5.1 Eksperimentalna šema 222nm lasera u čvrstom stanju
5.1.1 Eksperimentalno podešavanje laserskog sistema
Eksperimentalna postavkadaleko uvc 222nmdubok-ultraljubičasti laser je prikazan na slici 5.1, koji usvaja rezonantnu strukturu šupljine u obliku slova V- sa generacijom drugog harmonika unutar šupljine i generacijom četvrtog harmonika izvan šupljine. Izvor pumpe je niz laserskih dioda-spojenih vlaknima sa maksimalnom izlaznom snagom od 110W. Kroz podešavanje temperature, centralna talasna dužina svetlosti pumpe poklapa se sa talasnom dužinom centralne apsorpcije Nd:YVO₄, i fokusira se u tačku pumpe radijusa od 200 μm preko sistema za kolimiranje i fokusiranje i ubrizgava se u kristal Nd:YVO₄. Sistem spajanja se sastoji od dva plano-konveksna ogledala polumjera zakrivljenosti R=10mm i polarizatora od 45 stepeni. Atomska frakcija dopinga Nd³⁺ u kristalu Nd:YVO₄ je 0,1%, a njegova veličina je 4mm×4mm×5mm. Lijevi kraj je obložen 808nm, 1064nm antirefleksnim filmovima i 914nm visokim-filmom, dok je desni kraj obložen antirefleksnim filmovima od 914nm, 1064nm i 1342nm i 1342nm. Bočna strana laserskog kristala je omotana slojem indijum folije i postavljena na crveni bakreni hladnjak, a kontrolu temperature vrši rashladni uređaj sa cirkulišućom vodom. Da bi se osiguralo dovoljno rasipanje topline kristala, treba osigurati da četiri strane kristala budu u potpunosti u kontaktu s protokom vode u hladnjaku. Kao izlazno ogledalo koristi se plano{30}}konkavno ogledalo M sa radijusom zakrivljenosti od 50 mm. Njegova konkavna površina je presvučena reflektivnim filmom od 914 nm- i 457 nm, 1064 nm, 1342 nm, 1342 nm antirefleksnim filmovima, a njegova ravnina je obložena 457 nm, 914 nm, 1064 nm, i 4 nm antirefleksnim filmom. Ravno ogledalo M₂ poluprečnika zakrivljenosti od 200 mm se koristi kao reflektor, a njegova površina je presvučena reflektivnim filmovima od 457 nm i 914 nm-, tako da lijevo krajnje ogledalo M₁ kristala Nd:YVO₄, ogledala M i ogledala M₂}, formira V{ cav rezoluciju{49} dva kraka ≈10 stepeni. Među njima, akusto{52}}optički Q- prekidač je umetnut u dugi krak L₁ formiran od ogledala M₁ i M, a LBO kristal za drugu harmonsku generaciju je umetnut u kratki krak formiran od ogledala M i M₂ i postavljen na udaljenosti od oko 1 mm od reflektora M₂. LBO kristal ima veličinu 4mm×4mm×15mm, a oba kraja kristala su obložena 457nm, 914nm i 1064nm antirefleksnim filmovima. Talasna dužina oscilacije ove rezonantne šupljine je 914nm. Nakon udvostručenja frekvencije od strane LBO kristala, stvara se talasna dužina od 457nm, oscilira u kratkom kraku rezonantne šupljine i izlazi iz plano-konkavnog ogledala M. M₃ je ogledalo za fokusiranje od 457nm, čija je površina obložena 457nm} antirefleksnim filmom{71 BBO kristal za generaciju četvrtog harmonika je postavljen blizu žarišne tačke. Oba kraja kristala su obložena antirefleksnim filmovima od 457 nm i 222 nm. Nakon udvostručenja frekvencije BBO kristalom,daleko uv 222može se generisati ultraljubičasti laser, a laseri od 457 nm i 222 nm su razdvojeni prizmom M₄ razdjelnika zraka.
Slika 5.1 Eksperimentalna postavka 222nm duboko-ultraljubičastog laserskog 1-sistema optičkog spajanja; 2-Nd:YVO₄ Kristalni modul umotan u hladnjak; 3-Akusto-optički Q-Switch uređaj; 4-izlazno ogledalo M; 5-LBO kristalni uređaj; 6-Reflektor M₂; 7-457nm Focusing Mirror M₃; 8-BBO kristal; 9-beam Splitter prizma.
