Ultravioletti 222 nm solid-state-laserkokeet
5.2.1 457 nm jatkuva laserlähtö
Tiedetään, että pumpun pisteen koko ja ontelon pituus vaikuttavat lasertehoon. Tehokkaan-457 nm:n jatkuvan lasertehon saavuttamiseksi kokeita suoritettiin erikokoisilla pumppupisteillä ja laserresonaattorivarren pituuksilla L1L_1L1, L2L_2L2. Kuva 5.7 esittää injektoidun pumpun tehon ja 457 nm jatkuvan laserlähtötehon välisen suhteen, kun resonaattorin varren pituudet L1L_1L1 ja L2L_2L2 ovat vastaavasti 82 mm ja 30 mm pumpun pistesäteiden wpw_pwp ollessa noin 200 μm, 300,40 μm.
Kuva 5.7 457 nm:n jatkuvan laserlähtötehon ja injektoidun pumpun tehon välinen suhde eri pumppupistekokoissa
(käyrät: wpw_pwp=200 μm (neliöt), wpw_pwp=300 μm (ympyrät), wpw_pwp=400 μm (kolmiot); pystyakseli: lähtöteho / W; vaaka-akseli: ruiskutetun pumpun teho / W; alue 10–45).
Kuvasta 5.7 injektoidulla pumpun teholla 41 W jatkuvan laserin 457 nm:n enimmäislähtötehot ovat 1,6 W (wpw_pwp=300 μm), 2,2 W (wpw_pwp=200 μm) ja 1,2 W (wpw_pw}}). Säteen laatu kohdassa wpw_pwp=200 μm on parempi kuin kohdassa wpw_pwp=300 μm tai 400 μm. Verrattuna arvoon wpw_pwp=300 μm tai 400 μm, 457 nm:n laserlähdön suorituskyky on parempi arvolla wpw_pwp=200 μm. Syynä on, että pumpun pistekoon suhde 914 nm:n värähtelevän säteen vyötärölle on sopivampi arvolla wpw_pwp=200 μm. Nämä kokeelliset tulokset ovat sopusoinnussa aiemmissa luvuissa tehdyn laserin teoreettisen analyysin kanssa, joka antaa myös tietoa optimointistrategioista222 nm kauko UVCjärjestelmät.
Seuraavaksi resonaattorin varren pituudet optimoitiin. Ensin varren pituudeksi L2L_2L2 kiinnitettiin 30 mm ja varren pituuden L1L_1L1 vaihtelun vaikutusta 457 nm jatkuvaan laserlähtötehoon tutkittiin kokeellisesti. Ruiskutetun pumpun tehon ja 457 nm jatkuvan laserlähtötehon väliset suhteet L1L_1L1=82 mm, 83 mm ja 84 mm:n välillä on esitetty kuvassa 5.8(a). Kuten kuvasta 5.8(a) näkyy, lähtötehokäyrät ovat melko samanlaiset riippumatta siitä, onko L1L_1L1 82 mm, 83 mm vai 84 mm. Siksi pienillä muutoksilla pitkässä varressa L1L_1L1 on mitätön vaikutus 457 nm:n jatkuvaan laserlähtötehoon. Syynä on se, että L1L_1L1:n vaihtelut aiheuttavat minimaalisia muutoksia värähtelevän pisteen koossa laserresonaattorin eri kohdissa. Jotta varmistetaan riittävä säätötila onkalon sisällä myöhempiä kokeita varten, -mukaan lukien mahdollinen integrointiUVC 222taajuuden muunnosvaiheet-L1L_1L1 asetettiin arvoon 83 mm.
Kuva 5.8 457 nm:n jatkuvan laserlähtötehon ja ruiskutetun pumpun tehon välinen suhde eri varren pituuksilla:
(a) Varsi L1L_1L1: L1L_1L1=82 mm (neliöt), L1L_1L1=83 mm (ympyrät), L1L_1L1=84 mm (kolmiot); (b) Varsi L2L_2L2: L2L_2L2=32 mm (kolmiot), L2L_2L2=31 mm (neliöt), L2L_2L2=30 mm (ympyrät); pystyakseli: lähtöteho / W; vaaka-akseli: ruiskutetun pumpun teho / W.
