5.1 Skema Sperimentali ta' Laser ta' Stat Solidu ta' 222nm
5.1.1 Setup Sperimentali tas-Sistema tal-Laser
Is-setup sperimentali tal-bogħod uvc 222nmLejżer ultravjola fil-fond jidher fil-Figura 5.1, li jadotta struttura tal-kavità reżonanti f'forma ta' V-bit-tieni ġenerazzjoni armonika ġewwa l-kavità u r-raba' ġenerazzjoni armonika barra l-kavità. Is-sors tal-pompa huwa fibra -matriċi tad-dijodu tal-lejżer akkoppjat b'qawwa massima tal-ħruġ ta '110W. Permezz ta 'aġġustament tat-temperatura, il-wavelength ċentrali tad-dawl tal-pompa jikkoinċidi mal-wavelength ta' assorbiment ċentrali ta 'Nd:YVO₄, u huwa ffokat f'post tal-pompa b'raġġ ta' 200μm permezz ta 'sistema ta' kollimazzjoni u fokus u injettat fil-kristall Nd:YVO₄. Is-sistema ta' akkoppjar tikkonsisti f'żewġ mirja plano-konvessi b'raġġ ta' kurvatura R=10mm u polarizzatur ta' 45 grad. Il-frazzjoni atomika tad-doping Nd³⁺ fil-kristall Nd:YVO₄ hija 0.1%, u d-daqs tagħha huwa 4mm × 4mm × 5mm. It-tarf tax-xellug huwa miksi b'films anti-rifless ta' 808nm, 1064nm u film ta' rifless-għoli ta' 914nm, filwaqt li t-tarf tal-lemin huwa miksi b'films anti-riflessi ta' 914nm, 1064nm, u 1342nm. In-naħa tal-kristall tal-lejżer hija mgeżwra b'saff ta 'fojl tal-indju u mmuntata fuq sink tas-sħana tar-ram aħmar, u l-kontroll tat-temperatura jitwettaq minn chiller tal-ilma li jiċċirkola. Biex tiġi żgurata dissipazzjoni suffiċjenti tas-sħana tal-kristall, għandu jiġi żgurat li l-erba 'naħat tal-kristall huma kompletament f'kuntatt mal-fluss tal-ilma tal-chiller. Bħala mera tal-ħruġ tintuża mera plano-konkava M b'raġġ ta' kurvatura ta' 50mm. Il-wiċċ konkavi tiegħu huwa miksi b'film ta' riflessjoni ta' 914nm għoli-u films ta' 457nm, 1064nm, 1342nm kontra-rifless, u l-pjan tiegħu huwa miksi b'film ta' 457nm, 914nm, 1064nm, u 3}m{342}nm ta' riflessjoni. Mera pjan M₂ b'raġġ ta 'kurvatura ta' 200mm tintuża bħala r-riflettur, u l-wiċċ tagħha huwa miksi b'films ta 'rifless ta' 457nm u 914nm għoli-, sabiex il-mera tat-tarf tax-xellug M₁ tal-kristall Nd:YVO₄, mera M, u mera M₂ 9} forma ta 'kavità b'{48} angolu V{4}shaped dirgħajn ≈10 grad. Fosthom, swiċċ Q-ottiku akusto{-ottiku jiddaħħal fid-driegħ twil L₁ iffurmat minn mirja M₁ u M, u kristall LBO għat-tieni ġenerazzjoni armonika jiddaħħal fid-driegħ qasir iffurmat minn mirja M u M₂, u mqiegħed f'distanza ta 'madwar 1mm mir-riflettur. Il-kristall LBO għandu daqs ta '4mm × 4mm × 15mm, u ż-żewġt itruf tal-kristall huma miksija b'films kontra r-rifless ta' 457nm, 914nm u 1064nm. Il-wavelength tal-oxxillazzjoni ta 'din il-kavità reżonanti hija 914nm. Wara l-irduppjar tal-frekwenza mill-kristall LBO, jiġi ġġenerat wavelength ta' 457nm, joxxilla fid-driegħ qasir tal-kavità reżonanti, u joħroġ mill-mera plano-konkava M. M₃ hija mera li tiffoka 457nm, li l-wiċċ tagħha huwa miksi b'film anti{71}} anti-riflessjoni 457nm. Kristall BBO għar-raba 'ġenerazzjoni armonika jitqiegħed ħdejn il-punt fokali. Iż-żewġt itruf tal-kristall huma miksija b'films kontra r--riflessjoni 457nm u 222nm. Wara l-irduppjar tal-frekwenza mill-kristall BBO,bogħod uv 222laser ultravjola jista 'jiġi ġġenerat, u l-lejżers 457nm u 222nm huma separati minn priżma splitter tar-raġġ M₄.
Figura 5.1 Setup Sperimentali ta' 222nm Deep-Laser Ultravjola 1-Sistema ta' Akkoppjar Ottiku; 2-Nd:YVO₄ Modulu tal-kristall imgeżwer f'sink tas-sħana; Apparat 3-Acousto-Optic Q-Switch; 4-Output Mirror M; Apparat tal-kristall 5-LBO; 6-Riflettur M₂; 7-457nm Mera tal-Iffukar M₃; 8-BBO Kristall; 9-Raġġ Splitter Priżma.
