Προοπτικές εφαρμογής του λέιζερ 222 nm στον τομέα της κατασκευής φωτονικών συσκευών 1

Προοπτικές εφαρμογής του λέιζερ 222 nm στον τομέα της κατασκευής φωτονικών συσκευών 1

1.1 Σκοπός και σημασία της έρευνας με λέιζερ στερεάς-Κατάστασης

Επί του παρόντος, στον τομέα της έρευνας με υπεριώδη λέιζερ, τα λέιζερ 266 nm όλα-στερεάς-κατάστασης διατίθενται στο εμπόριο εδώ και πολλά χρόνια και χρησιμοποιούνται ευρέως στην επεξεργασία υλικών και σε άλλες εφαρμογές. Τα υπεριώδη λέιζερ μικρού{4}}μήκους κύματος αντιπροσωπεύουν μια σημαντική κατεύθυνση στην ανάπτυξη λέιζερ. Για το λέιζερ βαθιάς υπεριώδους 222 nm που εισάγεται σε αυτό το βιβλίο, η πρόοδος της έρευνας ήταν σχετικά αργή, αλλά αυτή η ζώνη μήκους κύματος έχει πολύ σημαντικές εφαρμογές στην κατασκευή εθνικής άμυνας και σε μη στρατιωτικούς τομείς.

1. Κατασκευή φωτονικών συσκευών

Παρόλο που τα υπεριώδη λέιζερ 266 nm χρησιμοποιούνται ευρέως στην επεξεργασία υλικών, οι φωτονικές συσκευές όπως οι σχάρες κυματοδηγού Bragg παρουσιάζουν υψηλή απορρόφηση σε ζώνες υπεριώδους ακτινοβολίας κάτω από 250 nm[1−2]^{[1-2]}[1−2]. Επομένως, σε σύγκριση με τη ζώνη των 266 nm, τα βαθιά υπεριώδη λέιζερ 222 nm έχουν πιο σημαντικές προοπτικές εφαρμογής στην παρασκευή φωτονικών συσκευών. Η λάμπα UV 222 nm, με τον ακριβή έλεγχο του μήκους κύματος, ενισχύει περαιτέρω την ακρίβεια κατασκευής σε τέτοιες εφαρμογές.

2. Τεχνολογία φασματοσκοπίας Raman υπεριώδους συντονισμού

Η φασματική γραμμή 222 nm είναι μια σημαντική πηγή βαθιάς υπεριώδους φωτός για την ανίχνευση βιομορίων και εκρηκτικών με φασματοσκοπία υπεριώδους συντονισμού Raman (UVRR). Η διέγερση στα 222 nm μπορεί να προκαλέσει μεταβάσεις στα επίπεδα ενέργειας του συστήματος ηλεκτρονίων π\\piπ μορίων όπως η κυτοσίνη (συστατικό DNA), τα αμινοξέα (συστατικά πρωτεΐνης) και το NO2NO_2NO2​ (ένα εκρηκτικό συστατικό), αυξάνοντας έτσι την ένταση Raman[3]^{[3]}[3]. Η κυτοσίνη παίζει καθοριστικό ρόλο στη μεθυλίωση του DNA, έναν επιγενετικό μηχανισμό που ρυθμίζει την έκφραση των γονιδίων και η απορρύθμισή της μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές ασθένειες. Το 2020, ο Francesco D'Amico et al. από την Ιταλία[4]^{[4]}[4] χρησιμοποίησε σπέρμα σολομού και μη εμπορικές κυτταρικές σειρές μελανώματος ποντικού B16 ως πηγές δείγματος, χρησιμοποιώντας ζώνες 272 nm, 260 nm, 250 nm και 222 nm ως μετρήσεις υπεριώδους μήκους κύματος διέγερσης στις μετρήσεις μήκους κύματος Ramason τριφωσφορικά δεοξυνουκλεοτίδια (dNTPs), μίγματα dNTP και δείγματα γονιδιωματικού DNA. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι μεταξύ των βάσεων DNA, το μήκος κύματος διέγερσης 222 nm είναι το πλέον κατάλληλο για την ενίσχυση των σημάτων κυτοσίνης. Κάτω από αυτό το μήκος κύματος διέγερσης, μετρήσεις υπεριώδους Raman σε υπερμεθυλιωμένο και υπομεθυλιωμένο DNA από κυτταρικές σειρές Τ{25}}λευχαιμίας Jurkat αποκάλυψαν σημαντικές φασματικές διαφορές στο DNA που απομονώθηκε από σπέρμα σολομού και κύτταρα Β16 μελανώματος ποντικού. Οι Judy E. Kim et al. από τις Ηνωμένες Πολιτείες[5−6]^{[5-6]}[5−6] χρησιμοποίησε την τέταρτη αρμονική ενός λέιζερ ζαφείρι για να δημιουργήσει λέιζερ 222 nm με μέση ισχύ 6 mW ως πηγή φωτός UVRR για να ανιχνεύσει τρόπους δόνησης τρυπτοφάνης σε διπλωμένες και ξεδιπλωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης. Η διαμίνη τριυπεροξειδίου του εξαμεθυλενίου (HMTD) είναι ένα εκρηκτικό με βάση το υπεροξείδιο-που μπορεί εύκολα να κατασκευαστεί από οικιακές χημικές ουσίες. Η ανίχνευση αυτού του μορίου υψηλής{50}ενέργειας είναι πρόκληση λόγω της έλλειψης σύγχρονου εξοπλισμού ανίχνευσης που στοχεύει τη χαρακτηριστική λειτουργική ομάδα NO2NO_2NO2​. Οι Brian S. Leigh et al. από τις Ηνωμένες Πολιτείες[7]^{[7]}[7] χρησιμοποίησε την τέταρτη αρμονική ενός λέιζερ ζαφείρι για την παραγωγή λέιζερ επιπέδου mW 222 nm ως πηγή φωτός UVRR, επιδεικνύοντας τα χαρακτηριστικά των προϊόντων φωτοαποικοδόμησης HMTD. Επιπλέον, το UVC LED 222 nm προσφέρει μια συμπαγή εναλλακτική λύση για παρόμοιες φασματοσκοπικές εφαρμογές με βελτιωμένη φορητότητα.

