5.1 Esquema experimental de làser-sòlid de 222 nm
5.1.1 Configuració experimental del sistema làser
La configuració experimental de lalluny uvc 222nmEl làser ultraviolat-profund es mostra a la figura 5.1, que adopta una estructura de cavitat ressonant en forma de V- amb una segona generació harmònica dins de la cavitat i una quarta generació fora de la cavitat. La font de la bomba és una matriu de díodes làser-acoblats a fibra amb una potència de sortida màxima de 110 W. Mitjançant l'ajust de la temperatura, la longitud d'ona central de la llum de la bomba coincideix amb la longitud d'ona d'absorció central de Nd:YVO₄, i s'enfoca en un punt de bomba amb un radi de 200 μm mitjançant un sistema de col·limació i enfocament i s'injecta al cristall Nd:YVO₄. El sistema d'acoblament consta de dos miralls pla-convexos amb un radi de curvatura R{=10mm i un polaritzador de 45 graus. La fracció atòmica del dopatge de Nd³⁺ al cristall Nd:YVO₄ és del 0,1% i la seva mida és de 4 mm × 4 mm × 5 mm. L'extrem esquerre està recobert amb pel·lícules anti-reflexos de 808 nm, 1064 nm i una pel·lícula-de reflex d'alta 914 nm, mentre que l'extrem dret està recobert amb pel·lícules anti-de 914nm, 1064nm i 1342nm. El costat del cristall làser s'embolica amb una capa de làmina d'indi i es munta sobre un dissipador de calor de coure vermell, i el control de la temperatura es realitza mitjançant un refrigerador d'aigua circulant. Per garantir una dissipació de calor suficient del cristall, s'ha d'assegurar que els quatre costats del cristall estiguin totalment en contacte amb el flux d'aigua del refrigerador. S'utilitza un mirall pla-còncau M amb un radi de curvatura de 50 mm com a mirall de sortida. La seva superfície còncava està recoberta d'una pel·lícula-de reflexió de 914 nm d'alta i pel·lícules antireflexos de 457 nm, 1064 nm, 1342 nm, i el seu pla està recobert amb pel·lícules antireflexos de 457 nm, 914 nm, 1064 nm i{342}m{342}nm. S'utilitza un mirall pla M₂ amb un radi de curvatura de 200 mm com a reflector, i la seva superfície està recoberta amb pel·lícules de reflexió de 457 nm i 914 nm d'alçada-, de manera que el mirall de l'extrem esquerre M₁ del cristall Nd:YVO₄, el mirall M i el mirall M₂9 formen una cavitat amb l'angle V{{48}format entre els dos angles V{4} braços ≈10 graus. Entre ells, s'insereix un interruptor acústic -òptic Q{- al braç llarg L₁ format pels miralls M₁ i M, i un cristall LBO per a la generació de segon harmònic s'insereix al braç curt format pels miralls M i M₂, i es col·loca a una distància d'aproximadament 1 mm del reflector M₂. El cristall LBO té una mida de 4 mm × 4 mm × 15 mm i els dos extrems del cristall estan recoberts amb pel·lícules anti-reflexos de 457 nm, 914 nm i 1064 nm. La longitud d'ona d'oscil·lació d'aquesta cavitat ressonant és de 914 nm. Després de duplicar la freqüència pel cristall LBO, es genera una longitud d'ona de 457 nm, oscil·la al braç curt de la cavitat ressonant i surt del mirall plana-còncau M. M₃ és un mirall d'enfocament de 457 nm, la superfície del qual està recoberta d'una pel·lícula anti{71}} antireflexió de 457 nm. Un cristall BBO per a la quarta generació harmònica es col·loca prop del punt focal. Els dos extrems del cristall estan recoberts amb pel·lícules anti-reflexos de 457 nm i 222 nm. Després de duplicar la freqüència pel cristall BBO,lluny uv 222Es pot generar làser ultraviolat i els làsers de 457 nm i 222 nm estan separats per un prisma divisor de feix M₄.
Figura 5.1 Configuració experimental del sistema d'acoblament òptic-Ultraviolet Laser 1-de 222nm de profunditat; 2-Nd:YVO₄ Mòdul de cristall embolicat en un dissipador de calor; 3-Dispositiu Q-Switch acústic-òptic; Mirall de 4 sortides M; Dispositiu de cristall 5-LBO; 6-Reflector M₂; Mirall d'enfocament de 7-457 nm M₃; Cristall 8-BBO; Prisma divisor de 9 feixs.
