Experiments làser d'estat sòlid-ultraviolat de 222 nm
5.2.1 457 nm Sortida làser contínua
Se sap que la mida del punt de la bomba i la longitud de la cavitat afecten la sortida del làser. Per aconseguir una sortida làser contínua de -alt rendiment de 457 nm, es van realitzar experiments amb diferents mides de punt de bomba i longituds de braç de ressonador làser L1L_1L1, L2L_2L2. La figura 5.7 mostra la relació entre la potència de la bomba injectada i la potència de sortida del làser contínua de 457 nm quan les longituds del braç del ressonador L1L_1L1 i L2L_2L2 són de 82 mm i 30 mm, respectivament, amb radis de punt de bomba wpw_pwp d'aproximadament 200 μm, 300 μm, μm i 400 μm.
Figura 5.7 Relació entre la potència de sortida de làser contínua de 457 nm i la potència de bomba injectada en diferents mides de punt de bomba
(corbes: wpw_pwp=200 μm (quadrats), wpw_pwp=300 μm (cercles), wpw_pwp=400 μm (triangles); eix vertical: potència de sortida / W; eix horitzontal: potència de la bomba injectada / W; rang 10–45).
A partir de la figura 5.7, amb una potència de bomba injectada de 41 W, les potències màximes de sortida del làser de 457 nm contínues són 1,6 W (wpw_pwp=300 μm), 2,2 W (wpw_pwp=200 μm) i 1,2 W (wpw_pwp=400{m{11}}). La qualitat del feix a wpw_pwp=200 μm és millor que a wpw_pwp=300 μm o 400 μm. En comparació amb wpw_pwp=300 μm o 400 μm, el rendiment de sortida làser de 457 nm és superior a wpw_pwp=200 μm. El motiu és que la proporció de la mida del punt de la bomba a la cintura del feix oscil·lant de 914 nm és més adequada a wpw_pwp=200 μm. Aquests resultats experimentals són coherents amb l'anàlisi teòrica del làser en capítols anteriors, que també informa estratègies d'optimització perUVC a 222 nm de distànciasistemes.
A continuació, es van optimitzar les longituds dels braços del ressonador. En primer lloc, es va fixar la longitud del braç L2L_2L2 en 30 mm i es va estudiar experimentalment l'efecte de variar la longitud del braç L1L_1L1 en la potència de sortida del làser contínua de 457 nm. A la figura 5.8 (a) es mostren les relacions entre la potència de la bomba injectada i la potència de sortida del làser contínua de 457 nm a L1L_1L1=82 mm, 83 mm i 84 mm. Com es veu a la figura 5.8(a), les corbes de potència de sortida són força similars independentment de si L1L_1L1 és de 82 mm, 83 mm o 84 mm. Per tant, els petits canvis en el braç llarg L1L_1L1 tenen un impacte insignificant en la potència de sortida contínua del làser de 457 nm. El motiu és que les variacions en L1L_1L1 causen canvis mínims en la mida del punt oscil·lant a diferents posicions dins del ressonador làser. Per garantir un espai d'ajust suficient dins de la cavitat per a experiments posteriors-inclosa la possible integració ambUVC 222les etapes de conversió de freqüència-L1L_1L1 es van establir en 83 mm.
Figura 5.8 Relació entre la potència de sortida del làser contínua de 457 nm i la potència de la bomba injectada a diferents longituds de braç:
(a) Braç L1L_1L1: L1L_1L1=82 mm (quadrats), L1L_1L1=83 mm (cercles), L1L_1L1=84 mm (triangles); (b) Braç L2L_2L2: L2L_2L2=32 mm (triangles), L2L_2L2{=31 mm (quadrats), L2L_2L2=30 mm (cercles); eix vertical: potència de sortida / W; eix horitzontal: potència de la bomba injectada / W.