Sitten wpw_pwp ≈ 200 μm ja resonaattorivarsi L1L_1L1 kiinteästi tutkittiin kokeellisesti resonaattorivarren L2L_2L2 muuttamisen vaikutuksia 457 nm jatkuvaan laserlähtötehoon ja säteen laatuun. Ruiskutetun pumpun tehon ja 457 nm jatkuvan laserlähtötehon väliset suhteet L2L_2L2=30 mm, 31 mm ja 32 mm:n välillä on esitetty kuvassa 5.8(b). Kuvasta 5.8(b) 41 W:n pumpun ruiskutetulla teholla 457 nm:n suurimmat jatkuvat laserlähtötehot ovat 2,2 W (L2L_2L2=30 mm), 2,6 W (L2L_2L2=31 mm) ja 1,95 W (L2L_36} mm). Lisäksi palkin laatu kohdassa L2L_2L2=31 mm on parempi kuin kohdassa L2L_2L2=30 mm tai 32 mm, kun palkin profiili ja laatu näkyvät kuvassa 5.9. Lisäksi kuva 5.8(b) osoittaa, että 457 nm:n jatkuva laserlähtöteho on suhteellisen herkkä L2L_2L2:n muutoksille. Syynä on se, että L2L_2L2:n vaihtelut vaikuttavat merkittävästi värähtelevän pisteen kokoon resonaattorin eri kohdissa, mikä muuttaa pumppupisteen ja laservärähtelypisteen välistä tilatilasovitusta, mikä vaikuttaa laserin ulostulon suorituskykyyn. Tämä on yhdenmukainen edellisissä luvuissa esitetyn teoreettisen analyysin kanssa. Siksi kokeiden aikana pumpun pisteen koko ja resonaattorivarren L2L_2L2 pituus on säädettävä huolellisesti optimaalisen tilan päällekkäisyyden ylläpitämiseksi, mikä on yhtä tärkeä periaatekauko-UV 222 nmlaser mallit.
Kuva 5.9 Säteen laatu ja pisteprofiili enintään 457 nm jatkuvalla laserlähtöteholla
(katso värikuvio) (käyrät näyttävät pisteen halkaisijan vs. etenemisetäisyyden; x-vaakasuora M2M^2M2=1.2, y-pysty M2M^2M2=1.13; pistekuva lisätty keskelle).
5.2.2 222 nm jatkuva laserlähtö
Tyypin -I vaihe-sovitettua BBO-taajuuden-kaksinkertaistamiskidettä käytettiin 457 nm:n jatkuvan laserin ekstrakaviteettitaajuuden kaksinkertaistamiseen. Ekstrakaviteetin kaksinkertaistamisosassa käytettiin yksinkertaista linssin tarkennusjärjestelmää. 457 nm laserin taajuuden{6}}kaksinkertaistamistehokkuuden parantamiseksi sovellettiin Boydin ja Kleinmanin määrittelemää optimaalista tarkennusehtoa⁽¹⁾: 2ZrL=2.842Z_r L=2.842ZrL=2.84 (5.10), jossa LLL on epälineaarinen kidepituus ja Z_kristallipituusZammr. Tämän ehdon ja 457 nm:n lähtösäteen laadun perusteella valittiin sopiva polttoväli tarkennuslinssille M3, BBO-kidepituus ja niiden sijoituspaikat. Tässä kokeessa linssin M3 polttoväli oli 150 mm ja BBO-kidepituus 8 mm. 457 nm:n jatkuva laser fokusoitiin linssillä M3 ja johdettiin BBO-kiteen läpi 222 nm:n laservalon tuottamiseksi. Laserspektri mitattiin käyttämällä Ocean HR4000CG-UV-NIR-spektrometriä, ja tulokset näkyvät kuvassa 5.10. Spektri näyttää viivat aallonpituudella 457 nm, 222 nm ja pumppuvalo aallonpituudella 808 nm. Dikroisen prisman läpi kulkemisen jälkeen valkoiselle paperille viritetyt 457 nm ja 222 nm laserpisteet on esitetty kuvassa 5.11.
2,6 W:n 457 nm:n jatkuva laser kulkittuaan BBO-kiteen läpi tuotti 6 mW 222 nm syvää ultraviolettilaseria-, joka on verrattavissa bakteereja tappavaan potentiaaliin222 nm kauko UVClähteistä, mutta tietyllä aallonpituudella. 222 nm:n laserlähtötehon ja 457 nm:n injektoidun tehon välinen suhde on esitetty kuvassa 5.12. Kuva 5.13 esittää 222 nm:n laserpisteprofiilia, joka on mitattu käyttämällä THORLABS BP209-VIS-pyyhkäisyrakoprofiilia maksimiteholla; täplä on elliptinen johtuen BBO-kiteessä olevan 222 nm:n kaksinkertaisen valon suuresta poistumiskulmasta 457 nm:n laserin taajuuden kaksinkertaistamisen jälkeen. Kuva 5.14 esittää stabiilisuustestin 222 nm:n laserlähtötehon teholla 6 mW 2 tunnin aikana, jolloin stabiilisuus on 2,2 %.
Kuva 5.10 Laserspektri
(vaaka-akseli: aallonpituus / nm; pystyakseli: intensiteetti / määrät; näyttää 222 nm, 457 nm ja 808 nm viivat).
