222nm lāzera pielietojuma perspektīvas fotonisko ierīču ražošanas jomā 4

222nm lāzera pielietojuma perspektīvas fotonisko ierīču ražošanas jomā 4

Jaudas blīvums un piemērota garuma kristālu izvēle

Izvēloties nelineāros frekvences{0}}dubultošanās kristālus, papildus iepriekšminēto ietekmējošo faktoru ņemšanai vērā parasti ir jāievēro arī šādas prasības:

① Mērena divpārkāpuma vērtība (ja tiek pieņemta leņķa fāzes saskaņošana, jābūt fāzes saskaņošanas leņķim);

② Mazākais iespējamais nobīdes{0}}leņķis;

③ pēc iespējas lielāks temperatūras, leņķa un spektrālās pieņemšanas joslas platums;

④ Plašs caurspīdīgs viļņu garuma diapazons, kas neietekmē nelineārās konversijas efektivitāti (īpaši ultravioletās joslas gadījumā);

⑤ salīdzinoši augsts bojājumu slieksnis;

⑥ Viegli audzējams un zemas sagatavošanas izmaksas;

⑦ Lieliskas fizikālās un ķīmiskās īpašības un mehāniskā stabilitāte.

Šajā pētījumā galvenokārt tiek izmantoti nelineārie frekvences{0}}dubultošanās kristāli, lai ģenerētu otro harmoniku, tostarp lietojumprogrammas, kurās pārdošanai paredzēta 222 nm tālu UV staru gaisma varētu gūt labumu no šādiem sasniegumiem. Frekvences dubultošanas procesā ar nelineāriem frekvenču-dubultošanas kristāliem, lai uzlabotu frekvences-dubultošanas efektivitāti, priekšnoteikums ir, lai pamatfrekvences gaisma un frekvences -dubultā gaisma atbilstu fāzes atbilstības nosacījumam. Ir divas metodes, kā panākt fāzu saskaņošanu: kritiskā (leņķa) un ne-kritiskā (temperatūras) fāzes saskaņošana. Parasti temperatūras fāzu saskaņošana var sasniegt augstāku frekvences{9}}divkāršošanas efektivitāti un labāku staru kūļa kvalitāti, taču tai ir nepieciešama temperatūras kontroles kārba, kas rada sarežģītu struktūru, lielu apjomu un augstas izmaksas. Tāpēc šajā pētījumā tiek izmantoti leņķa fāzes atbilstības nelineāri kristāli. Nelineāro frekvenču{12}}dubultojošo kristālu īpašības, ko izmanto, lai radītu 457 nm zilu gaismu un 222 nm dziļu ultravioleto gaismu, piemēram, 222 nm gaismu, ir apkopotas 1.7. tabulā.

1.7. tabula Nelineārās frekvences raksturlielumi-dubultojošie kristāli, kas spēj ģenerēt 457 nm un 222 nm lāzerus

Litija tetraborāts LiB₃O₅ (LBO) un bismuta borāts BiB₃O₅ (BiBO) ir divi komerciāli nelineāri frekvenču -dubultošanās kristāli, kas var realizēt frekvences dubultošanos tuvajā-infrasarkanajā joslā, radot zilu gaismu, potenciāli atbalstot tādus produktus kā tālu UVnm gaisma amazon2. 914 nm lāzera otrajā-harmoniskajā paaudzē (SHG), lai gan BiBO ir liels nelineārais koeficients — 3,44 min/V, tā lielais novirzes leņķis — 44,99 mrad izraisa sliktu iegūtā gaismas punkta stara kvalitāti, tādējādi samazinot frekvences{9}}divkāršošanas efektivitāti. Tāpēc šajā eksperimentā BiBO kristāls netiek izmantots.