3. Αποστείρωση και Απολύμανση

Στην απενεργοποίηση βακτηρίων και ιών, σε σύγκριση με το τυπικό υπεριώδες φως βάθους 254 nm, το υπεριώδες φως της ζώνης 200–230 nm μπορεί να απενεργοποιήσει βακτήρια, ιούς γρίπης στον αέρα και παθογόνα όπως το SARS-CoV-2, ενώ δεν προκαλεί σχεδόν καμία ζημιά στον άνθρωπο κελιά[8−11]^{[8-11]}[8−11]. Στην μακρινή ζώνη υπεριώδους ακτινοβολίας (200–230 nm), οι λαμπτήρες excimer διεθνώς εκπέμπουν συνήθως φως με μήκος κύματος αιχμής 222 nm και εκτεταμένη έρευνα έχει αποδείξει την αντιβακτηριακή τους απόδοση, με τις αρχικές εφαρμογές σε χρήση. Οι πηγές φωτός λέιζερ επιτρέπουν τη μετάδοση{19}}σε μεγάλες αποστάσεις, αντισταθμίζοντας τις ελλείψεις των λαμπτήρων excimer στην απομακρυσμένη αποστείρωση και απολύμανση. Ο λαμπτήρας UV 222 nm, για παράδειγμα, παρέχει μια αξιόπιστη επιλογή μη-λέιζερ σε τοπικές ρυθμίσεις, ενώ τα συστήματα 222 nm που βασίζονται σε λέιζερ υπερέχουν στην ακρίβεια. Επιπλέον, τα βαθιά υπεριώδη λέιζερ 222 nm έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής σε τομείς όπως η βιοφωτονική απεικόνιση, η αποθήκευση οπτικών πληροφοριών, η περιβαλλοντική ανίχνευση και η φωτοεκτύπωση. Το UVC LED 222 nm αναδεικνύεται επίσης ως ενεργειακά αποδοτικό εργαλείο για ενσωματωμένες μονάδες απολύμανσης.