Kuva 5.11 Valkoiselle paperille viritetyt laserpisteefektit
(merkitty: dikroinen prisma, 457 nm täplä, 222 nm täplä).
Kuva 5.12 222 nm jatkuvan laserlähtötehon ja injektoidun 457 nm lasertehon välinen suhde
(pystyakseli: 222 nm lähtöteho / mW; vaaka-akseli: 457 nm ruiskutettu teho / W; käyrä osoittaa ylöspäin suuntautuvaa suuntausta).
Kuva 5.13 222 nm jatkuva laserpisteprofiili suurimmalla lähtöteholla
Kuva 5.14 222 nm jatkuvan laserin vakaustesti suurimmalla lähtöteholla
(pystyakseli: 222 nm keskiteho / mW; vaaka-akseli: aika / min; käyrä vakaa noin 6 mW).
5.2.3 457 nm pulssilaserin lähtö
Parantaa 457 nm:n laserin ekstrakaviteettitaajuuden kaksinkertaistamisen tehokkuutta 222 nm:n laserin tuottamiseksi,{2}}joka voidaan laajentaaUV 222 nmpulssilähteet muokatulla epälineaarisella optiikalla-akusto-optinen Q--kytkin liitettiin varteen L1L_1L1 edellä olevan jatkuvan 457 nm:n laserlähdön perusteella. Ennen Q-kytkimen käyttöönottoa akusto-optisen Q-kiteen asentoa säädettiin ensin sen varmistamiseksi, että värähtelevä valo läpäisi sen optimaalisen diffraktioaseman ja nousukulman siten, että jatkuva 457 nm:n lähtöteho oli lähes yhtä suuri kuin ennen akusto{{12}-laitteen asettamista. Sitten suoritettiin pulssi-457 nm:n laserlähtökokeet. Suurimman huipputehon saavuttamiseksi pulssitetun 457 nm laserin toistotaajuudet asetettiin 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz ja 20 kHz ja pulssitetun 457 nm laserin keskimääräinen lähtöteho ja pulssin leveys mitattiin. Tulokset osoittivat, että 457 nm:n pulssilaserin suorituskyky oli huono toistotaajuuksilla 5 kHz ja 20 kHz. Syynä on, että tälle laserille liian korkeat tai alhaiset toistonopeudet eivät ole omiaan muuttamaan tehokkaasti ylemmän energiatason käänteistä populaatiota värähteleväksi valotehoksi.
Kuvat 5.15 ja 5.16 esittävät 457 nm:n lähdön keskimääräisen tehon ja pulssin leveyden verrattuna injektoituun pumpun tehoon 10 kHz:n ja 15 kHz:n toistotaajuuksilla. Kuten kuvista 5.15 ja 5.16 nähdään, keskimääräinen teho kasvaa pumpun ruiskutetulla teholla, kun taas pulssin leveys pienenee vähitellen: 10 kHz:n toistotaajuudella ja 41 W:n ruiskutetulla pumpun teholla pulssillisen 457 nm:n laserlähdön keskimääräinen maksimiteho on 600 mW, pulssin leveydellä 50 a.2 peans; 15 kHz:n toistotaajuudella ja 41 W:n ruiskutetulla pumpun teholla suurin keskimääräinen teho on 661 mW ja pulssin leveys 62 ns, mikä vastaa 710 W:n huipputehoa.
Tulokset osoittavat, että 10 kHz:n toistotaajuus tuottaa suurimman huipputehon pulssimaiselle 457 nm:n laserille. Kuva 5.17 esittää 457 nm laserin pisteprofiilia ja säteen laatua toistotaajuudella 10 kHz ja suurimmalla keskimääräisellä lähtöteholla 600 mW. Laserpiste on TEM₀0-moodi; täplä on kuitenkin hieman elliptinen johtuen V--muotoisen onkalon taittuvan peilin kulmaerottelun aiheuttamasta astigmatismista. Suorittamalla neliöllinen sovitus säteen sädetiedoille eri paikoissa, M2M^2M2-kertoimet X- ja Y-suunnissa ovat noin 1,15 ja 1,31, vastaavasti-säteen ominaisuudet, jotka myös tutkittaisiinkauko-UV 222 nmpulssijärjestelmät samankaltaisten kaviteetin{0}}indusoitujen vääristymien varalta.
Kuva 5.15 457 nm:n pulssilaserin keskimääräinen teho ja pulssin leveys verrattuna injektoituun pumpun tehoon 10 kHz:n toistotaajuudella
(vasen pystyakseli: 457 nm keskimääräinen teho / mW; oikea pystyakseli: pulssin leveys / ns; vaaka-akseli: ruiskutettu pumpun teho / W; kaksi käyrää: keskimääräinen teho (nouseva) ja pulssin leveys (lasku)).