5.1.2 Metode mjerenja laserskih parametara
1. Talasna dužina lasera
U mjerenju izlazne talasne dužine lasera koristi se Ocean HR4000CG - UV - NIR spektrometar, koji pokriva opseg talasnih dužina od 200~1100nm sa rezolucijom od 0,75nm (puna širina na pola maksimuma), a fizički dijagram je prikazan na slici 5.2. Tokom merenja, laserski snop se reflektuje ili prolazi kroz atenuacioni sloj u sondu spektrometra, a vrednost talasne dužinedaleko uvc 222nmlaserski zrak se posmatra kroz ekran.
Slika 5.2 Fizički dijagram Ocean HR4000CG - UV - NIR spektrometar
2. Frekvencija ponavljanja lasera
Odaberite fotodetektor čiji spektralni odziv odgovara izlaznoj talasnoj dužini lasera; odaberite odgovarajući fotodetektor i osciloskop prema opsegu širine izlaznog impulsa lasera. Koristimo osciloskop modela Tektronix TDS3054C, koji ima propusni opseg od 500MHz i brzinu uzorkovanja od 5GS/s, kao što je prikazano na slici 5.3(a). Fotodetektor je od silicijumskog detektora THORLABS DET10A -, čiji je raspon spektralnog odziva 200~1100nm, a vrijeme porasta je 1 ns, kao što je prikazano na slici 5.3(b).
Slika 5.3 Fizički dijagrami osciloskopa i fotodetektora (a) Osciloskopa (b) Fotodetektora
Pustite da laserski puls uđe u fotodetektor i učinite da fotodetektor radi u linearnom opsegu. Podesite osetljivost i brzinu skeniranja osciloskopa tako da se na ekranu osciloskopa pojave dva stabilna talasna oblika laserskog impulsa. Zabilježite vremenski interval t između dva susjedna impulsa i ponovite mjerenje n (n veće ili jednako 10) puta. Izračunajte frekvenciju ponavljanja impulsa f prema formuli (5.1): f=1∑i=1ntin (Hz) f=\\frac{1}{\\frac{\\sum_{i=1}^{n} t_i}{n}} \\ (Hz) f==1ntin (Hz) f=\\frac{1}{\\frac{\\sum_{i=1}^{n} t_i}{n}} \\ (Hz) f{{12}{12}{1∑ tit_iti je vremenski interval između dva susjedna impulsa u i{16}}-tom mjerenju, jedinica: s; n je broj mjerenja.
3. Širina laserskog impulsa
Mjerenje širine impulsa može se odnositi na korake mjerenja frekvencije ponavljanja. Neka laserski puls uđe u fotodetektor, a fotodetektor radi u linearnom opsegu. Talasni oblik vremena pulsa se prikazuje na ekranu osciloskopa. Zabilježite širinu impulsa τi\\tau_iτi u ovom trenutku i ponovite mjerenje n (n veće ili jednako 10) puta. Izračunajte širinu impulsa τ\\tauτ prema formuli (5.2): τ=1n∑i=1nτi (ns) \\tau=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} \\tau_i \\ (ns) τ{{14}}n (ns) τ{{14}i gdje je: τi\\tau_iτi širina impulsa izmjerena u i--tom mjerenju, jedinica: s; n je broj mjerenja.
4. Vršna snaga lasera
Prilikom izračunavanja vršne snage, prvo trebamo izmjeriti prosječnu snagu lasera. Postoje dvije vrste sondi koje se koriste za mjerenje, kao što je prikazano na slici 5.4. Slika (a) je OPHIR 30A - BB - 18 laserski mjerač snage, sa opsegom mjerenja od 10mW~30W i preciznošću mjerenja od 3%. Slika (b) je OPHIR PD300R - UV laserski merač snage, sa opsegom merenja od 20pW~300mW i preciznošću merenja od 10%.
Slika 5.4 Mjerači snage lasera (a) OPHIR 30A-BB-18 Laserski mjerač snage (b) OPHIR PD300R-UV mjerač snage lasera
Tokom merenja, poravnajte sondu laserskog merača snage sa izlaznim snopom lasera, uključite snagu laserskog merača snage, izaberite odgovarajući opseg i kalibrišite njegovu nultu tačku. Izmjerite i zabilježite očitavanje P mjerača snage jednom u određeno vrijeme u skladu sa specifikacijom proizvoda i ponovite mjerenje n (n veće ili jednako 10) puta. Izračunajte prosječnu snagu Pˉ\\bar{P}Pˉ lasera prema formuli (5.3): Pˉ=1n∑i=1npi (W) \\bar{P}=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} p_i \\ (W) Pˉ=n1∑i=1npi (W) gdje je: pip_ipi prosječna snaga dobijena u i--tom mjerenju, jedinica: W; n je broj mjerenja.
