Experiment pe Laser cu stare solidă-ultraviolet 222nm profund-1

5.1 Schema experimentală a laserului cu stare solidă de 222 nm

5.1.1 Configurarea experimentală a sistemului laser

Configurația experimentală adeparte uvc 222nmLaserul ultraviolet profund-este prezentat în Figura 5.1, care adoptă o structură de cavitate rezonantă în formă de V-cu generarea a doua armonică în interiorul cavității și generarea a patra în afara cavității. Sursa pompei este o rețea de diode laser cuplate-fibră cu o putere maximă de ieșire de 110W. Prin ajustarea temperaturii, lungimea de undă centrală a luminii pompei coincide cu lungimea de undă centrală de absorbție a Nd:YVO₄ și este focalizată într-un punct de pompă cu o rază de 200μm printr-un sistem de colimare și focalizare și injectată în cristalul Nd:YVO₄. Sistemul de cuplare constă din două oglinzi plan-convexe cu o rază de curbură R=10mm și un polarizator de 45 de grade. Fracția atomică a dopajului Nd³⁺ în cristalul Nd:YVO₄ este de 0,1%, iar dimensiunea sa este de 4mm×4mm×5mm. Capătul din stânga este acoperit cu filme anti-reflexii de 808nm, 1064nm și o peliculă de-reflexii înaltă de 914nm, în timp ce capătul din dreapta este acoperit cu filme anti-nm de reflexie de 914nm, 1064nm și 1342nm. Partea laterală a cristalului laser este învelită cu un strat de folie de indiu și montată pe un radiator de cupru roșu, iar controlul temperaturii este realizat de un răcitor de apă circulant. Pentru a asigura o disipare suficientă a căldurii a cristalului, trebuie să se asigure că cele patru laturi ale cristalului sunt complet în contact cu fluxul de apă al răcitorului. O oglindă plan-concava M cu o rază de curbură de 50 mm este folosită ca oglindă de ieșire. Suprafața sa concavă este acoperită cu o peliculă de reflexie înaltă de 914nm-și filme antireflexii de 457nm, 1064nm, 1342nm, iar planul său este acoperit cu pelicule antireflexii de 457nm, 914nm, 1064nm și 1064nm{342}m{342}m{342}1. Ca reflector se folosește o oglindă plană M₂ cu o rază de curbură de 200 mm, iar suprafața sa este acoperită cu filme de reflexie de 457 nm și 914 nm{48}}înălțime, astfel încât oglinda din capătul stâng M₁ a cristalului Nd:YVO₄, oglinda M și oglinda M₂9 formează o cavitate cu unghiul V{4} format între două cavitate brațe ≈10 grade . Printre acestea, în brațul lung L₁ format din oglinzile M₁ și M este introdus un comutator acusto-optic Q{-, iar un cristal LBO pentru generarea a doua armonică este introdus în brațul scurt format din oglinzile M și M₂ și plasat la o distanță de aproximativ 1 mm de reflector. Cristalul LBO are o dimensiune de 4 mm × 4 mm × 15 mm, iar ambele capete ale cristalului sunt acoperite cu filme anti-reflexii de 457 nm, 914 nm și 1064 nm. Lungimea de undă de oscilație a acestei cavități rezonante este de 914 nm. După dublarea frecvenței de către cristalul LBO, se generează o lungime de undă de 457 nm, oscilează în brațul scurt al cavității rezonante și iese din oglinda plan-concava M. M₃ este o oglindă de focalizare de 457 nm, a cărei suprafață este acoperită cu o peliculă antireflexie de 457 nm. Un cristal BBO pentru generarea a patra armonică este plasat lângă punctul focal. Ambele capete ale cristalului sunt acoperite cu filme anti-reflexii de 457nm și 222nm. După dublarea frecvenței de către cristalul BBO,far uv 222laserul ultraviolet poate fi generat, iar laserele de 457 nm și 222 nm sunt separate printr-o prismă de separare a fasciculului M₄.

Figura 5.1 Configurarea experimentală a sistemului de cuplare optică cu laser 1-ultraviolet 222nm adâncime; 2-Modul de cristal Nd:YVO₄ învelit în radiator; 3-Dispozitiv Q-Switch acusto-optic; 4-Oglinda de iesire M; Dispozitiv de cristal 5-LBO; 6-Reflector M2; 7-457nm oglindă de focalizare M₃; Cristal 8-BBO; Prismă separatoare cu 9 fascicule.

