222 nm lazerio taikymo perspektyvos fotoninių prietaisų gamybos srityje 4

222 nm lazerio taikymo perspektyvos fotoninių prietaisų gamybos srityje 4

Galios tankis ir tinkamo ilgio kristalų pasirinkimas

Renkantis netiesinius dažnio{0}}dvigubinimo kristalus, be pirmiau minėtų įtakos faktorių, apskritai turi būti laikomasi šių reikalavimų:

① Vidutinė dvigubo lūžio vertė (kai taikomas kampo fazių suderinimas, turi būti fazių suderinimo kampas);

② Mažiausias įmanomas{0}}nukrypimo kampas;

③ kuo didesnis temperatūros, kampo ir spektrinio priėmimo dažnių juostos plotis;

④ Platus skaidraus bangos ilgio diapazonas, kuris neturi įtakos netiesinio konversijos efektyvumui (ypač ultravioletinei juostai);

⑤ santykinai aukšta žalos riba;

⑥ Lengva auginti ir maža paruošimo kaina;

⑦ Puikios fizinės ir cheminės savybės bei mechaninis stabilumas.

Šiame tyrime daugiausia naudojami netiesiniai dažnio{0}}dvigubinimo kristalai antrajai harmonikai generuoti, įskaitant programas, kuriose parduodama 222 nm tolimosios UV spinduliuotės šviesa galėtų būti naudinga tokia pažanga. Atliekant dažnio padvigubinimą netiesiniais dažnio-dvigubinimo kristalais, siekiant pagerinti dažnio-dvigubinimo efektyvumą, būtina sąlyga, kad pagrindinio dažnio šviesa ir dažnio{5}}dvigubinimo šviesa atitiktų fazių atitikimo sąlygas. Yra du fazių suderinimo būdai: kritinis (kampas) ir ne{7}}kritinis (temperatūros) fazių suderinimas. Paprastai derinant temperatūros fazes galima pasiekti didesnį dažnį{9}}padvigubinti efektyvumą ir geresnę pluošto kokybę, tačiau tam reikia temperatūros valdymo dėžutės, dėl ko susidaro sudėtinga struktūra, didelis tūris ir didelė kaina. Todėl šiame tyrime naudojami kampą atitinkantys netiesiniai kristalai. Netiesinio dažnio{12}}dvigubinimo kristalų, naudojamų generuoti 457 nm mėlyną šviesą ir 222 nm gylio ultravioletinę šviesą, pvz., 222 nm šviesą, charakteristikos apibendrintos 1.7 lentelėje.

1.7 lentelė Netiesinio dažnio -dvigubinimo kristalai, galintys generuoti 457 nm ir 222 nm lazerius, charakteristikos

Ličio tetraboratas LiB₃O₅ (LBO) ir bismuto boratas BiB₃O5 (BiBO) yra du komerciniai netiesiniai dažnio{0}}dvigubinimo kristalai, galintys padvigubinti dažnį artimoje-infraraudonųjų spindulių juostoje, kad sukurtų mėlyną šviesą, o tai gali palaikyti tokius produktus kaip tolimojo UV nm šviesa 2mazon2. 914 nm lazerio antrosios-harmoninės kartos (SHG), nors BiBO turi didelį netiesinį koeficientą 3,44 min/V, jo didelis 44,99 mrad nukrypimo kampas lemia prastą gauto šviesos taško pluošto kokybę, todėl sumažėja dažnio{9}} efektyvumas. Todėl šiame eksperimente BiBO kristalas nenaudojamas.

