Ultraviyole 222 nm Katı-Durum Lazer Deneyleri
5.2.1 457 nm Sürekli Lazer Çıkışı
Pompa nokta boyutunun ve boşluk uzunluğunun lazer çıkışını etkilediği bilinmektedir. Yüksek-performanslı 457 nm sürekli lazer çıkışı elde etmek için, farklı pompa noktası boyutları ve L1L_1L1, L2L_2L2 lazer rezonatör kol uzunlukları altında deneyler gerçekleştirildi. Şekil 5.7, rezonatör kol uzunlukları L1L_1L1 ve L2L_2L2 sırasıyla 82 mm ve 30 mm olduğunda ve pompa nokta yarıçapı wpw_pwp yaklaşık 200 μm, 300 μm ve 400 μm olduğunda enjekte edilen pompa gücü ile 457 nm sürekli lazer çıkış gücü arasındaki ilişkiyi gösterir.
Şekil 5.7 Farklı pompa noktası boyutları altında 457 nm sürekli lazer çıkış gücü ile enjekte edilen pompa gücü arasındaki ilişki
(eğriler: wpw_pwp=200 μm (kareler), wpw_pwp=300 μm (daireler), wpw_pwp=400 μm (üçgenler); dikey eksen: çıkış gücü / W; yatay eksen: enjekte edilen pompa gücü / W; aralık 10–45).
Şekil 5.7'de, 41 W'lık enjekte edilmiş bir pompa gücünde, maksimum 457 nm sürekli lazer çıkış gücü 1,6 W (wpw_pwp=300 μm), 2,2 W (wpw_pwp=200 μm) ve 1,2 W (wpw_pwp=400 μm)'dir. wpw_pwp=200 μm'deki ışın kalitesi, wpw_pwp=300 μm veya 400 μm'dekinden daha iyidir. wpw_pwp=300 μm veya 400 μm ile karşılaştırıldığında, 457 nm lazer çıkış performansı wpw_pwp=200 μm'de üstündür. Bunun nedeni, pompa nokta boyutunun 914 nm salınımlı ışın beline oranının wpw_pwp=200 μm'de daha uygun olmasıdır. Bu deneysel sonuçlar, önceki bölümlerdeki lazerin teorik analiziyle tutarlıdır; bu analiz aynı zamanda ilgili optimizasyon stratejilerine de bilgi verir.222 nm uzak UVCsistemler.
Daha sonra rezonatörün kol uzunlukları optimize edildi. İlk olarak, L2L_2L2 kol uzunluğu 30 mm'de sabitlendi ve L1L_1L1 kol uzunluğunu değiştirmenin 457 nm sürekli lazer çıkış gücü üzerindeki etkisi deneysel olarak incelendi. Enjekte edilen pompa gücü ile L1L_1L1=82 mm, 83 mm ve 84 mm'de 457 nm sürekli lazer çıkış gücü arasındaki ilişkiler Şekil 5.8(a)'da gösterilmektedir. Şekil 5.8(a)'da görüldüğü gibi, L1L_1L1'in 82 mm, 83 mm veya 84 mm olmasına bakılmaksızın çıkış gücü eğrileri oldukça benzerdir. Bu nedenle, L1L_1L1 uzun kolundaki küçük değişikliklerin 457 nm sürekli lazer çıkış gücü üzerinde ihmal edilebilir etkisi vardır. Bunun nedeni, L1L_1L1'deki değişikliklerin, lazer rezonatör içindeki farklı konumlardaki salınımlı nokta boyutunda minimal değişikliklere neden olmasıdır. Potansiyel entegrasyon da dahil olmak üzere sonraki deneyler için boşluğun içinde yeterli ayarlama alanı sağlamak-UVC222frekans dönüştürme aşamaları-L1L_1L1 83 mm'ye ayarlandı.
Şekil 5.8 Farklı kol uzunluklarında 457 nm sürekli lazer çıkış gücü ile enjekte edilen pompa gücü arasındaki ilişki:
(a) Kol L1L_1L1: L1L_1L1=82 mm (kareler), L1L_1L1=83 mm (daireler), L1L_1L1=84 mm (üçgenler); (b) Kol L2L_2L2: L2L_2L2=32 mm (üçgenler), L2L_2L2=31 mm (kareler), L2L_2L2=30 mm (daireler); dikey eksen: çıkış gücü / W; yatay eksen: enjekte edilen pompa gücü / W.