Aleshores, amb wpw_pwp ≈ 200 μm i el braç ressonador L1L_1L1 arreglat, es van investigar experimentalment els efectes de variar el braç ressonador L2L_2L2 sobre la potència de sortida del làser contínua de 457 nm i la qualitat del feix. Les relacions entre la potència de la bomba injectada i la potència de sortida del làser contínua de 457 nm a L2L_2L2=30 mm, 31 mm i 32 mm es mostren a la figura 5.8 (b). A la figura 5.8(b), a una potència de bomba injectada de 41 W, les potències màximes de sortida del làser de 457 nm contínues són 2,2 W (L2L_2L2=30 mm), 2,6 W (L2L_2L2=31 mm) i 1,95 W (L2L_2L2=31 mm) i 1,95 W (L2L_2L2=32 mm). A més, la qualitat del feix a L2L_2L2=31 mm és millor que a L2L_2L2{=30 mm o 32 mm, amb el perfil i la qualitat del feix que es mostren a la figura 5.9. A més, la figura 5.8 (b) indica que la potència de sortida del làser contínua de 457 nm és relativament sensible als canvis en L2L_2L2. La raó és que les variacions de L2L_2L2 afecten significativament la mida del punt oscil·lant a diferents posicions del ressonador, alterant la concordança del mode espacial entre el punt de la bomba i el punt d'oscil·lació làser, afectant així el rendiment de la sortida del làser. Això és coherent amb l'anàlisi teòrica dels capítols anteriors. Per tant, durant els experiments, la mida del punt de la bomba i la longitud del braç ressonador L2L_2L2 s'han d'ajustar amb cura per mantenir la superposició òptima del mode, un principi igualment crític enUV llunyà 222 nmdissenys làser.
Figura 5.9 Qualitat del feix i perfil del punt a una potència de sortida de làser contínua màxima de 457 nm
(vegeu la figura en color) (les corbes mostren el diàmetre del punt en funció de la distància de propagació; x-M2M^2M2=1.2 horitzontal, y-M2M^2M2=1.13 vertical; imatge puntual inserida al mig).
5.2.2 222 nm Sortida làser contínua
Es va utilitzar un cristall de duplicació de la freqüència BBO-I fase-coincidida-Tipus I per duplicar la freqüència extracavitat del làser continu de 457 nm. La secció de duplicació de l'extracavitat va utilitzar un esquema senzill d'enfocament de lents. Per millorar l'eficiència de duplicació de la freqüència-del làser de 457 nm, es va aplicar la condició d'enfocament òptima definida per Boyd i Kleinman⁽¹⁾: 2ZrL=2.842Z_r L=2.842ZrL{=2.84 (5.10), on LLL és la longitud del cristall no lineal i Zr és la longitud del raig enfocat biga. A partir d'aquesta condició i de la qualitat del feix de sortida de 457 nm, es va seleccionar una distància focal adequada per a la lent d'enfocament M3, la longitud del cristall BBO i les seves posicions de col·locació. En aquest experiment, la distància focal de la lent M3 era de 150 mm i la longitud del cristall BBO era de 8 mm. El làser continu de 457 nm va ser enfocat per la lent M3 i va passar a través del cristall BBO per generar llum làser de 222 nm. L'espectre làser es va mesurar amb un espectròmetre Ocean HR4000CG-UV{-NIR, amb els resultats mostrats a la figura 5.10. L'espectre mostra línies a 457 nm, 222 nm i la llum de la bomba a 808 nm. Després de passar per un prisma dicroic, les taques làser de 457 nm i 222 nm excitades en paper blanc es mostren a la figura 5.11.
Un làser continu de 2,6 W de 457 nm, després de passar pel cristall BBO, va produir 6 mW de làser ultraviolat de 222 nm de profunditat-comparable en potencial germicida als emergents.UVC a 222 nm de distànciafonts però a una longitud d'ona diferent. La relació entre la potència de sortida del làser de 222 nm i la potència injectada de 457 nm es mostra a la figura 5.12. La figura 5.13 mostra el perfil de punt làser de 222 nm mesurat amb un perfilador de feix d'escletxa d'escaneig THORLABS BP209-VIS a la màxima sortida; el punt és el·líptic a causa del gran angle de sortida de la llum duplicada de 222 nm després de la duplicació de freqüència del làser de 457 nm al cristall BBO. La figura 5.14 mostra la prova d'estabilitat de la potència de sortida del làser de 222 nm a 6 mW durant 2 hores, donant una estabilitat del 2,2%.
Figura 5.10 Espectre làser
(eix horitzontal: longitud d'ona / nm; eix vertical: intensitat / recomptes; mostra línies de 222 nm, 457 nm i 808 nm).