Επί του παρόντος, τα λέιζερ που μπορούν να παράγουν υπεριώδες φως περιλαμβάνουν λέιζερ excimer, λέιζερ που παράγονται από αρμονικές υψηλής{0}}τάξης αερίου και τεχνικές ανάμειξης τεσσάρων-κυμάτων, λέιζερ ελεύθερων-ηλεκτρονίων και λέιζερ στερεάς-κατάστασης. Τα λέιζερ Excimer μπορούν να επιτύχουν έξοδο υπεριώδους λέιζερ υψηλής μέσης ισχύος και υψηλής παλμικής ενέργειας, αλλά λόγω της εγκάρσιας λειτουργίας εκκένωσης αερίου, υποφέρουν από κακή ποιότητα δέσμης, χαμηλή σταθερότητα και πολύ μικρή συντονιζόμενη εμβέλεια. Επιπλέον, έχουν μειονεκτήματα όπως πολύπλοκη τεχνολογία, τοξικά αέρια και περιορισμένη διάρκεια ζωής ενός-αερίου, γεγονός που τα καθιστά δύσκολο για πρακτική χρήση. Τα βαθιά υπεριώδη λέιζερ που παράγονται από αρμονικές υψηλής-τάξης αερίου και τεχνικές ανάμειξης τεσσάρων-κυμάτων μπορούν να δημιουργήσουν μικρότερα μήκη κύματος, αλλά η απόδοση εξόδου τους είναι πολύ χαμηλή, η ενέργεια εξόδου είναι μικρή και η ποιότητα της δέσμης είναι κακή, επομένως δεν έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως. Τα λέιζερ ηλεκτρονίων χωρίς{10}βαθιά υπεριώδη ακτινοβολία είναι μια νέα γενιά πηγών λέιζερ με εξαιρετικά χαρακτηριστικά εξόδου, με πλεονεκτήματα όπως ένα ευρύ ρυθμιζόμενο εύρος μήκους κύματος εξόδου και υψηλή ισχύ, αλλά είναι μεγάλα σε μέγεθος, υψηλό κόστος και η τεχνολογία δεν είναι ακόμη ώριμη[12]^{[12]}[12]. Επί του παρόντος, η έξοδος λέιζερ ζώνης 222 nm επιτυγχάνεται τυπικά με μετατροπή τετραπλής συχνότητας της γραμμής λέιζερ 0,9 μm από Ti:sapphire[5,13−16]^{[5,13-16]}[5,13−16], με μέση ισχύ εξόδου περίπου 10 mW συχνότητα επανάληψης[1,14]^ kHz, που χρησιμοποιείται κυρίως για την ανίχνευση με φασματοσκοπία Raman βιομορίων[1−5]^{[1-5]}[1−5] και εκρηκτικών[7]^{[7]}[7]. Ωστόσο, η πηγή αντλίας για τα λέιζερ Ti:sapphire λαμβάνεται συνήθως μέσω του διπλασιασμού συχνότητας των λέιζερ με πρόσμιξη Nd{{{{{{{3+}3+-, καθιστώντας τη συνολική δομή του λέιζερ πολύπλοκη, μεγάλη σε όγκο και ακριβή.

Με την ωρίμανση της τεχνολογίας LD, ο συνδυασμός λέιζερ LD-άντλησης στερεάς-κατάστασης με μη γραμμική τεχνολογία μετατροπής οπτικής συχνότητας μπορεί να αποδώσει όλα τα λέιζερ υπεριώδους-στερεάς{{3} κατάστασης με πλεονεκτήματα όπως υψηλή απόδοση, ποιότητα υψηλής δέσμης, υψηλή συχνότητα απλής επανάληψης σε μια συμπαγή δομή, αξιόπιστη απόδοση. χρόνια. Για λέιζερ μεσαίου κέρδους με άκρο LD-άντλησης Nd3+^{3+}3+-με πρόσμιξη, η μετατροπή τετραπλής συχνότητας της γραμμής 1,064 μm στο σύστημα τεσσάρων{10}}επιπέδων σε υπεριώδη λέιζερ 266 nm έχει μελετηθεί και εμπορευτεί εκτενώς για πολλά χρόνια Ωστόσο, η έρευνα για τη μετατροπή τετραπλής συχνότητας της γραμμής των 0,9 μm στο σχεδόν-σύστημα τριών-επιπέδων για τη λήψη λέιζερ υπεριώδους μικρότερου μήκους κύματος-είναι σπάνια. Μεταξύ των κρυστάλλων Nd{{3+}3+-ντοπαρισμένων κρυστάλλων λέιζερ, οι κρύσταλλοι Nd:YVO4_44​ έχουν ευρεία ζώνη απορρόφησης κοντά στα 808 nm, απορροφώντας πλήρως το φως της αντλίας εντός του φασματικού εύρους εκπομπής LD, καθιστώντας τους ιδιαίτερα κατάλληλους ως μέσα απολαβής για όλα τα μέσα απολαβής για όλα τα επίπεδα. Επιπλέον, οι κρύσταλλοι Nd:YVO4_44​ έχουν σκληρότητα κοντά στο γυαλί, δεν είναι επιρρεπείς σε λιποδιάλυση και είναι εύκολο να επεξεργαστούν και να επικαλυφθούν. Ως εκ τούτου, αυτό το βιβλίο σχεδιάζει να διεξαγάγει έρευνα σχετικά με το σύστημα LD end-αντλούμενου Nd:YVO4_44​ σχεδόν-τριών-επιπέδων στη ζώνη 914 nm σε συνδυασμό με τεχνολογία μη γραμμικής μετατροπής οπτικής συχνότητας για την απόκτηση βαθιάς υπεριώδους ακτινοβολίας 222 nm, αλλά όχι μόνο σημασία αλλά και καλές προοπτικές κοινωνικών και οικονομικών οφελών. Η ενσωμάτωση τεχνολογιών λαμπτήρων UV 222 nm θα μπορούσε να γεφυρώσει περαιτέρω τα κενά στα υβριδικά συστήματα.