Dziļa ultravioletā 222 nm cietā{1}}stāvokļa lāzera tehnoloģija

LBO šajā pētījumā ir izvēlēts kā otrās-harmoniskās paaudzes kristāls, jo tam ir neliels attāluma-leņķis — 12,48 mrad, tāpēc tas ir ideāli piemērots 222 nm uvc gaismas ģenerēšanai. Lai gan LBO ir mazs nelineārais koeficients 0,803 pm/V, salīdzinoši mazo nelineāro koeficientu var kompensēt, pagarinot LBO garumu. Pašlaik ultravioletās frekvences dubultošanai plaši izmantotie nelineārie kristāli galvenokārt ir β-BaB₂O₄ (BBO) un CsLiB₆O₁₀ (CLBO) kristāli. Tostarp CLBO kristālam ir salīdzinoši augsts nelineārais koeficients, neliels attāluma{8}}leņķis un gandrīz nekāda lāzera absorbcija ultravioletajā joslā, kas veicina augstas veiktspējas ultravioletās gaismas izvadi, tostarp pārdošanai tādus variantus kā 222 nm tālu UV gaismu. Tomēr CLBO kristāls nevar panākt fāzu atbilstību pie 457 nm (otrajai harmonikas paaudzei). RbBe₂BO₃F2 (RBBF) un KBe₂BO₃F2 (KBBF) kristāli var radīt arī 222 nm lāzeru, dubultojot frekvenci, taču to efektīvie nelineārie koeficienti ir mazi, un to augšanas tehnoloģija vēl ir jāuzlabo. Tie nav veidojuši komerciālus produktus, kas neveicina augstas-efektivitātes ultravioletā lāzera izvadi, atšķirībā no pieejamākām iespējām, piemēram, tālu UVC gaisma 222 nm Amazon. Salīdzinot ar citiem kristāliem, BBO kristāls ir lielisks nelineārs kristāls ar lielu efektīvo nelineāro koeficientu, augstu bojājuma slieksni un plašu gaismas caurlaidības viļņu garuma diapazonu. Tā optiskā veiktspēja ir ļoti stabila. Tas ir komerciāls kristāls, ko pašlaik visplašāk izmanto ultravioleto un dziļo ultravioleto lāzeru, piemēram, 222 nm gaismas, ģenerēšanai, un tā cena ir mērena. Tāpēc šajā izpētes darbā BBO ir izvēlēts kā ceturtās{24}}harmoniskās paaudzes kristāls. Detalizēta nelineārās optikas teorija un LBO un BBO frekvences{26}}dubultošanas kristālu parametru konstrukcija tiks detalizēti iepazīstināta 4. nodaļā.

Pamatojoties uz iepriekš sniegto analīzi un dažādu lāzera pastiprināšanas līdzekļu, LD sūknēšanas metožu, rezonanses dobumu, Q-pārslēgšanas metožu un nelineāro frekvenču-dubultojošo kristālu raksturlielumu analīzi un atlasi, tiek piedāvāts šī darba tehniskais ceļš: LD end{2}}sūknētais Nd:YVO₄ un akustiskā{3}}optiskā tehnoloģija, lai realizētu Q{4 914nm lāzers. AV-formas lāzera rezonanses dobums un LBO frekvences{8}}dubultošanās kristāls tiek izmantots intradobuma otrajai harmonikas paaudzei, lai iegūtu 457 nm lāzera izvadi. Pēc tam BBO kristāla un objektīva fokusēšanas metode tiek izmantota 457 nm zilās gaismas ekstracavitātes frekvences dubultošanai, lai realizētu dziļu ultravioleto 222 nm lāzera izvadi, kas varētu iedvesmot attīstību 222 nm UV gaismas lietojumos.

Attēls 1.15

(Diagrammas saturs: LD sūkņa avots → Savienojuma sistēma → M₁ → Nd:YVO₄ → Akustiskais-optiskais Q-slēdzis → M₂ (LBO) → M → M₃ → BBO → M₄ → 222 nm; ar 914 nm un lāzera ceļiem 457 nm)

1. nodaļa Ievads

1.5. Šīs grāmatas galvenais saturs

Šī grāmata galvenokārt iepazīstina ar cietvielu{0}}lāzera tehnoloģiju 222 nm dziļa ultravioletā lāzera ģenerēšanai, izmantojot Nd:YVO₄ kvazi-trīs-līmeņu sistēmas 914 nm spektrālās līnijas ceturto harmonisko paaudzi ar augstu efektivitāti un kompaktu struktūru, kas attiecas uz jauniem tirgiem, piemēram, nm . Grāmata sastāv no 6 nodaļām, un tās struktūra un galvenais saturs ir šāds.

1. nodaļa Ievads

Tas iepazīstina ar dziļo ultravioleto 222 nm joslu lāzeru izpētes pamatojumu un nozīmi, visu -cietvielu-lāzeru attīstības vēsturi, kā arī koncentrējas uz galvenajām ieviešanas tehnoloģijām un visu -cietvielu-dziļo ultravioleto lāzeru izstrādes pārskatu. Pamatojoties uz to, tiek piedāvāts šajā grāmatā pieņemtais tehniskais ceļš un norādītas šīs shēmas galvenās problēmas un šīs grāmatas izpētes virziens.