Figura 5.11 Efectes de punt làser excitats en paper blanc
(etiquetat: prisma dicroic, punt de 457 nm, punt de 222 nm).
Figura 5.12 Relació entre la potència de sortida del làser contínua de 222 nm i la potència del làser injectada de 457 nm
(eix vertical: 222 nm de potència de sortida / mW; eix horitzontal: 457 nm de potència injectada / W; la corba mostra una tendència a l'alça).
Figura 5.13 222 nm de perfil de punt làser continu a la màxima potència de sortida
Figura 5.14 Prova d'estabilitat del làser continu de 222 nm a la màxima potència de sortida
(eix vertical: 222 nm de potència mitjana / mW; eix horitzontal: temps / min; corba estable al voltant de 6 mW).
5.2.3 457 nm Sortida làser polsada
Millorar l'eficiència de la duplicació de la freqüència d'extracavitat del làser de 457 nm per produir làser de 222 nm-potencialment extensible aUV 222 nmfonts polsades amb òptica no lineal modificada-es va inserir un interruptor Q-acústic-òptic al braç L1L_1L1 basat en la sortida làser contínua de 457 nm anterior. Abans d'activar l'interruptor Q-, es va ajustar primer la posició del cristall Q{-acústic-òptic per assegurar que la llum oscil·lant passava per la seva posició de difracció i angle de to òptim, de manera que la potència de sortida contínua de 457 nm fos gairebé igual a la d'abans d'inserir el dispositiu {{12} acústic. A continuació, es van realitzar experiments de sortida làser polsat de 457 nm. Per aconseguir el làser polsat de 457 nm de potència màxima, es van establir taxes de repetició de 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz i 20 kHz i es van mesurar la potència de sortida mitjana i l'amplada del pols del làser polsat de 457 nm. Els resultats van mostrar que el rendiment del làser polsat de 457 nm era pobre a velocitats de repetició de 5 kHz i 20 kHz. La raó és que, per a aquest làser, les taxes de repetició excessivament altes o baixes no afavoreixen la conversió eficaç de la població invertida al nivell d'energia superior en una sortida de llum oscil·lant.
Les figures 5.15 i 5.16 mostren la potència mitjana i l'amplada del pols de la sortida de 457 nm versus la potència de la bomba injectada a velocitats de repetició de 10 kHz i 15 kHz. Com es veu a les figures 5.15 i 5.16, la potència mitjana augmenta amb la potència de la bomba injectada, mentre que l'amplada del pols disminueix gradualment: a una velocitat de repetició de 10 kHz i una potència de bomba injectada de 41 W, la potència mitjana màxima de la sortida del làser polsat de 457 nm és de 600 mW, amb una amplada de pols de 50 ns, que correspon a una potència màxima de 50 ns; a una velocitat de repetició de 15 kHz i una potència de bomba injectada de 41 W, la potència mitjana màxima és de 661 mW, amb una amplada de pols de 62 ns, que correspon a una potència màxima de 710 W.
Els resultats indiquen que una velocitat de repetició de 10 kHz produeix la potència màxima més alta per al làser polsat de 457 nm. La figura 5.17 mostra el perfil del punt i la qualitat del feix del làser de 457 nm a una velocitat de repetició de 10 kHz i una potència de sortida mitjana màxima de 600 mW. El punt làser és el mode TEM₀₀; tanmateix, la taca és lleugerament el·líptica a causa de l'astigmatisme causat per la separació angular del mirall plegable de la cavitat en forma de V-. En realitzar un ajustament quadràtic a les dades del radi del feix a diferents posicions, els factors M2M^2M2 en les direccions X i Y són aproximadament 1,15 i 1,31, respectivament-característiques del feix que també s'escrutarien aUV llunyà 222 nmsistemes polsats per a distorsions similars-induïdes per cavitats.
Figura 5.15 Potència mitjana i amplada del pols de làser polsat de 457 nm versus potència de bomba injectada a una velocitat de repetició de 10 kHz
(eix vertical esquerre: potència mitjana de 457 nm / mW; eix vertical dret: amplada del pols / ns; eix horitzontal: potència de la bomba injectada / W; dues corbes: potència mitjana (augment) i amplada del pols (baixant)).