1.2 Ιστορικό ανάπτυξης των λέιζερ LD-αντλητικού στερεού-κατάστασης

Το 1958, οι C. Townes και A. Schawlow από τα Bell Laboratories δημοσίευσαν την πρώτη κλασική εργασία για τα λέιζερ[17]^{[17]}[17], θέτοντας τα θεμέλια για την ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ. Το 1960, ο T. Maiman από την Hughes Corporation στις Ηνωμένες Πολιτείες μετέτρεψε το λέιζερ από θεωρητική ιδέα στην πραγματικότητα, εφευρίσκοντας το πρώτο ρουμπινί λέιζερ στον κόσμο[18]^{[18]}[18]. Αυτό το λέιζερ χρησιμοποίησε μια σπειροειδή λάμπα λάμψης ως πηγή αντλίας, Cr{{{3+}3+-επενδυμένο κρύσταλλο ρουμπίνι ως υλικό εργασίας, με παράλληλες μπροστινές και πίσω ακραίες επιφάνειες του κρυστάλλου ρουμπινιού από ασήμι-επιμεταλλωμένη ως οπτικό αντηχείο, επιτυγχάνοντας μήκος λέιζερ 694. Ο Maiman ονόμασε το Laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Laser). Το 1962, Αμερικανοί ερευνητές ανέπτυξαν με επιτυχία το λέιζερ ημιαγωγών GaAs, το πρώτο-λέιζερ ημιαγωγών[19−20]^{[19-20]}[19−20]. Το 1963, ο R. Newman χρησιμοποίησε μια δίοδο λέιζερ GaAs για να αντλήσει πειραματικά το μέσο Nd:CaWO4_44, ανακαλύπτοντας ότι το φως των 880 nm που εκπέμπεται από τη δίοδο GaAs μπορούσε να απορροφηθεί από το μέσο λέιζερ Nd:CaWO4_44 και να ανιχνεύσει έξοδο φθορισμού 1064 μπάντα[21]^{[21]}[21]. Ως εκ τούτου, ο R. Newman πρότεινε την έννοια των λέιζερ υψηλής{40}}απόδοσης, συμπαγούς LD-αντλούμενου στερεού (όλα-στερεής-κατάστασης). Από τότε, τα λέιζερ LD-αντλούμενης στερεάς κατάστασης-μπήκαν στην περίοδο ανάπτυξης. Το 1964, οι Keyes and Quist από το MIT Lincoln Laboratory στις Ηνωμένες Πολιτείες[22]^{[22]}[22] πραγματοποίησαν επιτυχώς αυτήν την ιδέα, αναπτύσσοντας το πρώτο λέιζερ LD-αντλούμενης στερεάς κατάστασης-με χρήση U{{53}^{3+}{{55}​2: λέιζερ σε μήκος κύματος 2.613 μm. Αν και αυτό το λέιζερ είχε υψηλό κατώφλι και πολύ χαμηλή ισχύ λέιζερ εξόδου, οι ερευνητές ήδη αναγνώρισαν ότι η χρήση του LD ως πηγής αντλίας ήταν πιο αποτελεσματική από τους παραδοσιακούς φλας. Το 1968, ο Ross από την McDonnell Douglas Corporation[23]^{[23]}[23] ψύξε ένα GaAs LD στα 170 K για να ταιριάζει με το μήκος κύματος εκπομπής LD (867 nm) με μια κορυφή απορρόφησης Nd:YAG, αναπτύσσοντας τον πρώτο LD-pumer LD-YAG.

