5.1. 222 nm cietvielu{2}}lāzera eksperimentālā shēma
5.1.1. Lāzersistēmas eksperimentālā iestatīšana
Eksperimentālā iestatīšanatālu UVC 222nmdziļais-ultravioletais lāzers ir parādīts 5.1. attēlā, kas izmanto V- formas rezonanses dobuma struktūru ar otro harmoniku paaudzi dobumā un ceturto harmoniku paaudzi ārpus dobuma. Sūkņa avots ir šķiedru-savienots lāzera diožu bloks ar maksimālo izejas jaudu 110 W. Izmantojot temperatūras regulēšanu, sūkņa gaismas centrālais viļņa garums sakrīt ar Nd:YVO₄ centrālo absorbcijas viļņa garumu, un tas tiek fokusēts sūkņa vietā ar rādiusu 200 μm, izmantojot kolimēšanas un fokusēšanas sistēmu, un tiek ievadīts Nd:YVO₄ kristālā. Savienojuma sistēma sastāv no diviem plano-izliektiem spoguļiem ar izliekuma rādiusu R=10mm un 45 grādu polarizatoru. Nd³⁺ dopinga atomu daļa Nd:YVO₄ kristālā ir 0,1%, un tā izmērs ir 4 mm × 4 mm × 5 mm. Kreisais gals ir pārklāts ar 808 nm, 1064 nm pretatspīdumu plēvēm un 914 nm augstu atstarojošo plēvi, bet labais gals ir pārklāts ar 914 nm, 1064 nm un 1342 nm pretatspīdumu plēvēm. Lāzera kristāla sānu daļa ir ietīta ar indija folijas slāni un uzstādīta uz sarkanā vara siltuma izlietnes, un temperatūras kontroli veic cirkulācijas ūdens dzesētājs. Lai nodrošinātu pietiekamu kristāla siltuma izkliedi, jānodrošina, lai kristāla četras malas pilnībā saskartos ar dzesētāja ūdens plūsmu. Kā izejas spogulis tiek izmantots plakans{30}}ieliekts spogulis M ar izliekuma rādiusu 50 mm. Tā ieliektā virsma ir pārklāta ar 914 nm augstas -atstarošanās plēvi un 457 nm, 1064 nm, 1342 nm pretatspīdumu plēvēm, un tās plakne ir pārklāta ar 457 nm, 914 nm, 1064 nm un 1.3{42nm pretatstarojuma plēvi. Par atstarotāju tiek izmantots plakans spogulis M₂ ar izliekuma rādiusu 200 mm, un tā virsma ir pārklāta ar 457 nm un 914 nm augstām atstarojošām plēvēm, lai Nd:YVO₄ kristāla kreisais gala spogulis M₁, spogulis M un spogulis M₂ veidotu leņķi starp V{49} ar V formas rādiusu. ≈10 grādi. Tostarp akustiskais -optiskais Q- ir ievietots garajā plecā L₁, ko veido spoguļi M₁ un M, un LBO kristāls otrajai harmonikas paaudzei ir ievietots īsajā rokā, ko veido spoguļi M un M₂, un novietots aptuveni 1 mm attālumā no reflektora M₂. LBO kristāla izmēri ir 4 mm × 4 mm × 15 mm, un abi kristāla gali ir pārklāti ar 457 nm, 914 nm un 1064 nm pretatspīdumu plēvēm. Šīs rezonanses dobuma svārstību viļņa garums ir 914 nm. Pēc frekvences dubultošanas ar LBO kristālu tiek ģenerēts 457 nm viļņa garums, kas svārstās rezonanses dobuma īsajā plecā un iziet no plano{67}}ieliektā spoguļa M. M₃ ir 457 nm fokusēšanas spogulis, kura virsma ir pārklāta ar 457 nm pretflekcijas plēvi. Netālu no fokusa punkta ir novietots BBO kristāls ceturtajai harmoniku paaudzei. Abi kristāla gali ir pārklāti ar 457 nm un 222 nm pretatspīdumu plēvēm. Pēc frekvences dubultošanās ar BBO kristālu,tālu UV 222Var ģenerēt ultravioleto lāzeru, un 457 nm un 222 nm lāzeri ir atdalīti ar staru sadalītāja prizmu M4.
5.1. attēls 222 nm dziļa-ultravioletā lāzera 1-optiskās savienojuma sistēmas eksperimentālā iestatīšana; 2-Nd:YVO₄ kristāla modulis, kas ietīts siltuma izlietnē; 3-Acousto-Optic Q-Switch ierīce; 4-Izvades spogulis M; 5-LBO kristāla ierīce; 6-Atstarotājs M₂; 7-457nm fokusēšanas spogulis M₃; 8-BBO kristāls; 9 staru sadalītāja prizma.
