŵer pwmp wedi'i chwistrellu a phŵer allbwn laser parhaus 457 nm yn L2L_2L2=30 mm, 31 mm, a 32 mm yn Ffigur 5.8(b). O Ffigur 5.8(b), gyda phŵer pwmp wedi'i chwistrellu o 41 W, y pwerau allbwn laser parhaus uchaf o 457 nm yw 2.2 W (L2L_2L2=30 mm), 2.6 W (L2L_2L2=31 mm), a 1.95 W (L2L_2L} {{3} mm). Yn ogystal, mae ansawdd y trawst yn L2L_2L2=31 mm yn well nag yn L2L_2L2=30 mm neu 32 mm, gyda phroffil ac ansawdd y trawst yn cael eu dangos yn Ffigur 5.9. Ar ben hynny, mae Ffigur 5.8(b) yn nodi bod pŵer allbwn laser parhaus 457 nm yn gymharol sensitif i newidiadau yn L2L_2L2 . Y rheswm yw bod amrywiadau yn L2L_2L2 yn effeithio'n sylweddol ar faint y smotyn oscillaidd mewn gwahanol leoliadau yn y cyseinydd, gan newid y paru modd gofodol rhwng y fan pwmp a'r fan osgiliad laser, a thrwy hynny ddylanwadu ar berfformiad allbwn laser. Mae hyn yn gyson â'r dadansoddiad damcaniaethol yn y penodau blaenorol. Felly, yn ystod arbrofion, rhaid addasu maint y fan a'r lle pwmp a hyd y fraich resonator L2L_2L2 yn ofalus i gynnal y gorgyffwrdd modd gorau posibl, egwyddor yr un mor hanfodol ynUV pell 222 nmdyluniadau laser.
Ffigur 5.9 Ansawdd trawst a phroffil sbot ar uchafswm pŵer allbwn laser parhaus 457 nm
(gweler y ffigur lliw) (mae cromliniau'n dangos diamedr sbot yn erbyn pellter lluosogi; x-llorweddol M2M^2M2=1.2, y-fertigol M2M^2M{8}}; delwedd sbot wedi'i mewnosod yn y canol).
5.2.2 222 nm Allbwn Laser Parhaus
Defnyddiwyd grisial dyblu amledd BBO sy'n cyfateb i gam Math{0}}cyfnod I-cyfnod I ar gyfer dyblu amledd echdynnol y laser di-dor 457 nm. Roedd yr adran dyblu echdynnu yn defnyddio cynllun canolbwyntio lens syml. Er mwyn gwella amledd-effeithlonrwydd dyblu'r laser 457 nm, cymhwyswyd y cyflwr canolbwyntio optimaidd a ddiffiniwyd gan Boyd a Kleinman⁽¹⁾: 2ZrL=2.842Z_r L=2.842ZrL=2.84 (5.10), lle mae LLL yn hyd crysial aflinol RayZr. Yn seiliedig ar yr amod hwn ac ansawdd trawst allbwn 457 nm, dewiswyd hyd ffocal priodol ar gyfer y lens ffocws M3, hyd grisial BBO, a'u safleoedd lleoli. Yn yr arbrawf hwn, hyd ffocal lens M3 oedd 150 mm, a hyd grisial BBO oedd 8 mm. Canolbwyntiwyd y laser parhaus 457 nm gan lens M3 a'i basio trwy'r grisial BBO i gynhyrchu golau laser 222 nm. Mesurwyd y sbectrwm laser gan ddefnyddio sbectromedr Ocean HR4000CG-UV-NIR, a dangosir y canlyniadau yn Ffigur 5.10. Mae'r sbectrwm yn dangos llinellau ar 457 nm, 222 nm, a'r golau pwmp ar 808 nm. Ar ôl pasio trwy brism deucroig, dangosir y smotiau laser 457 nm a 222 nm wedi'u cyffroi ar bapur gwyn yn Ffigur 5.11.
Cynhyrchodd laser di-dor 2.6 W 457 nm, ar ôl pasio trwy'r grisial BBO, 6 mW o laser uwchfioled dwfn 222 nm- yn debyg o ran potensial germicidal i ddod i'r amlwgUVC 222 nm bellffynonellau ond ar donfedd amlwg. Dangosir y berthynas rhwng pŵer allbwn laser 222 nm a phŵer chwistrellu 457 nm yn Ffigur 5.12. Mae Ffigur 5.13 yn dangos y proffil sbot laser 222 nm wedi'i fesur gan ddefnyddio proffiliwr trawst hollt sganio THORLABS BP209-VIS ar yr allbwn mwyaf; mae'r fan a'r lle yn eliptig oherwydd ongl cerdded i ffwrdd mawr y golau dyblu 222 nm ar ôl dyblu amlder y laser 457 nm yn y grisial BBO. Mae Ffigur 5.14 yn dangos prawf sefydlogrwydd pŵer allbwn laser 222 nm ar 6 mW dros 2 awr, gan roi sefydlogrwydd o 2.2%.
Ffigur 5.10 Sbectrwm laser
(echel lorweddol: tonfedd / nm; echel fertigol: dwyster / cyfrif; yn dangos llinellau 222 nm, 457 nm, a 808 nm).