Στη δεκαετία του 1970, λόγω της έλλειψης καινοτομιών στην τεχνολογία λέιζερ ημιαγωγών, η χαμηλή ισχύς, η χαμηλή απόδοση μετατροπής και η ανάγκη για λειτουργία χαμηλής-θερμοκρασίας περιόρισε σοβαρά την ανάπτυξη της τεχνολογίας λέιζερ στερεάς κατάστασης LD-άντλησης στερεάς κατάστασης-. Το 1971, οι Ostermayer et al. Αυτό το ερευνητικό αποτέλεσμα έφερε την αυγή στην ανάπτυξη λέιζερ LD-αντλούμενης στερεάς κατάστασης-. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι ερευνητές διεξήγαγαν κυρίως έρευνα τεχνολογίας λέιζερ με κρυστάλλους Nd:YAG ως μέσο κέρδους. Επιπρόσθετα, διερευνήθηκαν νέα υλικά απολαβής λέιζερ{20}}αντλούμενης στερεάς κατάστασης-, συνήθως συμπεριλαμβανομένων των NdP5_55​O_14} και LiNdP4_44​O12_121​2, καθώς και μέσων εμποτισμένα με Yb, Tm και Ho. Το 1972, ο Barnes[26]^{[26]}[26] καθιέρωσε για πρώτη φορά ένα μοντέλο δομής πλευρικής-άντλησης και πρότεινε κατά προσέγγιση εκφράσεις για την ισχύ κατωφλίου και την απόδοση κλίσης. Οι Reno και Conant[27]^{[27]}[27] χρησιμοποίησαν LD side-άντληση κρυστάλλων Nd:YAG για να επιτύχουν 120 mW απόδοσης λέιζερ 1064 nm με απόδοση κλίσης 6%. Το 1973, ο Rosenkrant[28]^{[28]}[28] δημοσίευσε το πρώτο άρθρο σχετικά με τα λέιζερ παλμικής-στερεάς{{51} κατάστασης και ανέπτυξε λεπτομερώς την έκφραση οριακής ισχύος, δείχνοντας ότι τα θεωρητικά και τα πειραματικά αποτελέσματα ήταν συνεπή. Οι Chesler και Singh[29]^{[29]}[29] καθιέρωσαν ένα θεωρητικό μοντέλο άντλησης LD end-και διεξήγαγαν σχετικά πειράματα. Το 1976, οι Iwamoto et al.[30−31]^{[30{-31]}[30−31] χρησιμοποίησαν διόδους υπερφωταύγειας (SLD) για την άντληση Nd:YAG, επιτυγχάνοντας πραγματικά όλα τα-στερεά-λέιζερ με δυνατότητα συνεχούς λειτουργίας σε θερμοκρασία δωματίου. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, μια άλλη κατεύθυνση όλων των-λέιζερ λέιζερ στερεάς κατάστασης-λέιζερ ινών-είχε επίσης κάποια πρόοδο. Το 1974, οι Stone and Burrus από τα Bell Laboratories[32]^{[32]}[32] δημοσίευσαν για πρώτη φορά ένα άκρο διόδου λέιζερ-άντλησης Nd3+^{3+}3+-εντόπισαν λέιζερ ινών Si, χρησιμοποιώντας μια ίνα με συνεχή διάμετρο πυρήνα 35 μm συνεχούς λειτουργίας 35 μm όχι περισσότερο από 1 mW. Αμέσως μετά, ανέπτυξαν με επιτυχία μια δίοδο εκπομπής φωτός-αντλούμενη Nd:YAG μονής-λέιζερ ινών κρυστάλλων[33]^{[33]}[33]. Τα περισσότερα πειράματα κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου διεξήχθησαν σε χαμηλές ή κοντά σε Η ερευνητική εργασία σε αυτό το στάδιο επικεντρώθηκε κυρίως σε τρεις πτυχές: λέιζερ Nd:YAG, εξερεύνηση νέων μέσων απολαβής και λέιζερ κυματοδηγών. το συνολικό επίπεδο ανάπτυξης των λέιζερ πλήρως στερεάς κατάστασης ήταν ακόμα σχετικά χαμηλό, στη φάση εκκίνησης.

