Estudi experimental sobre làser d'estat sòlid-bombat-à llum ultraviolada profunda de 222 nm
5.2.2 Sortida làser de làmpada d'ona-contínua de 222 nm
El làser d'ona-contínua de 457 nm es va duplicar la freqüència-fora de la cavitat mitjançant un cristall BBO de tipus-fase-combinat. Es va adoptar un esquema d'enfocament-de lent senzill per a la duplicació de la freqüència de l'extracavitat. Per maximitzar l'eficiència de la segona generació harmònica (SHG) del làser de 457 nm, es va seguir la condició d'enfocament òptima definida per Boyd i Kleinman [1]:
2Z_R L = 2.84 (5.10)
on L és la longitud del cristall no lineal i Z_R és la longitud de Rayleigh del feix enfocat. En funció d'aquesta condició i de la qualitat del feix mesurada de la sortida de 457 nm, es van seleccionar la distància focal adequada de la lent d'enfocament M3, la longitud del cristall BBO i les seves posicions relatives. En aquest experiment, la lent d'enfocament M3 tenia una distància focal de 150 mm i la longitud del cristall BBO era de 8 mm.
El làser d'ona-contínua de 457 nm es va enfocar per la lent M3 i va passar a través del cristall BBO per generar làser ultraviolat-de 222 nm de profunditat. L'espectre làser es va mesurar amb un espectròmetre Ocean HR4000CG-UV-NIR, tal com es mostra a la figura 5.10. L'espectre mostra clarament el fonamental de 457 nm, el segon harmònic de la llum de 222 nm i les línies de bomba residuals de 808 nm. Després de passar per un divisor de feix dicroic, els feixos de llum separats de 457 nm i 222 nm van produir taques de fluorescència visibles en paper blanc, tal com es mostra a la figura 5.11.
Quan la potència d'ona-contínua d'entrada de 457 nm era de 2,6 W, la potència de sortida del làser ultraviolat-de profunditat de la làmpada de 222 nm va arribar als 6 mW. La relació entre la potència de sortida de la làmpada de 222 nm i la potència de 457 nm injectada es mostra a la figura 5.12. La figura 5.13 mostra el perfil del feix del làser de làmpada de 222 nm a la màxima potència de sortida, mesurat amb un perfilador de feix d'escaneig THORLABS BP209-VIS. El feix era el·líptic a causa del gran angle de marxa-de la llum de la segona harmònica de 222 nm generada al cristall BBO. La figura 5.14 mostra la prova d'estabilitat del làser de làmpada de 222 nm durant 2 hores a una potència de sortida de 6 mW, donant una estabilitat de potència del 2,2%.
5.2.3 457 nm Sortida làser polsada
Per augmentar la freqüència de l'extracavitat-duplicant l'eficiència per generar làser de làmpada de 222 nm, es va inserir un interruptor Q- acústic-òptic al braç L1 del ressonador, basat en el làser d'ona-contínua de 457 nm descrit anteriorment. Abans d'habilitar la commutació Q-, la posició i l'angle del cristall de commutació Q-acústic-òptic es van ajustar acuradament per assegurar-se que el feix oscil·lant passava per la regió de difracció òptima, de manera que la potència de sortida de l'ona-contínua de 457 nm es mantingués gairebé sense canvis sense canvis en el cas de Qwitch.
Per aconseguir el làser polsat de 457 nm de potència màxima, la velocitat de repetició es va establir en 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz i 20 kHz, i la potència de sortida mitjana i l'amplada del pols es van mesurar a diferents potències de bomba. El rendiment va ser pobre a 5 kHz i 20 kHz perquè, per a aquest làser, les taxes de repetició que són massa altes o massa baixes són desfavorables per convertir de manera eficient la població invertida en sortida làser.
Les figures 5.15 i 5.16 mostren la potència mitjana i l'amplada del pols del làser polsat de 457 nm com a funcions de la potència de la bomba injectada a velocitats de repetició de 10 kHz i 15 kHz, respectivament. La potència mitjana va augmentar amb la potència de la bomba, mentre que l'amplada del pols va disminuir:
Amb una velocitat de repetició de 10 kHz i una potència de bomba de 41 W, la potència mitjana màxima va ser de 600 mW, amb una amplada de pols de 50 ns, que correspon a una potència màxima d'1,2 kW.
Amb una velocitat de repetició de 15 kHz i una potència de bomba de 41 W, la potència mitjana màxima va ser de 661 mW, amb una amplada de pols de 62 ns, que correspon a una potència màxima de 710 W.