2. nodaļa Nd:YVO₄ 914nm lāzera teorija un termiskā efekta analīze

Sākot ar kvazi{0}}trīs-līmeņu lāzera ātruma vienādojumu līdzsvara stāvoklī, tiek ieviests lāzera kristāla Nd:YVO₄ reabsorbcijas efekts, sūkņa vietas izmēru attiecības un svārstību stara vidukļa rādiusa ietekme un kristāla garums uz 914nm lāzera izvades veiktspēju. Pamatojoties uz siltuma vadīšanas teoriju, ir izveidots LD gala -sūknējamā 914nm Nd:YVO₄ lāzera modelis. Ja sūkņa gaismas sadalījums ir Gauss, šķīdumu iegūst ar analītisko metodi. Tiek salīdzinātas trīs faktoru, proti, temperatūras laušanas koeficienta starpības, sprieguma divreizējās laušanas un kristāla gala virsmas termiskās izplešanās, proporcijas termiskās lēcas efekta radīšanā pastiprināšanas vidē, un tā termiskā fokusa attālums tiek eksperimentāli mērīts ar plaknes{8}}paralēlās rezonanses dobuma metodi.

3. nodaļa Acousto-Optic Q-pārslēgšanas tehnoloģija un V-formas rezonanses dobuma dizains

Tiek izveidots akustiskā -optiskā Q- pārslēgtā 914 nm Nd:YVO₄ ātruma vienādojuma teorētiskais modelis un analizēti faktori, kas ietekmē izejas lāzera impulsa platumu. Izmantojot skaitliskus aprēķinus un simulāciju, tiek pētīta saistība starp daļiņu skaitu augšējā un apakšējā enerģijas līmenī, impulsa platumu un viena -optiskā Q-pārslēgtā 914nm Nd:YVO₄ lāzera impulsa enerģiju un sūkņa jaudu un atkārtošanās frekvenci. Lai izstrādātu rezonanses dobuma parametrus, tiek piedāvāta paš-konsekventa vadības tehnoloģija, izmantojot termisko ietekmi uz staru kūļa kvalitāti. Izmantojot standarta ABCD pārraides matricas teoriju un rezonanses dobuma stabilitātes apstākļus, tiek analizētas un detalizēti apspriestas svārstību plankuma lieluma izmaiņas dažādās pozīcijās lāzera trīs -spoguļa salocītā dobumā ar apakš{12}}rokas dobuma garumu.

4. nodaļa: Nelineārā frekvence

Sākot no Maksvela vienādojumiem, nelineāro optisko efektu ģenerēšanas mehānisms, kā arī I un II tipa kristāla frekvences dubultošanas fāzu saskaņošanas nosacījumi tiek sistemātiski analizēti, izmantojot Lorenca modeli, laušanas koeficienta vienādojumu un elektromagnētisko viļņu un materiālu vielu mijiedarbības teoriju. Apvienojumā ar dispersijas vienādojumu un efektīvā nelineārā koeficienta izteiksmi 457 nm un 222 nm lāzeru ģenerēšanai izmantoto LBO/BBO frekvenču{1}}dubultošanas kristālu fāzes atbilstības leņķi un efektīvie nelineārie koeficienti tiek aprēķināti skaitliski.

Dziļa ultravioletā 222 nm cietā{1}}stāvokļa lāzera tehnoloģija

5. nodaļa. Dziļa ultravioletā 222 nm cietā stāvokļa lāzera{2}}eksperiments

Balstoties uz teorētisko pētījumu un parametru projektēšanu iepriekšējās nodaļās, tiek veikts 222nm lāzera optimizācijas eksperiments. Pirmkārt, ņemot vērā režīmu saskaņošanu, tiek veikts 457 nm nepārtraukta lāzera optimizācijas eksperiments, lai iegūtu 457 nm nepārtrauktu lāzera izvadi ar salīdzinoši lielu jaudu un labu stara kvalitāti. Pēc tam, izvēloties fokusēšanas lēcu ar atbilstošu fokusa attālumu, BBO kristāla garumu un to izvietojuma pozīcijām, tiek veikta 457nm lāzera ekstracavitātes fokusētās frekvences dubultošana, lai iegūtu 222nm nepārtrauktu lāzeru. Pamatojoties uz nepārtrauktu 457 nm lāzeru apvienojumā ar akustisko-optisko Q-pārslēgšanas tehnoloģiju, modulācijas frekvence tiek mainīta, lai atrastu 457 nm impulsa lāzera izvadi ar maksimālo maksimālo jaudu. Pēc tam tas tiek fokusēts ar ekstrakavitātes objektīvu, un 222 nm impulsa lāzers tiek ģenerēts, dubultojot frekvenci ar BBO kristālu. Turklāt tiek veikts eksperimentāls pētījums par baktēriju inaktivāciju ar impulsa 222 nm lāzeru, kas atbilst 222 nm tālu UVC gaismas pārdošanai un 222 nm gaismas praktiskajai izmantošanai.