Στη δεκαετία του 1980, με συνεχείς ανακαλύψεις σε βασικές τεχνολογίες λέιζερ ημιαγωγών, όλα τα λέιζερ-στερεάς- κατάστασης εισήλθαν σε μια περίοδο έντονης ανάπτυξης. Με την ωρίμανση των τεχνολογιών επιταξιακής ανάπτυξης, συμπεριλαμβανομένης της επιταξίας μοριακής δέσμης (MBE), της εναπόθεσης μεταλλικών οργανικών χημικών ατμών (MOCVD) και της επιταξίας χημικής δέσμης (CBE), νέες δομές και υλικά όπως τα κβαντικά φρεάτια (QW) και τα τεντωμένα-κβαντικά φρεάτια στιβάδας που αναδύονται σημαντικά (SLQW) αυξάνοντας την απόδοση μετατροπής, αυξάνοντας την ισχύ εξόδου από τα επίπεδα milliwatt σε σχεδόν εκατό watt και αυξάνοντας σημαντικά τη διάρκεια ζωής. Η έρευνα σε όλα τα-λέιζερ-στερεής κατάστασης κάλυψε σχεδόν όλες τις πτυχές της τεχνολογίας λέιζερ, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης νέων υλικών λέιζερ στερεάς-κατάστασης και τεχνολογιών μη γραμμικής μετατροπής οπτικής συχνότητας. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν διαφορετικά μέσα απολαβής όπως Nd:YLF, Nd:YVO4_44​ και Nd:YAG (ράβδος και πλάκα), σε συνδυασμό με την τεχνολογία μεταγωγής Q{12}}, για να επιτύχουν μέγιστη ισχύ παλμικών λέιζερ 1,06 μm που υπερβαίνουν τις δεκάδες κιλοβάτ. Επιπλέον, διεξήχθη έρευνα σε λέιζερ με ιόντα όπως Ho, Tm3+^{{{3+}3+ και Er3+^{3+}3+, λαμβάνοντας έξοδο λέιζερ στις ζώνες 2 μm και 2,82 μm. Στον τομέα της μη γραμμικής μετατροπής οπτικής συχνότητας, κυρίως η δεύτερη αρμονική γενιά 1064 nm/946 nm Nd:YAG παρήγαγε πράσινο φως 532 nm και μπλε φως 473 nm. Το 1987, ο Hanson[34]^{[34]}[34] χρησιμοποίησε την LD side-αντλητική δομή Nd:YAG για να αποκτήσει παλμικό λέιζερ 1064 nm, και στη συνέχεια τοποθέτησε διπλασιαστικό κρύσταλλο KTP μέσα στην κοιλότητα για να επιτύχει έξοδο πράσινου φωτός 532 nm με μέγιστη ισχύ Kokozlovsky 3 W. al.[35]^{[35]}[35] χρησιμοποίησε τεχνολογία διπλασιασμού κρυστάλλου MgO:Li και συντονισμού εξωτερικής κοιλότητας για να επιτύχει έξοδο πράσινου φωτός μονής-διαμήκους-λειτουργίας 532 nm 2 mW. Το 1987, οι Fan και Byer[36]^{[36]}[36] πρότειναν τη σχεδόν-θεωρία συστημάτων τριών-επιπέδων και χρησιμοποίησαν πειραματικά LD-αντλούμενη μονή κρυσταλλική ίνα{-κρυστάλλου Nd:YAG για να επιτύχουν 946 nm ακτινοβολίας pre3 nm από το μπλε λέιζερ διπλασιασμός της ενδοκοιλίας. Οι Risk et al.[37]^{[37]}[37] χρησιμοποίησαν το LiIO3_33​ ως κρύσταλλο διπλασιασμού για να επιτύχουν έξοδο λέιζερ 473 nm μέσω διπλασιασμού ενδοκοιλίας. Η ανάπτυξη όλων των λέιζερ ινών-στερεάς-κατάστασης ήταν σχετικά αργή σε αυτό το στάδιο.