5.1.2 Metode de măsurare a parametrilor laserului

1. Lungimea de undă laser

În măsurarea lungimii de undă de ieșire a laserului, se folosește un spectrometru NIR Ocean HR4000CG - UV -, care acoperă un interval de lungimi de undă de 200 ~ 1100 nm cu o rezoluție de 0,75 nm (lățimea completă la jumătate de maxim), iar diagrama fizică este prezentată în Figura 5.2. În timpul măsurării, fasciculul laser este reflectat sau trecut printr-o foaie de atenuare în sonda spectrometrului, iar valoarea lungimii de undă adeparte uvc 222nmraza laser este observată prin afișaj.

Figura 5.2 Diagrama fizică a spectrometrului Ocean HR4000CG - UV - NIR

2. Frecvența de repetiție a laserului

Selectați un fotodetector al cărui răspuns spectral se potrivește cu lungimea de undă de ieșire a laserului; selectați un fotodetector și un osciloscop adecvat în funcție de intervalul de lățime a impulsului de ieșire al laserului. Folosim un osciloscop model Tektronix TDS3054C, care are o lățime de bandă de 500MHz și o rată de eșantionare de 5GS/s, așa cum se arată în Figura 5.3(a). Fotodetectorul este de la modelul THORLABS DET10A - detector de siliciu, al cărui interval de răspuns spectral este de 200~1100nm, iar timpul de creștere este de 1 ns, așa cum se arată în Figura 5.3(b).

Figura 5.3 Diagramele fizice ale osciloscopului și fotodetectorului (a) Osciloscopului (b) Fotodetectorului

Lăsați pulsul laser să intre în fotodetector și faceți ca fotodetectorul să funcționeze în intervalul liniar. Reglați sensibilitatea și viteza de scanare a osciloscopului astfel încât pe ecranul osciloscopului să apară două forme de undă stabile ale impulsului laser. Înregistrați intervalul de timp t dintre două impulsuri adiacente și repetați măsurarea de n (n mai mare sau egal cu 10) ori. Calculați frecvența de repetare a pulsului f conform formulei (5.1): f=1∑i=1ntin (Hz) f=\\frac{1}{\\frac{\\sum_{i=1}^{n} t_i}{n}} \\ (Hz) f{=n∑i{{13}ti​​, unde este timpul (_Hti​) intervalul dintre două impulsuri adiacente în cea de-a i-măsură, unitate: s; n este numărul de măsurători.

3. Lățimea impulsului laser

Măsurarea lățimii impulsului se poate referi la pașii de măsurare a frecvenței de repetiție. Lăsați pulsul laser să intre în fotodetector, iar fotodetectorul funcționează în domeniul liniar. Forma de undă a timpului pulsului este afișată pe ecranul osciloscopului. Înregistrați lățimea pulsului τi\\tau_iτi​ în acest moment și repetați măsurarea de n (n Mai mare sau egal cu 10) ori. Calculați lățimea pulsului τ\\tauτ conform formulei (5.2): τ=1n∑i{=1nτi (ns) \\tau=\\frac{1}{n} \\sum_{i{=1}^{n} \\tau_i \\ (ns) τ=}n{1​{14}}}n{​i{6}}}n{​i{6}}n} τi\\tau_iτi​ este lățimea pulsului măsurată în a i--a măsurătoare, unitate: s; n este numărul de măsurători.

4. Puterea de vârf a laserului

Când calculăm puterea de vârf, trebuie mai întâi să măsurăm puterea medie a laserului. Există două tipuri de sonde utilizate pentru măsurare, așa cum se arată în Figura 5.4. Figura (a) este un contor de putere laser OPHIR 30A - BB - 18, cu un domeniu de măsurare de 10mW~30W și o precizie de măsurare de 3%. Figura (b) este un contor de putere cu laser UV OPHIR PD300R -, cu un domeniu de măsurare de 20pW~300mW și o precizie de măsurare de 10%.

Figura 5.4 Contoare de putere laser (a) Contor de putere laser OPHIR 30A-BB{-18 (b) Contor de putere laser OPHIR PD300R-UV

În timpul măsurării, aliniați sonda contorului de putere laser cu fasciculul de ieșire al laserului, porniți puterea contorului de putere laser, selectați un interval adecvat și calibrați punctul lui zero. Măsurați și înregistrați citirea P a contorului de putere o dată la fiecare anumită dată, conform specificațiilor produsului, și repetați măsurarea de n (n Mai mare sau egal cu 10) ori. Calculați puterea medie Pˉ\\bar{P}Pˉ a laserului conform formulei (5.3): Pˉ=1n∑i{=1npi (W) \\bar{P}=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} p_i \\ (W) Pˉ{1​1}pi (W) Pˉ{1​1}} (W) unde: pip_ipi​ este puterea medie obținută în a i-a măsurătoare, unitate: W; n este numărul de măsurători.