5.1.2. Lāzera parametru mērīšanas metodes
1. Lāzera viļņa garums
Lāzera izejas viļņa garuma mērīšanā tiek izmantots Ocean HR4000CG - UV - NIR spektrometrs, kas aptver viļņu garuma diapazonu 200–1100 nm ar izšķirtspēju 0,75 nm (pilns platums pie maksimālās puses), un fiziskā diagramma ir parādīta 5.2. attēlā. Mērīšanas laikā lāzera stars tiek atstarots vai caur vājinājuma loksni tiek nodots spektrometra zondē, un viļņa garuma vērtībatālu UVC 222nmlāzera stars tiek novērots caur displeju.
5.2. attēls Okeāna HR4000CG - UV - NIR spektrometra fiziskā diagramma
2. Lāzera atkārtošanās biežums
Izvēlieties fotodetektoru, kura spektrālā reakcija atbilst lāzera izejas viļņa garumam; izvēlieties atbilstošu fotodetektoru un osciloskopu atbilstoši lāzera izejas impulsa platuma diapazonam. Mēs izmantojam Tektronix TDS3054C modeļa osciloskopu, kura joslas platums ir 500 MHz un paraugu ņemšanas ātrums 5GS/s, kā parādīts 5.3(a) attēlā. Fotodetektors ir modeļa THORLABS DET10A - silīcija detektors, kura spektrālās reakcijas diapazons ir 200–1100 nm un pieauguma laiks ir 1 ns, kā parādīts 5.3.(b) attēlā.
5.3. attēls Osciloskopa un fotodetektora fiziskās diagrammas (a) Osciloskops (b) Fotodetektors
Ļaujiet lāzera impulsam iekļūt fotodetektorā un ļaujiet fotodetektoram darboties lineārajā diapazonā. Noregulējiet osciloskopa jutību un skenēšanas ātrumu tā, lai osciloskopa ekrānā parādītos divas stabilas lāzera impulsa viļņu formas. Ierakstiet laika intervālu t starp diviem blakus impulsiem un atkārtojiet mērījumu n (n Lielāks vai vienāds ar 10) reizes. Aprēķiniet impulsa atkārtošanās frekvenci f saskaņā ar formulu (5.1): f=1∑i=1ntin (Hz) f=\\frac{1}{\\frac{\\sum_{i=1}^{n} t_i}{n}} \\ (Hz) f{3}ti1{3} (Hz) kur: tit_iti ir laika intervāls starp diviem blakus impulsiem i-izmērā, mērvienība: s; n ir mērījumu skaits.
3. Lāzera impulsa platums
Impulsa platuma mērīšana var attiekties uz atkārtošanās frekvences mērīšanas soļiem. Ļaujiet lāzera impulsam iekļūt fotodetektorā, un fotodetektors darbojas lineārajā diapazonā. Impulsa laika viļņu forma tiek parādīta osciloskopa ekrānā. Šajā laikā ierakstiet impulsa platumu τi\\tau_iτi un atkārtojiet mērījumu n (n Lielāks vai vienāds ar 10) reizes. Aprēķiniet impulsa platumu τ\\tauτ saskaņā ar formulu (5.2): τ=1n∑i=1nτi (ns) \\tau=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} \\tau_i \\ (ns) τ=n1∑i=1nτi (ns) kur: τi\\tau_iτi ir impulsa platums, kas izmērīts i-tajā mērījumā, mērvienība: s; n ir mērījumu skaits.
4. Lāzera maksimālā jauda
Aprēķinot maksimālo jaudu, vispirms jāizmēra lāzera vidējā jauda. Mērīšanai izmanto divu veidu zondes, kā parādīts 5.4. attēlā. Attēlā (a) ir OPHIR 30A - BB - 18 lāzera jaudas mērītājs ar mērījumu diapazonu 10mW ~ 30W un mērījumu precizitāti 3%. Attēlā (b) ir OPHIR PD300R - UV lāzera jaudas mērītājs ar mērījumu diapazonu 20pW ~ 300mW un mērījumu precizitāti 10%.
5.4. attēls Lāzera jaudas mērītāji (a) OPHIR 30A-BB-18 lāzera jaudas mērītājs (b) OPHIR PD300R-UV lāzera jaudas mērītājs
Mērīšanas laikā izlīdziniet lāzera jaudas mērītāja zondi ar lāzera izejas staru, ieslēdziet lāzera jaudas mērītāja jaudu, izvēlieties atbilstošu diapazonu un kalibrējiet tā nulles punktu. Izmēriet un pierakstiet jaudas mērītāja rādījumu P vienu reizi noteiktā laikā saskaņā ar produkta specifikāciju un atkārtojiet mērījumu n (n vairāk vai vienāds ar 10) reizes. Aprēķiniet lāzera vidējo jaudu Pˉ\\bar{P}Pˉ saskaņā ar formulu (5.3): Pˉ=1n∑i=1npi (W) \\bar{P}=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} p_i \\ (W) Pˉ=n1∑i=1npi (W) kur: pip_ipi ir i-mērījumā iegūtā vidējā jauda, mērvienība: W; n ir mērījumu skaits.