Daha sonra wpw_pwp ≈ 200 μm ve rezonatör kolu L1L_1L1 sabitlendiğinde, L2L_2L2 rezonatör kolunu değiştirmenin 457 nm sürekli lazer çıkış gücü ve ışın kalitesi üzerindeki etkileri deneysel olarak araştırıldı. Enjekte edilen pompa gücü ile L2L_2L2=30 mm, 31 mm ve 32 mm'de 457 nm sürekli lazer çıkış gücü arasındaki ilişkiler Şekil 5.8(b)'de gösterilmektedir. Şekil 5.8(b)'den, 41 W'lık enjekte edilmiş bir pompa gücünde, maksimum 457 nm sürekli lazer çıkış güçleri 2,2 W (L2L_2L2=30 mm), 2,6 W (L2L_2L2=31 mm) ve 1,95 W (L2L_2L2=32 mm)'dir. Ek olarak, L2L_2L2=31 mm'deki ışın kalitesi, Şekil 5.9'da gösterilen ışın profili ve kalitesiyle L2L_2L2=30 mm veya 32 mm'dekinden daha iyidir. Ayrıca Şekil 5.8(b), 457 nm sürekli lazer çıkış gücünün L2L_2L2'deki değişikliklere nispeten duyarlı olduğunu gösterir. Bunun nedeni, L2L_2L2'deki değişikliklerin rezonatördeki farklı konumlardaki salınım noktası boyutunu önemli ölçüde etkilemesi, pompa noktası ile lazer salınım noktası arasındaki uzamsal mod eşleşmesini değiştirmesi ve dolayısıyla lazer çıkış performansını etkilemesidir. Bu önceki bölümlerdeki teorik analizlerle tutarlıdır. Bu nedenle deneyler sırasında, pompa nokta boyutu ve rezonatör kolu L2L_2L2 uzunluğu, optimum mod örtüşmesini korumak için dikkatli bir şekilde ayarlanmalıdır; bu, aynı derecede kritik bir prensiptir.uzak UV 222 nmlazer tasarımları.
Şekil 5.9 Maksimum 457 nm sürekli lazer çıkış gücünde ışın kalitesi ve nokta profili
(renkli şekle bakın) (eğriler nokta çapı ile yayılma mesafesini gösterir; x-yatay M2M^2M2=1.2, y-dikey M2M^2M2=1.13; nokta görüntüsü ortaya eklenmiştir).
5.2.2 222 nm Sürekli Lazer Çıkışı
457 nm sürekli lazerin ekstrakavite frekansını iki katına çıkarmak için Tip-I faz-uyumlu BBO frekansı-iki katına çıkarma kristali kullanıldı. Ekstra boşluk ikiye katlama bölümünde basit bir mercek odaklama şeması kullanıldı. 457 nm lazerin frekans-iki katına çıkma verimliliğini artırmak için Boyd ve Kleinman tarafından tanımlanan en uygun odaklanma koşulu uygulandı⁽¹⁾: 2ZrL=2.842Z_r L=2.842ZrL=2.84 (5.10), burada LLL doğrusal olmayan kristal uzunluğu ve ZrZ_rZr odaklanan ışının Rayleigh uzunluğudur. Bu duruma ve 457 nm çıkış ışın kalitesine bağlı olarak, M3 odaklama merceği için uygun bir odak uzaklığı, BBO kristal uzunluğu ve bunların yerleştirme konumları seçilmiştir. Bu deneyde M3 merceğinin odak uzaklığı 150 mm ve BBO kristal uzunluğu 8 mm idi. 457 nm sürekli lazer, M3 lensi tarafından odaklandı ve 222 nm lazer ışığı üretmek için BBO kristalinden geçti. Lazer spektrumu, Ocean HR4000CG-UV-NIR spektrometresi kullanılarak ölçüldü; sonuçlar Şekil 5.10'da gösterildi. Spektrum 457 nm ve 222 nm'deki çizgileri ve 808 nm'deki pompa ışığını gösterir. Dikroik prizmadan geçtikten sonra beyaz kağıt üzerinde uyarılan 457 nm ve 222 nm lazer noktaları Şekil 5.11'de gösterilmektedir.
2,6 W'lık 457 nm'lik sürekli bir lazer, BBO kristalinden geçtikten sonra, ortaya çıkan antiseptik potansiyel açısından karşılaştırılabilecek 6 mW'lık 222 nm derinliğinde ultraviyole lazer- üretti.222 nm uzak UVCKaynaklar ancak farklı bir dalga boyunda. 222 nm lazer çıkış gücü ile 457 nm enjekte edilen güç arasındaki ilişki Şekil 5.12'de gösterilmektedir. Şekil 5.13, maksimum çıkışta bir THORLABS BP209-VIS tarama yarık ışın profili oluşturucu kullanılarak ölçülen 222 nm lazer nokta profilini göstermektedir; BBO kristalindeki 457 nm lazerin frekansının iki katına çıkmasından sonra 222 nm'lik iki katına çıkan ışığın büyük yürüme açısı nedeniyle nokta eliptiktir. Şekil 5.14, 222 nm lazer çıkış gücünün 6 mW'ta 2 saat boyunca stabilite testini gösterir ve %2,2 stabilite sağlar.
Şekil 5.10 Lazer spektrumu
(yatay eksen: dalga boyu / nm; dikey eksen: yoğunluk / sayımlar; 222 nm, 457 nm ve 808 nm çizgilerini gösterir).
