Πειραματική μελέτη σε Deep Utraviolet 222 nm All-Solid-State Laser
Τα προηγούμενα κεφάλαια πρότειναν ένα τεχνικό σχήμα για την απόκτηση ενός λέιζερ βαθιάς υπεριώδους 222 nm όλο-στερεάς-κατάστασης και διεξήγαγαν λεπτομερή ανάλυση και συζήτηση των εσωτερικών παραμέτρων. Αυτό το κεφάλαιο κατασκευάζει πειράματα με βάση το παραπάνω τεχνικό σχήμα. Αρχικά, πραγματοποιούνται πειράματα βελτιστοποίησης ενός λέιζερ συνεχούς- κύματος 457 nm. Υπό την προϋπόθεση της απόκτησης υψηλότερης ισχύος και καλύτερης ποιότητας δέσμης στα 457 nm, προσδιορίζονται το μέγεθος της κηλίδας της αντλίας και τα μήκη των βραχιόνων του συντονιστή. Στη συνέχεια, εκτελούνται πειράματα παλμικού λέιζερ 457 nm με ακουστικό{10}}οπτικό Q{11}}με διακόπτη για να ληφθεί η συχνότητα διαμόρφωσης που αποδίδει την υψηλότερη μέγιστη ισχύ της παλμικής εξόδου 457 nm. Τέλος, επιλέγοντας την κατάλληλη εστιακή απόσταση για τον φακό εστίασης 457 nm, το κατάλληλο μήκος κρυστάλλου BBO και τη θέση τοποθέτησής του, επιδιώκεται ένα υψηλής απόδοσης και συμπαγές λέιζερ 222 nm.
5.1 Πειραματικό σχήμα του λέιζερ 222 nm All-Solid-State Laser
5.1.1 Πειραματική ρύθμιση του συστήματος λέιζερ
Η πειραματική ρύθμιση του υπεριώδους λέιζερ βάθους 222 nm φαίνεται στο Σχήμα 5.1. Υιοθετεί ένα διπλωμένο αντηχείο σε σχήμα V-με ενδοκοιλιακή δεύτερη-αρμονική γενιά (SHG) και εξωκοιλιακή τέταρτη-αρμονική γενιά (FHG). Η πηγή αντλίας είναι μια συστοιχία διόδων λέιζερ συζευγμένων ινών με μέγιστη ισχύ εξόδου 110 W. Με ρύθμιση θερμοκρασίας, το κεντρικό μήκος κύματος του φωτός της αντλίας ευθυγραμμίζεται με το κεντρικό μήκος κύματος απορρόφησης του Nd:YVO4. Αφού περάσει από ένα σύστημα ευθυγράμμισης και εστίασης, το φως της αντλίας εστιάζεται σε ένα σημείο με ακτίνα 200 μm και εγχέεται στον κρύσταλλο Nd:YVO4. Το σύστημα σύζευξης αποτελείται από δύο επίπεδο-κυρτούς φακούς με ακτίνα καμπυλότητας R=10 mm και έναν πολωτή 45 μοιρών.
Ο κρύσταλλος Nd:YVO4 έχει συγκέντρωση ντόπινγκ Nd3+ 0,1 at.%, με διαστάσεις 4 mm x 4 mm x 5 mm. Η αριστερή ακραία όψη είναι επικαλυμμένη με αντι-ανακλαστικές επικαλύψεις στα 808 nm και 1064 nm και με επίστρωση υψηλής-ανακλάσεως στα 914 nm. Η δεξιά ακραία όψη είναι επικαλυμμένη με αντιανακλαστικές επιστρώσεις στα 914 nm, 1064 nm και 1342 nm. Ο κρύσταλλος λέιζερ τυλίγεται με φύλλο ινδίου στις πλευρικές του όψεις και τοποθετείται σε χάλκινη ψύκτρα που ψύχεται από ψύκτη νερού που κυκλοφορεί. Για να εξασφαλιστεί επαρκής απαγωγή θερμότητας, και οι τέσσερις πλευρικές όψεις του κρυστάλλου πρέπει να βρίσκονται σε πλήρη θερμική επαφή με τη ροή του νερού ψύξης.