După obținerea puterii medii a laserului, se calculează puterea de vârf PpkP_{pk}Ppk​ conform formulei (5.4): Ppk=Pˉf⋅τ (W) P_{pk}=\\frac{\\bar{P}}{f \\cdot \\tau} \\ (W) Ppk​{​{5}}}f​{​(W)}}f Pˉ\\bar{P}Pˉ este puterea medie, unitate: W; f este frecvența de repetare a impulsului, unitate: Hz; τ\\tauτ este lățimea impulsului, unitate: ns.

5. Calitatea fasciculului

Factorul de calitate a fasciculului este reprezentat de M², iar formula sa de calcul este M2=π4λ⋅d0⋅θ M^2=\\frac{\\pi}{4\\lambda} \\cdot d_0 \\cdot \\theta M{2=4λπ​⋅d0​⋅θ unde: d0d_0d0 lățime de unitate, sau​ nm; θ\\thetaθ este unghiul de divergență al fasciculului de câmp îndepărtat-, unitate: mrad; λ\\lambdaλ este lungimea de undă laser, unitate: μm.

Pentru a măsuradeparte uvc 222calitatea fasciculului laser, cu o gamă de lungimi de undă de funcționare de 200 ~ 1100 nm, care poate măsura fascicule continue și pulsate cu o frecvență de repetiție nu mai mică de 10 Hz. Rata de scanare poate fi setată la 2~20Hz, așa cum se arată în Figura 5.5. Analizorul de fascicul cu fantă de scanare are un tambur rotativ cu două sau mai multe perechi de fante ortogonale în interior. Tamburul se rotește în jurul axei optice, schimbând fantele în direcțiile X și Y în fața detectorului, astfel încât fanta de scanare să treacă prin calea optică. În acest fel, semnalul de putere măsurat este raportat la poziția tamburului și a fantei, din care se calculează diametrul fasciculului d și profilul de intensitate.

Figura 5.5 Analizor de calitate a fasciculului

Sistemul de testare a analizei calității fasciculului este prezentat în Figura 5.6. Controlerul platformei mobile are o precizie de 3μm, care controlează lungimea de pas a analizorului de calitate a fasciculului de fiecare dată pentru a obține diametrul fasciculului did_idi​ în poziția corespunzătoare. Înlocuiți valorile Z în diferite poziții în direcția de transmisie a fasciculului laser și diametrele lor corespunzătoare spot în formula (5.6) pentru a calcula valorile coeficienților A, B și C, adică d2=A+B⋅Z+C⋅Z2 d^2=A + B \\cdot Z + C \\cdot Z^2 d2=A+B⋅Z+C⋅Z2

Figura 5.6 Sistemul de testare pentru analiza calității fasciculului

Din valorile coeficienților A, B și C, pot fi calculate diametrul taliei laterale a obiectului-d0d_0d0​, unghiul de divergență al fasciculului θ\\thetaθ și factorul de calitate al fasciculului M². Formulele de calcul sunt d0=A−B24C d_0=\\sqrt{A - \\frac{B^2}{4C}} d0​=A−4CB2​​ θ=C \\theta=\\sqrt{C} θ{17}{1}⋅C}{17}{12}}A−4CB2​​ M^2=\\frac{\\pi}{\\lambda} \\sqrt{A \\cdot C - \\frac{B^2}{4}} M2=λπ​A⋅C−4B2​​

5.2 Experiment pe laser cu stare solidă de 222 nm

5.2.1 457nm Ieșire laser continuă

Puterea de ieșire și calitatea fasciculului laserului continuu de 457 nm sunt factori cheie care afectează performanța de ieșire a impulsului și achiziția defar uv 222laser prin dublarea frecvenței extracavității, spre deosebire de emergenteLED 222nmtehnologii care oferă surse alternative de departe-UVC. Conform cercetărilor teoretice din capitolele precedente, această configurație optimizează condițiile de eficientizaredeparte uvc 222nmgenerare prin metode-solide.