Şekil 5.11 Beyaz kağıt üzerinde uyarılan lazer nokta efektleri
(etiketli: dikroik prizma, 457 nm nokta, 222 nm nokta).
Şekil 5.12 222 nm sürekli lazer çıkış gücü ile enjekte edilen 457 nm lazer gücü arasındaki ilişki
(dikey eksen: 222 nm çıkış gücü / mW; yatay eksen: 457 nm enjekte edilen güç / W; eğri yükseliş eğilimi gösterir).
Şekil Maksimum çıkış gücünde 5.13 222 nm sürekli lazer nokta profili
Şekil 5.14 Maksimum çıkış gücünde 222 nm sürekli lazerin stabilite testi
(dikey eksen: 222 nm ortalama güç/mW; yatay eksen: zaman/dakika; eğri 6 mW civarında stabildir).
5.2.3 457 nm Darbeli Lazer Çıkışı
222 nm lazer üretmek için 457 nm lazerin ekstra kavite frekansının iki katına çıkarılmasının verimliliğini artırmak-potansiyel olarak genişletilebilirUV 222nmdeğiştirilmiş doğrusal olmayan optiklere sahip darbeli kaynaklar-akustik-optik Q-anahtarı, yukarıdaki sürekli 457 nm lazer çıkışına dayalı olarak L1L_1L1 koluna yerleştirildi. Q-anahtarını etkinleştirmeden önce, akustik-optik Q-kristalinin konumu ilk olarak salınan ışığın optimum kırınım konumundan ve eğim açısından geçmesini sağlayacak şekilde ayarlandı; böylece sürekli 457 nm çıkış gücü, akustik-optik Q cihazı takılmadan önceki güce neredeyse eşit olacaktı. Daha sonra darbeli 457 nm lazer çıkış deneyleri gerçekleştirildi. En yüksek tepe gücüne sahip darbeli 457 nm lazeri elde etmek için 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz ve 20 kHz tekrarlama oranları ayarlandı ve darbeli 457 nm lazerin ortalama çıkış gücü ve darbe genişliği ölçüldü. Sonuçlar, darbeli 457 nm lazer performansının 5 kHz ve 20 kHz tekrarlama hızlarında zayıf olduğunu gösterdi. Bunun nedeni, bu lazer için aşırı yüksek veya düşük tekrarlama oranlarının, üst enerji seviyesindeki ters çevrilmiş popülasyonu etkili bir şekilde salınımlı ışık çıkışına dönüştürmeye yardımcı olmamasıdır.
Şekil 5.15 ve 5.16, 10 kHz ve 15 kHz tekrarlama hızlarında enjekte edilen pompa gücüne karşı 457 nm çıkışın ortalama gücünü ve darbe genişliğini göstermektedir. Şekil 5.15 ve 5.16'da görüldüğü gibi, ortalama güç, enjekte edilen pompa gücüyle artarken darbe genişliği kademeli olarak azalır: 10 kHz tekrarlama hızında ve 41 W enjekte edilen pompa gücünde, darbeli 457 nm lazer çıkışının maksimum ortalama gücü, 1,2 kW tepe gücüne karşılık gelen, 50 ns darbe genişliğinde 600 mW'tır; 15 kHz tekrarlama hızında ve 41 W enjekte edilmiş pompa gücünde, maksimum ortalama güç 661 mW'tır ve 62 ns darbe genişliğinde olup, 710 W tepe gücüne karşılık gelir.
Sonuçlar, darbeli 457 nm lazer için 10 kHz'lik bir tekrarlama oranının en yüksek tepe gücünü sağladığını göstermektedir. Şekil 5.17, 10 kHz tekrarlama hızında ve 600 mW maksimum ortalama çıkış gücünde 457 nm lazerin nokta profilini ve ışın kalitesini göstermektedir. Lazer noktası TEM₀₀ modundadır; ancak V- şeklindeki boşluklu katlanır aynanın açısal olarak ayrılmasından kaynaklanan astigmatizm nedeniyle nokta hafif eliptiktir. Farklı konumlardaki ışın yarıçapı verileri üzerinde ikinci dereceden uyumlama gerçekleştirilerek, X ve Y yönlerindeki M2M^2M2 faktörleri sırasıyla yaklaşık 1,15 ve 1,31 olur-kiriş özellikleri de aşağıda incelenecektir.uzak UV 222 nmbenzer boşluk-kaynaklı distorsiyonlar için darbeli sistemler.
Şekil 5.15 10 kHz tekrarlama oranında enjekte edilen pompa gücüne karşı 457 nm darbeli lazerin ortalama gücü ve darbe genişliği
(sol dikey eksen: 457 nm ortalama güç / mW; sağ dikey eksen: darbe genişliği / ns; yatay eksen: enjekte edilen pompa gücü / W; iki eğri: ortalama güç (yükselen) ve darbe genişliği (azalan)).