Ffigur 5.11 Effeithiau sbot laser wedi'u cyffroi ar bapur gwyn
(wedi'i labelu: prism deucroig, 457 nm spot, 222 nm spot).
Ffigur 5.12 Y berthynas rhwng pŵer allbwn laser parhaus 222 nm a phŵer laser 457 nm wedi'i chwistrellu
(echel fertigol: 222 nm allbwn pŵer / mW; echel lorweddol: 457 nm chwistrellu pŵer / W; cromlin yn dangos tuedd ar i fyny).
Ffigur 5.13 222 nm proffil sbot laser parhaus ar y pŵer allbwn mwyaf
Ffigur 5.14 Prawf sefydlogrwydd o laser di-dor 222 nm ar y pŵer allbwn mwyaf
(echel fertigol: 222 nm pŵer cyfartalog / mW; echel lorweddol: amser / min; cromlin sefydlog o gwmpas 6 mW).
5.2.3 457 nm Allbwn Laser Pwls
Er mwyn gwella effeithlonrwydd dyblu amledd ehangder y laser 457 nm i gynhyrchu laser 222 nm- y gellir ei ymestyn iUV 222 nmffynonellau pwls ag opteg aflinol wedi'u haddasu-gosodwyd acwsto-switsh optig Q- ym mraich L1L_1L1 yn seiliedig ar yr allbwn laser 457 nm di-dor uchod. Cyn galluogi'r switsh Q, addaswyd lleoliad y grisial acwsto-optig yn gyntaf i sicrhau bod y golau oscillaidd yn mynd trwy ei leoliad diffreithiant optimaidd a'i ongl traw, fel bod y pŵer allbwn 457 nm di-dor bron yn hafal i hwnnw cyn mewnosod y ddyfais acwsto-optig Q. Yna cynhaliwyd arbrofion allbwn laser pwls 457 nm. Er mwyn cyflawni'r pŵer brig uchaf â laser 457 nm pwls, gosodwyd cyfraddau ailadrodd o 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz, a 20 kHz, a mesurwyd pŵer allbwn cyfartalog a lled pwls y laser pwls 457 nm. Dangosodd y canlyniadau fod perfformiad laser pwls 457 nm yn wael ar gyfraddau ailadrodd o 5 kHz a 20 kHz. Y rheswm yw, ar gyfer y laser hwn, nad yw cyfraddau ailadrodd rhy uchel neu isel yn ffafriol i drosi'r boblogaeth wrthdro ar y lefel ynni uchaf yn allbwn golau osgiliadol yn effeithiol.
Mae ffigurau 5.15 a 5.16 yn dangos pŵer cyfartalog a lled pwls allbwn 457 nm yn erbyn pŵer pwmp wedi'i chwistrellu ar gyfraddau ailadrodd o 10 kHz a 15 kHz. Fel y gwelir yn Ffigurau 5.15 a 5.16, mae'r pŵer cyfartalog yn cynyddu gyda phŵer pwmp wedi'i chwistrellu, tra bod lled pwls yn lleihau'n raddol: ar gyfradd ailadrodd 10 kHz a phŵer pwmp wedi'i chwistrellu 41 W, uchafswm pŵer cyfartalog allbwn laser pwls 457 nm yw 600 mW, gyda lled pwls o 51.2 kW o bŵer brig, cyfatebol, 51.2 kW; ar gyfradd ailadrodd 15 kHz a phŵer pwmp wedi'i chwistrellu 41 W, y pŵer cyfartalog uchaf yw 661 mW, gyda lled pwls o 62 ns, sy'n cyfateb i bŵer brig o 710 W.
Mae'r canlyniadau'n dangos mai cyfradd ailadrodd o 10 kHz sy'n rhoi'r pŵer brig uchaf ar gyfer y laser 457 nm pwls. Mae Ffigur 5.17 yn dangos proffil sbot ac ansawdd trawst y laser 457 nm ar gyfradd ailadrodd o 10 kHz ac uchafswm pŵer allbwn cyfartalog o 600 mW. Y sbot laser yw modd TEM₀₀; fodd bynnag, mae'r fan a'r lle ychydig yn eliptig oherwydd astigmatedd a achosir gan wahaniad onglog y drych plygu ceudod siâp V. Trwy berfformio ffitiadau cwadratig ar y data radiws trawst mewn gwahanol safleoedd, mae'r ffactorau M2M^2M2 yn y cyfarwyddiadau X ac Y tua 1.15 a 1.31, yn y drefn honno-nodweddion trawst a fyddai hefyd yn cael eu harchwilio yn y cyfeiriad.UV pell 222 nmsystemau pyls ar gyfer ystumiadau tebyg a achosir gan geudod.
Ffigur 5.15 Pŵer cyfartalog a lled pwls o 457 nm laser pwls yn erbyn pŵer pwmp wedi'i chwistrellu ar gyfradd ailadrodd 10 kHz
(echelin fertigol chwith: 457 nm pŵer cyfartalog / mW; echelin fertigol dde: lled pwls / ns; echel lorweddol: pŵer pwmp chwistrellu / W; dwy gromlin: pŵer cyfartalog (yn codi) a lled pwls (cwympo)).