Giliai ultravioletinė 222 nm kietojo kūno{1}}lazerio technologija

Šiame tyrime LBO pasirinktas kaip antrosios-harmonijos kartos kristalas, nes jis turi nedidelį 12,48 mrad atstūmimo{1}}kampą, todėl jis idealiai tinka generuoti 222 nm UVC šviesą. Nors LBO netiesinis koeficientas yra 0,803 pm/V, santykinai mažas netiesinis koeficientas gali būti kompensuojamas prailginant LBO ilgį. Šiuo metu ultravioletinių spindulių dažniui padvigubinti dažniausiai naudojami netiesiniai kristalai daugiausia yra β-BaB₂O₄ (BBO) ir CsLiB₆O₁₀ (CLBO) kristalai. Tarp jų, CLBO kristalų netiesinis koeficientas yra gana didelis, kampas yra nedidelis ir beveik nesugeria lazerio ultravioletinėje juostoje, o tai padeda generuoti aukštos kokybės ultravioletinę šviesą, įskaitant parduodamus tokius variantus kaip 222 nm tolimojo UV spindulio šviesa. Tačiau CLBO kristalai negali pasiekti fazių atitikimo esant 457 nm (antrajai harmonikų kartai). RbBe₂BO3F2 (RBBF) ir KBe₂BO3F2 (KBBF) kristalai taip pat gali generuoti 222 nm lazerį padvigubinant dažnį, tačiau jų efektyvūs netiesiniai koeficientai yra maži, o jų augimo technologiją dar reikia tobulinti. Jie nesukūrė komercinių produktų, o tai nepadeda pasiekti didelio-efektyvumo ultravioletinio lazerio išvesties, kitaip nei labiau prieinamos galimybės, pvz., 222 nm tolimojo UV spindulio šviesa „Amazon“. Palyginti su kitais kristalais, BBO kristalas yra puikus netiesinis kristalas, turintis didelį efektyvų netiesinį koeficientą, aukštą pažeidimo slenkstį ir platų šviesos perdavimo bangų diapazoną. Jo optinis veikimas yra labai stabilus. Tai komercinis kristalas, šiuo metu plačiausiai naudojamas ultravioletiniams ir giluminiams ultravioletiniams lazeriams, pvz., 222 nm šviesai, generuoti, o jo kaina yra vidutinė. Todėl šiame tiriamajame darbe BBO pasirinktas kaip ketvirtosios{24}}harmonijos kartos kristalas. Išsami netiesinės optikos teorija ir LBO bei BBO dažnio{26}}dvigubinimo kristalų parametrų struktūra bus išsamiai pristatyta 4 skyriuje.

Remiantis aukščiau pateikta analize ir skirtingų lazerinio stiprinimo terpių, LD siurbimo metodų, rezonansinių ertmių, Q-perjungimo metodų ir netiesinio dažnio-dvigubinimo kristalų charakteristikų analize ir parinkimu, siūlomas techninis šio darbo būdas: LD gal-siurbiamas Nd:YVO₄ ir akustinė{3}}optinė Q{4{4} perjungimo technologija. 914nm lazeris. AV-formos lazerio rezonansinė ertmė ir LBO dažnio{8}}dvigubinimo kristalai naudojami antrajai intraertmės-harmonijos generacijai, kad būtų gauta 457 nm lazerio išvestis. Tada BBO kristalų ir objektyvo fokusavimo metodas naudojamas 457 nm mėlynos šviesos ekstraertmės dažniui padvigubinti, kad būtų pasiektas gilus ultravioletinis 222 nm lazerio išėjimas, o tai gali paskatinti 222 nm UV spindulių šviesos pritaikymo plėtrą.

1.15 pav. Pagrindinės kietojo kūno{1}}lazerio struktūros schema, skirta giliajam ultravioletiniam 222 nm lazeriui realizuoti

(Diagramos turinys: LD siurblio šaltinis → movos sistema → M₁ → Nd:YVO₄ → Akustinis-optinis Q- jungiklis → M₂ (LBO) → M → M₃ → BBO → M₄ → 222 nm; su 914 nm ir 457 nm lazerio takais)

1 skyrius Įvadas

1.5 Pagrindinis šios knygos turinys

Šioje knygoje daugiausia pristatoma kietojo kūno{0}}lazerinė technologija, skirta generuoti 222 nm gylio ultravioletinį lazerį, naudojant ketvirtą -harmoninę Nd:YVO₄ 914 nm spektrinės linijos kartos kvazi-trijų- lygių sistemą, pasižyminčią dideliu efektyvumu ir kompaktiška struktūra, svarbia besivystančiose rinkose, pvz., nm. Knygą sudaro 6 skyriai, o struktūra ir pagrindinis turinys yra toks.

1 skyrius Įvadas

Jame pristatomas giliųjų ultravioletinių 222 nm juostos lazerių tyrimų pagrindas ir reikšmė, visų -kietojo-lazerių kūrimo istorija, dėmesys sutelkiamas į pagrindines diegimo technologijas ir visų -kietojo- giliųjų ultravioletinių lazerių kūrimo apžvalgą. Remiantis tuo, siūlomas šioje knygoje pasirinktas techninis kelias, nurodomos pagrindinės šios schemos problemos ir šios knygos tyrimo kryptis.