Per tant, la potència màxima més alta del làser polsat de 457 nm es va obtenir a una velocitat de repetició de 10 kHz. La figura 5.17 mostra el perfil del feix i la qualitat del feix a 10 kHz i una potència mitjana de 600 mW. El làser funcionava en mode TEM₀₀, però la taca era lleugerament el·líptica a causa de l'astigmatisme introduït pel mirall plegable angulat a la cavitat en forma de V-. En ajustar les dades del radi del feix a diferents posicions amb una funció quadràtica, els factors M² eren aproximadament 1,15 (horitzontal) i 1,31 (vertical).
5.2.4 222 nm Lamp Deep-Sortida làser polsat ultraviolat
Utilitzant el làser polsat de 457 nm optimitzat (radi de punt de bomba ≈ 200 μm, longituds de braç L1 ≈ 83 mm i L2 ≈ 31 mm, velocitat de repetició 10 kHz) que proporcionava la potència màxima més alta, es va duplicar la freqüència amb el mateix cristall BBO per generar làser polsat 222 nm.
Com que la qualitat del feix del làser polsat de 457 nm difereix lleugerament del cas d'ona contínua-, les posicions de la lent d'enfocament M3 i el cristall BBO es van ajustar bé- per garantir que la longitud de Rayleigh coincideixi amb la longitud del cristall, maximitzant així l'eficiència SHG. Finalment, es va obtenir un làser polsat de làmpada de 222 nm amb una potència mitjana màxima de 35 mW i una amplada de pols de 36 ns (mesurada directament al detector). L'espectre del làser ultraviolat es mostra a la figura 5.18. La potència mitjana de sortida del làser polsat de la làmpada de 222 nm va augmentar amb la potència polsada de 457 nm injectada, tal com es mostra a la figura 5.19. La figura 5.20 mostra el punt del feix del làser polsat de la làmpada de 222 nm a la potència de sortida mitjana més alta.
Subtítols de figures (traduïts)
Fig. 5.9Qualitat del feix i perfil del punt del làser-d'ona contínua de 457 nm a la màxima potència de sortida (vegeu la placa de colors): etiquetat amb "● x-direcció M²=1.2, ■ y-direcció M²=1.13"; eix x-: posició al llarg de l'eix de propagació (mm); eix y-: diàmetre del feix (mm).
Fig. 5.10espectre làser; eix -x: longitud d'ona (nm); eix -y: intensitat.
Fig. 5.11Taques de fluorescència excitades en paper blanc: etiquetades com "divisor de feix dicroic, làmpada de 457 nm, 222 nm".
Fig. 5.12Potència de sortida d'ona-contínua del llum de 222 nm vs. potència de 457 nm injectada; eix -x: 457 nm de potència injectada (W); Eix y-: potència de sortida del llum de 222 nm (mW).
Fig. 5.13Perfil del feix del làser d'ona-contínua de làmpada de 222 nm a la màxima potència (vegeu la placa de colors).
Fig. 5.14Prova d'estabilitat del làser-d'ona contínua de làmpada de 222 nm a 6 mW durant 2 hores; eix x-: temps (min); eix y-: potència mitjana (mW).
Fig. 5.15A una freqüència de repetició de 10 kHz, potència mitjana del làser polsat de 457 nm i amplada del pols en funció de la potència de la bomba; etiquetat com "f=10 kHz".
Fig. 5.16A una velocitat de repetició de 15 kHz, potència mitjana del làser polsat de 457 nm i amplada del pols en funció de la potència de la bomba.
Fig. 5.17Perfil del feix i qualitat del feix de làser polsat de 457 nm a 10 kHz i 600 mW de potència mitjana (vegeu la placa de color): etiquetat amb "● x-direcció M²=1.15, ■ y-direcció M²=1.32"; eix x-: posició al llarg de l'eix de propagació (mm); eix y-: diàmetre del feix (mm).
Fig. 5.18espectre làser ultraviolat; eix x-: longitud d'ona (nm); eix -y: intensitat.
Fig. 5.19A 10 kHz, potència mitjana de sortida làser polsada amb làmpada de 222 nm vs. potència polsada de 457 nm injectada; eix -x: 457 nm de potència injectada (mW); Eix y-: potència de sortida del llum de 222 nm (mW).
Fig. 5.20Punt de feix de làser polsat de làmpada de 222 nm a potència mitjana màxima.