5.1.2 Mètodes de mesura dels paràmetres làser
1. Longitud d'ona làser
En la mesura de la longitud d'ona de sortida del làser, s'utilitza un espectròmetre NIR Ocean HR4000CG - UV -, que cobreix un rang de longitud d'ona de 200 ~ 1100 nm amb una resolució de 0,75 nm (amplada total a la meitat màxima), i el diagrama físic es mostra a la figura 5.2. Durant la mesura, el feix làser es reflecteix o passa a través d'un full d'atenuació a la sonda de l'espectròmetre i el valor de la longitud d'ona de lalluny uvc 222nmEl raig làser s'observa a través de la pantalla.
Figura 5.2 Diagrama físic de l'Oceà HR4000CG - UV - Espectròmetre NIR
2. Freqüència de repetició del làser
Seleccioneu un fotodetector la resposta espectral del qual coincideixi amb la longitud d'ona de sortida del làser; seleccioneu un fotodetector i un oscil·loscopi adequats segons l'amplada del pols de sortida del làser. Utilitzem un oscil·loscopi del model Tektronix TDS3054C, que té una amplada de banda de 500MHz i una velocitat de mostreig de 5GS/s, tal com es mostra a la figura 5.3(a). El fotodetector és del detector de silici model THORLABS DET10A -, el rang de resposta espectral del qual és de 200 ~ 1100 nm i el temps de pujada és d'1 ns, tal com es mostra a la figura 5.3 (b).
Figura 5.3 Diagrames físics de l'oscil·loscopi i el fotodetector (a) Oscil·loscopi (b) Fotodetector
Deixeu que el pols làser entri al fotodetector i feu que el fotodetector funcioni en el rang lineal. Ajusteu la sensibilitat i la velocitat d'escaneig de l'oscil·loscopi perquè apareguin dues formes d'ona de pols làser estables a la pantalla de l'oscil·loscopi. Registra l'interval de temps t entre dos polsos adjacents i repeteix la mesura n (n Major o igual a 10) vegades. Calculeu la freqüència de repetició del pols f segons la fórmula (5.1): f=1∑i{=1ntin (Hz) f=\\frac{1}{\\frac{\\sum_{i=1}^{n} t_i}{n}} \\ (Hz) f{=n∑i=1 on és el temps (_{13}}i) interval entre dos polsos adjacents a la i-mesura, unitat: s; n és el nombre de mesures.
3. Amplada del pols làser
La mesura de l'amplada del pols pot referir-se als passos de mesura de la freqüència de repetició. Deixeu que el pols làser entri al fotodetector i el fotodetector funciona en el rang lineal. La forma d'ona del temps del pols es mostra a la pantalla de l'oscil·loscopi. Enregistreu l'amplada del pols τi\\tau_iτi en aquest moment i repetiu la mesura n (n Major o igual a 10) vegades. Calculeu l'amplada del pols τ\\tauτ segons la fórmula (5.2): τ=1n∑i{=1nτi (ns) \\tau=\\frac{1}{n} \\sum_{i{=1}^{n} \\tau_i \\ (ns) τ=}n=}n{i{6}}}n{1: τ: τi\\tau_iτi és l'amplada del pols mesurada en la i-èsa mesura, unitat: s; n és el nombre de mesures.
4. Potència màxima del làser
Quan es calcula la potència màxima, primer hem de mesurar la potència mitjana del làser. Hi ha dos tipus de sondes utilitzades per a la mesura, tal com es mostra a la figura 5.4. La figura (a) és un mesurador de potència làser OPHIR 30A - BB - 18, amb un rang de mesura de 10 mW ~ 30 W i una precisió de mesura del 3%. La figura (b) és un mesurador de potència làser UV OPHIR PD300R -, amb un rang de mesura de 20pW ~ 300mW i una precisió de mesura del 10%.