Από τη δεκαετία του 1990 έως σήμερα, με τα λέιζερ ημιαγωγών να γίνονται όλο και πιο ώριμα, τα λέιζερ LD-αντλησης στερεών-κατάστασης έχουν εισέλθει σε μια φάση ταχείας ανάπτυξης, κινούμενοι προς τη σμίκρυνση, τις κατευθύνσεις υψηλής ισχύος και πολλαπλών μήκους κύματος, μεταβαίνοντας στην πρακτική εφαρμογή και την παραδοσιακή εκβιομηχάνιση, σταδιακά. λέιζερ στερεάς-κατάστασης. Μεταξύ αυτών, τα λέιζερ μικρογραφίας και μεσαίας ισχύος στερεάς-κατάστασης συνήθως χρησιμοποιούν άκρο-άντληση για να επιτύχουν υψηλότερη ποιότητα δέσμης και απόδοση λέιζερ υψηλότερης απόδοσης μετατροπής. Οι τεχνολογίες για την επίτευξη λέιζερ{11}}ολικής{12}}στερεάς{13}} υψηλής ισχύος συνήθως περιλαμβάνουν λέιζερ πολλαπλών-ράβδων Nd:YAG ή Yb:YAG, λέιζερ πλακών και δίσκων, λέιζερ με κύριο ταλαντωτή ενισχυτή ισχύος (MOPA) και Yb3+^{3+}3+-επενδυμένα διπλά-λέιζερ ινών. Επί του παρόντος, η μέση ισχύς εξόδου λέιζερ υψηλής{20}ισχύος φτάνει τα δέκα-κιλοβάτ, με τις εφαρμογές να επεκτείνονται από τη βιομηχανική επεξεργασία στα όπλα λέιζερ και την ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη. Εν τω μεταξύ, με την εμφάνιση-μη γραμμικών κρυστάλλων υψηλής ποιότητας, συμπεριλαμβανομένων των LBO, BBO, BiBO και CLBO, ο συνδυασμός-όλα τα λέιζερ υψηλής απόδοσης-στερεάς{26} κατάστασης με τη μη γραμμική τεχνολογία μετατροπής οπτικού μήκους συχνότητας{27} διεύρυνε το εύρος της εφαρμογής κύματος λέιζερ στερεάς-κατάστασης. Επί του παρόντος, η ανάπτυξη λέιζερ-λεϊζερ στερεάς-κόκκινης, πράσινης και μπλε κατάστασης είναι σχετικά ώριμη, χρησιμοποιείται ευρέως σε πεδία αποθήκευσης λέιζερ, ιατρικής, ανίχνευσης ωκεανών και υψηλής{32}}πυκνότητας. Για τη λήψη υπεριώδους φωτός μέσω τεχνολογίας μη γραμμικής μετατροπής συχνότητας, αν και τα λέιζερ υπεριώδους ζώνης 266 nm και 355 nm έχουν κυκλοφορήσει στο εμπόριο όλα τα λέιζερ στερεάς-κατάστασης, αντικαθιστώντας τα λέιζερ excimer σε ορισμένα πεδία εφαρμογών, τα λέιζερ μικρού μήκους κύματος χρειάζεται ακόμη περαιτέρω ανάπτυξη. Συμπληρωματικά εργαλεία, όπως ο λαμπτήρας υπεριώδους ακτινοβολίας 222 nm, υποστηρίζουν ευρύτερη εφαρμογή σε μη{43}}πλαίσια λέιζερ.

1.3 Πρόοδος έρευνας σχετικά με τα λέιζερ LD-άντλησης βαθιάς υπεριώδους στερεάς-κατάστασης

