Eksperimentāls pētījums par dziļu ultravioleto 222 nm lampu-sūknējamu cietvielu{2}}stāvokļa lāzeru
5.2.2. Nepārtraukta-222 nm viļņa lampas lāzera izvade
457 nm nepārtraukta -viļņa lāzera frekvence- tika dubultota ārpus dobuma, izmantojot -I fāzes- tipa BBO kristālu. Ekstradobuma frekvences dubultošanai tika pieņemta vienkārša objektīva{6}}fokusēšanas shēma. Lai maksimāli palielinātu 457 nm lāzera otrās harmonikas paaudzes (SHG) efektivitāti, tika ievēroti Boida un Kleinmena definētie optimālie fokusēšanas nosacījumi [1]:
2Z_R L = 2.84 (5.10)
kur L ir nelineārā kristāla garums un Z_R ir fokusētā stara Reilija garums. Pamatojoties uz šo nosacījumu un izmērīto 457 nm izejas stara kvalitāti, tika izvēlēts atbilstošs fokusēšanas lēcas M3 fokusa attālums, BBO kristāla garums un to relatīvās pozīcijas. Šajā eksperimentā fokusēšanas lēcas M3 fokusa attālums bija 150 mm, un BBO kristāla garums bija 8 mm.
457 nm nepārtraukta viļņa lāzers tika fokusēts ar objektīvu M3 un tika izlaists caur BBO kristālu, lai radītu 222 nm lampas dziļuma ultravioleto lāzeru. Lāzera spektrs tika mērīts, izmantojot Ocean HR4000CG-UV-NIR spektrometru, kā parādīts 5.10. attēlā. Spektrs skaidri parāda 457 nm pamata, 222 nm lampas otrās harmonikas un atlikušās 808 nm sūkņa līnijas. Izejot cauri dihromiskajam staru kūļa sadalītājam, atdalītie 457 nm un 222 nm lampas stari radīja redzamus fluorescences plankumus uz balta papīra, kā parādīts 5.11. attēlā.
Kad ieejas 457 nm nepārtraukta -viļņa jauda bija 2,6 W, 222 nm lampas dziļuma-ultravioletā lāzera izejas jauda sasniedza 6 mW. Attiecība starp 222 nm lampas izejas jaudu un ievadīto 457 nm jaudu ir parādīta 5.12. attēlā. 5.13. attēlā parādīts 222 nm lampas lāzera staru kūļa profils ar maksimālo izejas jaudu, mērīts ar THORLABS BP209-VIS skenēšanas spraugas stara profilētāju. Stars bija eliptisks, jo BBO kristālā ģenerētās 222 nm otrās harmonikas gaismas lielais attāluma{16}}leņķis. 5.14. attēlā parādīts 222 nm lampas lāzera stabilitātes tests 2 stundu laikā ar 6 mW izejas jaudu, iegūstot jaudas stabilitāti 2,2%.
5.2.3 457 nm impulsa lāzera izvade
Lai palielinātu 222 nm lampas lāzera ģenerēšanas ekstracavitātes frekvences{0}}divkāršošanas efektivitāti, rezonatora svirā L1 tika ievietots akustiskais-optiskais Q-slēdzis, pamatojoties uz iepriekš aprakstīto nepārtraukto -viļņu 457 nm lāzeru. Pirms Q-pārslēgšanas iespējošanas akustiskā-optiskā Q-slēdža kristāla pozīcija un leņķis tika rūpīgi noregulēts, lai nodrošinātu, ka svārstīgais stars iziet cauri optimālajam difrakcijas apgabalam, tādējādi nepārtrauktā -viļņa 457 nm izejas jauda gandrīz nemainījās, salīdzinot ar gadījumu bez Q222.
Lai sasniegtu augstāko maksimālo jaudu 457 nm impulsa lāzera, atkārtošanās ātrums tika iestatīts uz 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz un 20 kHz, un vidējā izejas jauda un impulsa platums tika mērīts pie dažādām sūkņa jaudām. Veiktspēja bija slikta pie 5 kHz un 20 kHz, jo šim lāzeram pārāk augsts vai pārāk zems atkārtošanās biežums nav labvēlīgs efektīvai apgrieztās populācijas pārvēršanai lāzera izvadē.
5.15. un 5.16. attēlā parādīta 457 nm impulsa lāzera vidējā jauda un impulsa platums kā ievadītās sūkņa jaudas funkcijas ar atkārtošanās frekvenci attiecīgi 10 kHz un 15 kHz. Vidējā jauda palielinājās līdz ar sūkņa jaudu, bet impulsa platums samazinājās:
Pie 10 kHz atkārtošanās frekvences un 41 W sūkņa jaudas maksimālā vidējā jauda bija 600 mW ar impulsa platumu 50 ns, kas atbilst maksimālajai jaudai 1,2 kW.