Figura 5.4 Mesuradors de potència làser (a) Mesurador de potència làser OPHIR 30A-BB{-18 (b) Mesurador de potència làser OPHIR PD300R-UV
Durant la mesura, alineeu la sonda del mesurador de potència làser amb el feix de sortida del làser, engegueu la potència del mesurador de potència làser, seleccioneu un rang adequat i calibreu el seu punt zero. Mesureu i registreu la lectura P del mesurador de potència una vegada cada vegada segons l'especificació del producte i repetiu la mesura n (n Major o igual a 10) vegades. Calculeu la potència mitjana Pˉ\\bar{P}Pˉ del làser segons la fórmula (5.3): Pˉ=1n∑i=1npi (W) \\bar{P}=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} p_i \\ (W) Pˉ{11}pi (W) on: pip_ipi és la potència mitjana obtinguda en la i-a mesura, unitat: W; n és el nombre de mesures.
Després d'obtenir la potència mitjana del làser, calculeu la potència màxima PpkP_{pk}Ppk d'acord amb la fórmula (5.4): Ppk=Pˉf⋅τ (W) P_{pk}=\\frac{\\bar{P}}{f \\cdot \\tau} \\ (W) Ppk{{5}}}f{τ)}f Pˉ\\bar{P}Pˉ és la potència mitjana, unitat: W; f és la freqüència de repetició del pols, unitat: Hz; τ\\tauτ és l'amplada del pols, unitat: ns.
5. Qualitat del feix
El factor de qualitat del feix està representat per M², i la seva fórmula de càlcul és M2=π4λ⋅d0⋅θ M^2=\\frac{\\pi}{4\\lambda} \\cdot d_0 \\cdot \\theta M{2=4λπ⋅d0⋅θ on: d0d_0 d'amplada de la cintura, ol'amplada de la cintura, o nm; θ\\thetaθ és l'angle de divergència del feix de camp llunyà-, unitat: mrad; λ\\lambdaλ és la longitud d'ona del làser, unitat: μm.
Per mesurar lafar UVC 222Qualitat del raig làser, amb un rang de longitud d'ona de funcionament de 200 ~ 1100 nm, que pot mesurar feixos continus i polsats amb una freqüència de repetició no inferior a 10 Hz. La velocitat d'escaneig es pot configurar a 2 ~ 20 Hz, tal com es mostra a la figura 5.5. L'analitzador de feix d'escletxa d'escaneig té un tambor giratori amb dos o més parells de ranures ortogonals a l'interior. El tambor gira al voltant de l'eix òptic, canviant les ranures en les direccions X i Y davant del detector, de manera que la ranura d'escaneig passa pel camí òptic. D'aquesta manera, el senyal de potència mesurat es relaciona amb la posició del tambor i de la ranura, a partir de la qual es calcula el diàmetre del feix d i el perfil d'intensitat.
Figura 5.5 Analitzador de qualitat del feix
El sistema de prova d'anàlisi de la qualitat del feix es mostra a la figura 5.6. El controlador de la plataforma mòbil té una precisió de 3 μm, que controla la longitud de pas de l'analitzador de qualitat del feix cada vegada per obtenir el diàmetre del feix did_idi a la posició corresponent. Substituïu els valors Z a diferents posicions de la direcció de transmissió del raig làser i els seus corresponents diàmetres de punt a la fórmula (5.6) per calcular els valors dels coeficients A, B i C, és a dir 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 Sistema de prova d'anàlisi de la qualitat del feix
A partir dels valors dels coeficients A, B i C, es poden calcular el diàmetre de cintura lateral de l'objecte-d0d_0d0, l'angle de divergència del feix θ\\thetaθ i el factor de qualitat del feix M². Les fórmules de càlcul són 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}} M{2=λπA⋅C−4B2
5.2 Experiment amb làser-sòlid de 222 nm
5.2.1 457nm Sortida làser contínua
La potència de sortida i la qualitat del feix del làser continu de 457 nm són factors clau que afecten el seu rendiment de sortida de pols i l'adquisició delluny uv 222làser per duplicació de la freqüència d'extracavitat, a diferència dels emergentsLED de 222 nmtecnologies que ofereixen fonts alternatives de-UVC llunyanes. Segons la investigació teòrica dels capítols anteriors, aquesta configuració optimitza les condicions per ser eficientlluny uvc 222nmgeneració mitjançant mètodes-d'estat sòlid.