Pēc lāzera vidējās jaudas iegūšanas aprēķiniet maksimālo jaudu PpkP_{pk}Ppk saskaņā ar formulu (5.4): Ppk=Pˉf⋅τ (W) P_{pk}=\\frac{\\bar{P}}{f \\cdot \\tau} \\{{5}Ppkˋ (W) Pp} kur: Pˉ\\bar{P}Pˉ ir vidējā jauda, mērvienība: W; f ir impulsa atkārtošanās frekvence, mērvienība: Hz; τ\\tauτ ir impulsa platums, mērvienība: ns.
5. Staru kvalitāte
Staru kūļa kvalitātes koeficients ir attēlots ar M², un tā aprēķina formula ir M2=π4λ⋅d0⋅θ M^2=\\frac{\\pi}{4\\lambda} \\cdot d_0 \\cdot \\theta M2=4λπ⋅d0 waist kur 0:⋅θ ir waist:⋅θ. diametrs, mērvienība: nm; θ\\thetaθ ir tālās -lauka staru diverģences leņķis, mērvienība: mrad; λ\\lambdaλ ir lāzera viļņa garums, mērvienība: μm.
THORLABS BP209 - VIS skenēšanas spraugas stara kvalitātes analizators tiek izmantots, lai izmērītutālu uvc 222lāzera staru kvalitāte, ar darbības viļņa garuma diapazonu 200–1100 nm, kas var izmērīt nepārtrauktus un impulsa starus ar atkārtošanās frekvenci, kas nav mazāka par 10 Hz. Skenēšanas ātrumu var iestatīt uz 2 ~ 20 Hz, kā parādīts 5.5. attēlā. Skenējošajam spraugas staru kūļa analizatoram ir rotējošs cilindrs, kura iekšpusē ir divi vai vairāki ortogonālu spraugu pāri. Bungas griežas ap optisko asi, mainot spraugas X un Y virzienā detektora priekšā, lai skenēšanas sprauga izietu caur optisko ceļu. Tādā veidā izmērītais jaudas signāls ir saistīts ar trumuļa un spraugas stāvokli, no kura tiek aprēķināts staru kūļa diametrs d un intensitātes profils.
5.5. attēls Staru kvalitātes analizators
Siju kvalitātes analīzes pārbaudes sistēma ir parādīta 5.6. attēlā. Kustīgās platformas kontrollera precizitāte ir 3 μm, kas katru reizi kontrolē staru kūļa kvalitātes analizatora pakāpienu garumu, lai iegūtu staru kūļa diametru did_idi attiecīgajā pozīcijā. Formulā (5.6.) aizstājiet Z vērtības dažādās pozīcijās lāzera stara pārraides virzienā un to atbilstošos punktu diametrus, lai aprēķinātu koeficientu A, B un C vērtības, tas ir, d2=A+B⋅Z+C⋅Z2 d^2=A + B \\cdot Z + C \\cdot Z^2 d2=A+B⋅Z+C⋅Z2
Attēls 5.6 Staru kvalitātes analīzes pārbaudes sistēma
No koeficientu A, B un C vērtībām var aprēķināt objekta -sānu vidukļa diametru d0d_0d0, staru kūļa novirzes leņķi θ\\thetaθ un staru kūļa kvalitātes faktoru M². Aprēķinu formulas ir d0=A−B24C d_0=\\sqrt{A - \\frac{B^2}{4C}} d0=A−4CB2 θ=C \\theta=\\sqrt{{1} } θ M2=πλA⋅C−B24 M^2=\\frac{\\pi}{\\lambda} \\sqrt{A \\cdot C - \\frac{B^2}{4}} M2=λπA⋅C−4B2
5.2. Eksperiments ar 222 nm cietvielu lāzeru
5.2.1 457nm nepārtraukta lāzera izvade
457 nm nepārtraukta lāzera izejas jauda un stara kvalitāte ir galvenie faktori, kas ietekmē tā impulsa izvades veiktspēju un lāzera iegūšanu.tālu UV 222lāzers ar ekstracavitātes frekvences divkāršošanu, atšķirībā no emerging222nm LEDtehnoloģijas, kas piedāvā alternatīvus tālu{0}}UVC avotus. Saskaņā ar teorētisko izpēti iepriekšējās nodaļās, šī iestatīšana optimizē apstākļus efektīvai darbībaitālu UVC 222nmģenerēšana, izmantojot cietvielu{0}}metodes.