2 skyrius. Nd:YVO₄ 914nm lazerio teorija ir terminio poveikio analizė

Pradedant nuo kvazi{0}}trijų- lygių lazerio greičio lygties esant pastoviajai būsenai, pristatomas lazerio kristalo Nd:YVO₄ reabsorbcijos efektas, siurblio taško dydžio santykio su svyruojančio pluošto juosmens spinduliu ir kristalo ilgio įtaka 914 nm lazerio išvesties našumui. Remiantis šilumos laidumo teorija, sukurtas LD galo-siurbiamo 914 nm Nd:YVO₄ lazerio modelis. Kai siurblio šviesos pasiskirstymas yra Gauso, tirpalas gaunamas analitiniu metodu. Lyginamos trijų veiksnių, ty temperatūros lūžio rodiklio skirtumo, įtempių dvigubo lūžio ir kristalo galinio paviršiaus šiluminio plėtimosi, proporcijos sukuriant šiluminio lęšio efektą stiprinimo terpėje, o jo šiluminis židinio nuotolis eksperimentiškai išmatuojamas plokštumos -lygiagrečios rezonansinės ertmės metodu.

3 skyrius Acousto-Optic Q-Perjungimo technologija ir V-formos rezonansinės ertmės dizainas

Sudaromas teorinis akustinio-optinio Q-perjungiamo 914 nm Nd:YVO₄ greičio lygties modelis ir analizuojami veiksniai, turintys įtakos išėjimo lazerio impulso pločiui. Skaitmeniniu skaičiavimu ir modeliavimu tiriamas ryšys tarp dalelių skaičiaus viršutiniame ir apatiniame energijos lygiuose, impulso pločio ir vieno -optinio Q-perjungto 914 nm Nd:YVO₄ lazerio impulso energijos ir siurblio galios bei pasikartojimo dažnio. Rezonansinės ertmės parametrams projektuoti siūloma savaim-nuoseklaus valdymo technologija, naudojanti šiluminį poveikį spindulio kokybei. Naudojant standartinę ABCD perdavimo matricos teoriją ir rezonansinės ertmės stabilumo sąlygas, svyruojančios dėmės dydžio kitimas skirtingose ​​padėtyse trijuose{11}}veidrodiniuose lazerio ertmėje ir po{12}}rankos ertmės ilgiu yra analizuojamas ir išsamiai aptariamas.

4 skyrius Netiesinis dažnis-Dvigubinimo teorija ir dažnis-Dvigubinimo kristalų dizainas

Pradedant nuo Maksvelo lygčių, netiesinių optinių efektų generavimo mechanizmas, taip pat I ir II tipo kristalų dažnio padvigubinimo fazių atitikimo sąlygos yra sistemingai analizuojamos naudojant Lorenco modelį, lūžio rodiklio lygtį ir elektromagnetinių bangų bei medžiagų sąveikos teoriją. Kartu su dispersijos lygtimi ir efektyvaus netiesinio koeficiento išraiška, LBO/BBO dažnio{1}}dvigubinimo kristalų, naudojamų 457 nm ir 222 nm lazeriams generuoti, fazių atitikimo kampai ir efektyvieji netiesiniai koeficientai apskaičiuojami skaitiniu būdu.

Giliai ultravioletinė 222 nm kietojo kūno{1}}lazerio technologija

5 skyrius Giliojo ultravioletinio 222 nm kietojo kūno{2}}lazerio eksperimentas

Remiantis ankstesniuose skyriuose atliktu teoriniu tyrimu ir parametrų projektavimu, atliekamas 222nm lazerio optimizavimo eksperimentas. Pirma, atsižvelgiant į režimo suderinimą, atliekamas 457 nm nuolatinio lazerio optimizavimo eksperimentas, siekiant gauti 457 nm nepertraukiamą lazerio išvestį su santykinai didele galia ir gera spindulio kokybe. Tada, pasirinkus atitinkamo židinio nuotolio, BBO kristalo ilgio ir jų padėties fokusavimo lęšius, atliekamas 457 nm lazerio ekstracavity fokusuoto dažnio padvigubinimas, kad būtų gautas 222 nm nuolatinis lazeris. Remiantis nenutrūkstamu 457 nm lazeriu, kartu su akustinio-optinio Q-perjungimo technologija, moduliacijos dažnis pakeičiamas, kad būtų galima rasti 457 nm impulsinį lazerio išėjimą su didžiausia didžiausia galia. Tada jis sufokusuojamas ekstraertiniu lęšiu, o 222 nm impulsinis lazeris generuojamas BBO kristalu padvigubinant dažnį. Be to, atliekamas eksperimentinis bakterijų inaktyvavimo impulsiniu 222 nm lazeriu tyrimas, kuris atitinka praktinį parduodamos 222 nm tolimosios UV spinduliuotės šviesos ir 222 nm šviesos panaudojimą.