Τα βαθιά υπεριώδη λέιζερ, λόγω του μικρού τους μήκους κύματος (συνήθως αναφέρονται στη ζώνη UVC κάτω από 280 nm), της υψηλής ενέργειας ενός φωτονίου και των χαμηλών θερμικών επιδράσεων, έχουν μοναδικά αναντικατάστατα πλεονεκτήματα σε εφαρμογές όπως η ανάλυση φασματοσκοπίας Raman, η αποθήκευση οπτικών δεδομένων, η φασματοσκοπία υψηλής ανάλυσης πεδία[38−53]^{[38-53]}[38−53]. Ο συνδυασμός όλων των{10}}λέιζερ-στερεάς{11}}κατάστασης με την τεχνολογία μετατροπής μη γραμμικής οπτικής συχνότητας είναι επί του παρόντος η πιο κοινή μέθοδος για την απόκτηση όλης της εξόδου υπεριώδους λέιζερ{12}}στερεάς{14}}κατάστασης. Έχει τα ίδια πλεονεκτήματα με όλα τα-λέιζερ στερεάς κατάστασης-, όπως μικρό μέγεθος, μικρό βάρος, υψηλή απόδοση, σταθερή απόδοση, καλή αξιοπιστία, μεγάλη διάρκεια ζωής, εύκολη λειτουργία, ευέλικτη λειτουργία, εύκολη ευφυΐα και χωρίς ρύπανση, καθιστώντας το μια από τις πιο πιθανές πηγές λέιζερ νέας{{18} γενιάς. Λόγω των μοναδικών πλεονεκτημάτων και των ευρειών προοπτικών εφαρμογής όλων των-στερεών-λέιζερ βαθιάς υπεριώδους κατάστασης, οι χώρες σε όλο τον κόσμο έχουν επενδύσει σημαντικό ανθρώπινο δυναμικό και οικονομικούς πόρους στην έρευνα. Ερευνητές από διάφορες χώρες έχουν εξερευνήσει εκτενώς την απόδοση λέιζερ κάτω από διαφορετικούς τύπους μέσων λέιζερ (ράβδος, λεπτός δίσκος, κεραμικά και ίνες), διαφορετικές δομές κοιλότητας και διαφορετικούς μη γραμμικούς κρυστάλλους, επιτυγχάνοντας πολλά εποικοδομητικά αποτελέσματα. Τα παρακάτω συνοψίζουν τα ταξινομημένα τους από διαφορετικά μέσα απολαβής ντοπαρίσματος και συστήματα στάθμης ενέργειας λέιζερ. Ο Πίνακας 1.1 και ο Πίνακας 1.2 παραθέτουν την πρόοδο της έρευνας για τα λέιζερ βαθιάς υπεριώδους στερεάς κατάστασης που ελήφθησαν από το σύστημα τεσσάρων επιπέδων ζώνης 1,06 μm και οιονεί{29}}συστήματος τριών-συστήματος 0,9 μm ζώνης Nd{{32}^ αντίστοιχα. Ο Πίνακας 1.3 παραθέτει την πρόοδο της έρευνας σχετικά με τα βαθιά υπεριώδη λέιζερ στερεάς κατάστασης που ελήφθησαν με συνδυασμό Yb3+^{{3+}3+-λέιζερ πολυμέσων με πρόσμειξη με μη γραμμική τεχνολογία μετατροπής οπτικής συχνότητας.

Πίνακας 1.1 Έρευνα για την πρόοδο της έρευνας σε λέιζερ βαθιάς υπεριώδους στερεάς-κατάστασης με Nd3+^{3+}3+-Μέσα απολαβής με πρόσμειξη σε συστήματα τεσσάρων-επιπέδων

Πίνακας 1.2 Έρευνα για την πρόοδο της έρευνας στα βαθιάς υπεριώδους στερεάς-λέιζερ κατάστασης με Nd3+^{3+}3+-Παρουσιασμένο μέσο κέρδους σε συστήματα σχεδόν-τριών-επιπέδων

Πίνακας 1.3 Έρευνα για την πρόοδο της έρευνας στα βαθιάς υπεριώδους στερεά-λέιζερ κατάστασης με Yb3+^{3+}3+-Μέσα απολαβής με πρόσμειξη

Από την περίληψη της βιβλιογραφίας στον Πίνακα 1.1, τα λέιζερ βαθιάς υπεριώδους στερεάς κατάστασης-με Nd3+^{3+}3+-ενσωματωμένο μέσο κέρδους σε συστήματα τεσσάρων-επιπέδων λαμβάνουν κυρίως υπεριώδες φως βάθους 266 nm και 213 nm μέσω πολλαπλών μετατροπών συχνότητας 4 μ20m6 laser του 1. Τα λέιζερ έχουν μελετηθεί εκτενώς και έχουν επιτύχει υψηλά επίπεδα.