Nakon što dobijete prosječnu snagu lasera, izračunajte vršnu snagu PpkP_{pk}Ppk prema formuli (5.4): Ppk=Pˉf⋅τ (W) P_{pk}=\\frac{\\bar{P}}{f \\cdot \\tau} \\ (W)˜Pk Pˉ\\bar{P}Pˉ je prosječna snaga, jedinica: W; f je frekvencija ponavljanja impulsa, jedinica: Hz; τ\\tauτ je širina impulsa, jedinica: ns.
5. Kvalitet zraka
Faktor kvaliteta snopa je predstavljen sa M², a njegova formula za izračunavanje je M2=π4λ⋅d0⋅θ M^2=\\frac{\\pi}{4\\lambda} \\cdot d_0 \\cdot \\theta M2=4λπ⋅d0⋅θ gdje je: d0d_0va širina, d0d_0dwa jedinica nm; θ\\thetaθ je ugao divergencije snopa dalekog polja-, jedinica: mrad; λ\\lambdaλ je talasna dužina lasera, jedinica: μm.
THORLABS BP209 - VIS skenirajući analizator kvaliteta prorezanog zraka koristi se za mjerenjedaleko uvc 222kvalitet laserskog snopa, sa radnim opsegom talasnih dužina od 200~1100nm, koji može da meri kontinuirane i impulsne zrake sa frekvencijom ponavljanja ne manjom od 10Hz. Brzina skeniranja može se postaviti na 2~20Hz, kao što je prikazano na slici 5.5. Analizator snopa za skeniranje ima rotirajući bubanj sa dva ili više para ortogonalnih proreza unutar. Bubanj se rotira oko optičke ose, mijenjajući proreze u smjeru X i Y ispred detektora, tako da prorez za skeniranje prolazi kroz optičku putanju. Na taj način se izmjereni signal snage vezuje za položaj bubnja i proreza, iz kojih se izračunava prečnik snopa d i profil intenziteta.
Slika 5.5 Analizator kvaliteta zraka
Sistem ispitivanja kvalitete zraka prikazan je na slici 5.6. Kontroler pokretne platforme ima tačnost od 3 μm, koji kontroliše dužinu koraka analizatora kvaliteta zraka svaki put da bi se dobio prečnik snopa did_idi na odgovarajućoj poziciji. Zamijenite Z vrijednosti na različitim pozicijama u smjeru prijenosa laserskog snopa i njihove odgovarajuće prečnike tačke u formulu (5.6) da izračunate vrijednosti koeficijenata A, B i C, to jest d2=A+B⋅Z+C⋅Z2 d^2=A + B \\cdot Z + C \\cdot Z^3}Z+2
Slika 5.6 Testni sistem za analizu kvaliteta zraka
Iz vrijednosti koeficijenata A, B i C mogu se izračunati -prečnik bočnog struka objekta d0d_0d0, ugao divergencije snopa θ\\thetaθ i faktor kvaliteta zraka M². Formule proračuna su d0=A−B24C d_0=\\sqrt{A - \\frac{B^2}{4C}} d0=A−4CB2 θ=C \\theta=\\sqrt{C} θ}{17} M^2=\\frac{\\pi}{\\lambda} \\sqrt{A \\cdot C - \\frac{B^2}{4}} M2=λπA⋅C−4B2
5.2 Eksperimentirajte na 222nm čvrstom{2}}laseru
5.2.1 457nm kontinuirani laserski izlaz
Izlazna snaga i kvalitet snopa 457nm kontinuiranog lasera ključni su faktori koji utječu na njegove izlazne performanse impulsa i stjecanjedaleko uv 222laser udvostručavanjem frekvencije ekstrašupljine, za razliku od emerging222nm LEDtehnologije koje nude alternativne daleko{0}}UVC izvore. Prema teorijskim istraživanjima u prethodnim poglavljima, ova postavka optimizira uslove za efikasnodaleko uvc 222nmgeneriranje pomoću metoda u čvrstom{0}} stanju.