Pie 15 kHz atkārtošanās frekvences un 41 W sūkņa jaudas maksimālā vidējā jauda bija 661 mW ar impulsa platumu 62 ns, kas atbilst maksimālajai jaudai 710 W.
Tāpēc 457 nm impulsa lāzera augstākā maksimālā jauda tika iegūta ar 10 kHz atkārtošanās ātrumu. 5.17. attēlā parādīts staru kūļa profils un staru kūļa kvalitāte pie 10 kHz un 600 mW vidējās jaudas. Lāzers darbojās TEM₀₀ režīmā, bet plankums bija nedaudz eliptisks astigmatisma dēļ, ko ieviesa leņķī saliekamais spogulis V- formas dobumā. Aprīkojot staru kūļa rādiusa datus dažādās pozīcijās ar kvadrātisko funkciju, M² koeficienti bija aptuveni 1,15 (horizontāli) un 1,31 (vertikāli).
5.2.4 222 nm Lamp Deep-Ultravioletā impulsa lāzera izvade
Izmantojot optimizēto 457 nm impulsu lāzeru (sūkņa vietas rādiuss ≈ 200 μm, roku garumi L1 ≈ 83 mm un L2 ≈ 31 mm, atkārtošanās ātrums 10 kHz), kas nodrošināja lielāko maksimālo jaudu, frekvences dubultošana tika veikta ar to pašu BBO kristālu, lai radītu 222 nm impulsa lāzeru.
Tā kā impulsa 457 nm lāzera staru kūļa kvalitāte nedaudz atšķīrās no nepārtrauktā -viļņa gadījuma, fokusēšanas lēcas M3 un BBO kristāla pozīcijas tika precīzi-noregulētas, lai nodrošinātu Reilija garuma atbilstību kristāla garumam, tādējādi palielinot SHG efektivitāti. Galu galā tika iegūts 222 nm lampas impulsa lāzers ar maksimālo vidējo jaudu 35 mW un impulsa platumu 36 ns (mērot tieši pie detektora). Ultravioletā lāzera spektrs ir parādīts 5.18. attēlā. 222 nm lampas impulsa lāzera vidējā izejas jauda palielinājās līdz ar ievadīto 457 nm impulsa jaudu, kā parādīts 5.19. attēlā. 5.20. attēlā parādīts 222 nm lampas impulsa lāzera staru kūļa punkts ar lielāko vidējo izejas jaudu.
Attēlu paraksti (tulkoti)
att.. 5.9457 nm nepārtraukta -viļņu lāzera staru kūļa kvalitāte un punktveida profils ar maksimālo izejas jaudu (sk. krāsu plāksnīti): ar apzīmējumu "● x-virziens M²=1.2, ■ y-virziens M²=1.13"; x-ass: pozīcija gar izplatīšanās asi (mm); y-ass: sijas diametrs (mm).
att.. 5.10lāzera spektrs; x-ass: viļņa garums (nm); y-ass: intensitāte.
att.. 5.11Fluorescences plankumi, kas ierosināti uz balta papīra: marķēti "dikroiskā stara sadalītājs, 457 nm, 222 nm lampa".
att.. 5.12222 nm lampas nepārtraukta -viļņu izejas jauda pret ievadīto 457 nm jaudu; x-ass: 457 nm ievadītā jauda (W); y-ass: 222 nm lampas izejas jauda (mW).
att.. 5.13222 nm lampas nepārtraukta{1}}viļņu lāzera staru kūļa profils ar maksimālo jaudu (skatiet krāsu plāksni).
att.. 5.14222 nm lampas nepārtraukta viļņa lāzera stabilitātes pārbaude pie 6 mW 2 stundu laikā; x-ass: laiks (min); y-ass: vidējā jauda (mW).
att.. 5.15Pie 10 kHz atkārtošanās ātruma, 457 nm impulsa lāzera vidējā jauda un impulsa platums pret sūkņa jaudu; apzīmēts ar "f=10 kHz".
att.. 5.16Ar 15 kHz atkārtošanās ātrumu 457 nm impulsa lāzera vidējā jauda un impulsa platums pret sūkņa jaudu.
att.. 5.17457 nm impulsa lāzera stara profils un staru kūļa kvalitāte pie 10 kHz un 600 mW vidējo jaudu (sk. krāsu plāksnīti): ar marķējumu "● x-virziens M²=1.15, ■ y-virziens M²=1.32"; x-ass: pozīcija gar izplatīšanās asi (mm); y-ass: sijas diametrs (mm).
att.. 5.18Ultravioletā lāzera spektrs; x-ass: viļņa garums (nm); y-ass: intensitāte.
att.. 5.19Pie 10 kHz 222 nm lampas impulsa lāzera vidējā izejas jauda pret ievadīto 457 nm impulsa jaudu; x-ass: 457 nm ievadītā jauda (mW); y-ass: 222 nm lampas izejas jauda (mW).
att.. 5.20222 nm lampas impulsa lāzera staru kūļa punkts ar maksimālo vidējo jaudu.