Ένα επίπεδο-κοίλο κάτοπτρο M με ακτίνα καμπυλότητας 50 mm χρησιμεύει ως συζεύκτης εξόδου. Η κοίλη επιφάνειά του είναι επικαλυμμένη με υψηλή-αντανάκλαση στα 914 nm και αντι-ανακλάση στα 457 nm, 1064 nm και 1342 nm. η επίπεδη επιφάνεια είναι επικαλυμμένη με αντι-ανακλαστικές επικαλύψεις στα 457 nm, 914 nm, 1064 nm και 1342 nm. Ένας επίπεδος καθρέφτης M2 με ακτίνα καμπυλότητας 200 mm λειτουργεί ως αναδιπλούμενος καθρέφτης, επικαλυμμένος με υψηλή{16}}αντανάκλαση στα 457 nm και 914 nm. Η αριστερή ακραία όψη του κρυστάλλου Nd:YVO4 (M1), του καθρέφτη M και του καθρέφτη M2 σχηματίζουν ένα αντηχείο σε σχήμα V με περιλαμβανόμενη γωνία ≈ 10 μοίρες.
Ένας ακουστικός-οπτικός διακόπτης Q- εισάγεται στον μακρύ βραχίονα L1 που σχηματίζεται από τα M1 και M. Ένας κρύσταλλος LBO για δεύτερη αρμονική παραγωγή τοποθετείται στον βραχίονα που σχηματίζεται από M και M2, τοποθετημένος περίπου 1 mm από τον αναδιπλούμενο καθρέφτη M2. Ο κρύσταλλος LBO έχει διαστάσεις 4 mm × 4 mm × 15 mm, με τις δύο ακραίες όψεις να είναι επικαλυμμένες με αντιανακλαστικές επιστρώσεις στα 457 nm, 914 nm και 1064 nm.
Το βασικό μήκος κύματος που ταλαντώνεται στον συντονιστή είναι 914 nm. Μετά τον διπλασιασμό συχνότητας στον κρύσταλλο LBO, φως 457 nm ταλαντώνεται στον βραχίονα και εξέρχεται μέσω του επίπεδου-κοίλου καθρέφτη M. Ο M3 είναι ένας φακός εστίασης για 457 nm, επικαλυμμένος με αντιανακλαστική επίστρωση στα 457 nm. Ένας κρύσταλλος BBO για τέταρτη-αρμονική παραγωγή τοποθετείται κοντά στην εστίαση, με τις δύο ακραίες όψεις να είναι επικαλυμμένες με αντιανακλαστικές επικαλύψεις στα 457 nm και 222 nm. Το υπεριώδες λέιζερ των 222 nm δημιουργείται με διπλασιασμό συχνότητας στον κρύσταλλο BBO και διαχωρίζεται από το υπολειπόμενο φως των 457 nm με ένα διχρωμικό πρίσμα Μ4.
Εικόνα 5.1Πειραματική ρύθμιση του υπεριώδους λέιζερ βάθους 222 nm 1-Σύστημα οπτικής σύζευξης. 2-Μονάδα ψύκτρας από χαλκό με τυλιγμένο κρύσταλλο Nd:YVO4. 3-Acousto-optic Q-switch; 4-Κάτοπτρο εξόδου M; Μονάδα κρυστάλλου 5-LBO. 6-Πτυσσόμενος καθρέφτης M2; Φακός εστίασης 7-457 nm M3; 8-BBO κρύσταλλο? 9-Διχρωμικό διαχωριστικό πρίσμα.
5.1.2 Μέθοδοι μέτρησης παραμέτρων λέιζερ
Μήκος κύματος λέιζερΤο μήκος κύματος εξόδου μετράται χρησιμοποιώντας ένα φασματόμετρο Ocean HR4000CG-UV-NIR, που καλύπτει το εύρος μήκους κύματος 200–1100 nm με ανάλυση 0,75 nm (FWHM). Η φυσική συσκευή φαίνεται στο Σχήμα 5.2. Κατά τη διάρκεια της μέτρησης, η δέσμη λέιζερ ανακλάται ή εξασθενεί από φίλτρα ουδέτερης πυκνότητας πριν εισέλθει στον ανιχνευτή φασματόμετρου και το μήκος κύματος διαβάζεται από την οθόνη.
Εικόνα 5.2Φωτογραφία του φασματόμετρου Ocean HR4000CG-UV-NIR
Ρυθμός επανάληψης λέιζερ(Αμετάβλητο, ίδιο με το πρωτότυπο)
Πλάτος παλμού λέιζερ(Αμετάβλητο, ίδιο με το πρωτότυπο)
Ισχύς αιχμής λέιζερ(Αμετάβλητο, το ίδιο με το αρχικό, οι μετρητές ισχύος εξακολουθούν να ισχύουν για μέτρηση 222 nm με κατάλληλη εξασθένηση)