5.1.2 Metodi ta' Kejl tal-Parametri tal-Laser
1. Wavelength tal-Laser
Fil-kejl tal-wavelength tal-ħruġ tal-lejżer, jintuża spettrometru NIR Ocean HR4000CG - UV -, li jkopri medda ta 'wavelength ta' 200 ~ 1100nm b'riżoluzzjoni ta '0.75nm (wisa' sħiħa f'nofs massimu), u d-dijagramma fiżika tidher fil-Figura 5.2. Matul il-kejl, ir-raġġ tal-lejżer huwa rifless jew mgħoddi minn folja ta 'attenwazzjoni fis-sonda tal-ispettrometru, u l-valur tal-wavelength tal-bogħod uvc 222nmraġġ tal-laser huwa osservat permezz tal-wiri.
Figura 5.2 Dijagramma Fiżika tal-Oċean HR4000CG - UV - Spettrometru NIR
2. Frekwenza ta 'Ripetizzjoni tal-Laser
Agħżel fotodetector li r-rispons spettrali tiegħu jaqbel mal-wavelength tal-ħruġ tal-laser; agħżel fotodetector u oxxilloskopju xierqa skont il-firxa tal-wisa 'tal-polz tal-ħruġ tal-laser. Aħna nużaw oxxilloskopju tal-mudell Tektronix TDS3054C, li għandu bandwidth ta '500MHz u rata ta' kampjunar ta '5GS/s, kif muri fil-Figura 5.3(a). Il-fotodetector huwa tal-mudell THORLABS DET10A - ditekter tas-silikon, li l-firxa ta 'rispons spettrali tiegħu hija 200 ~ 1100nm, u l-ħin ta' żieda huwa 1 ns, kif muri fil-Figura 5.3(b).
Figura 5.3 Dijagrammi Fiżiċi tal-Oxxilloskopju u Fotodetector (a) Oxxilloskopju (b) Fotodetector
Ħalli l-polz tal-lejżer jidħol fil-fotodetector, u agħmel li l-fotodetector jaħdem fil-medda lineari. Aġġusta s-sensittività u l-veloċità tal-iskannjar tal-oxxilloskopju sabiex żewġ forom tal-mewġ tal-polz tal-laser stabbli jidhru fuq l-iskrin tal-oxxilloskopju. Irreġistra l-intervall tal-ħin t bejn żewġ impulsi ħdejn xulxin, u rrepeti l-kejl n (n Akbar minn jew ugwali għal 10) darbiet. Ikkalkula l-frekwenza tar-ripetizzjoni tal-polz f skont il-Formula (5.1): f=1∑i=1ntin (Hz) f=\\frac{1}{\\frac{\\sum_{i=1}^{n} t_i}{n}} \\ (Hz) f=n∑i=1i intervall bejn żewġ impulsi biswit fl-i-kejl, unità: s; n huwa n-numru ta' kejl.
3. Wisa 'tal-Impuls tal-Laser
Il-kejl tal-wisa 'tal-polz jista' jirreferi għall-passi tal-kejl tal-frekwenza tar-ripetizzjoni. Ħalli l-polz tal-lejżer jidħol fil-photodetector, u l-photodetector jaħdem fil-medda lineari. Il-forma tal-mewġ tal-ħin tal-polz hija murija fuq l-iskrin tal-oxxilloskopju. Irreġistra l-wisa 'tal-polz τi\\tau_iτi f'dan il-ħin, u rrepeti l-kejl n (n akbar minn jew ugwali għal 10) darbiet. Ikkalkula l-wisa' tal-polz τ\\tauτ skont il-Formula (5.2): τ=1n∑i=1nτi (ns) \\tau=\\frac{1}{n} \\sum_{i{=1}^{n} \\tau_i \\ (ns) τ=}n{1{14}}}n{1:i{6}}n{1: τi\\tau_iτi hija l-wisa' tal-polz imkejla fl-i-kejl, unità: s; n huwa n-numru ta' kejl.
4. Laser Peak Power
Meta nikkalkulaw l-ogħla qawwa, l-ewwel irridu nkejlu l-qawwa medja tal-lejżer. Hemm żewġ tipi ta 'sondi użati għall-kejl, kif muri fil-Figura 5.4. Il-Figura (a) hija miter tal-qawwa tal-lejżer OPHIR 30A - BB - 18, b'firxa ta 'kejl ta' 10mW ~ 30W u preċiżjoni tal-kejl ta '3%. Il-Figura (b) hija miter tal-qawwa tal-lejżer UV OPHIR PD300R -, b'firxa ta 'kejl ta' 20pW ~ 300mW u preċiżjoni tal-kejl ta '10%.
Figura 5.4 Miters tal-Enerġija tal-Lejżer (a) Miter tal-Enerġija tal-Lejżer OPHIR 30A-BB{-18 (b) Miter tal-Enerġija tal-Lejżer OPHIR PD300R-UV
Matul il-kejl, allinja s-sonda tal-miter tal-qawwa tal-lejżer mar-raġġ tal-ħruġ tal-lejżer, ixgħel il-qawwa tal-miter tal-qawwa tal-lejżer, agħżel firxa xierqa, u tikkalibra l-punt żero tagħha. Kejjel u rrekordja l-qari P tal-meter tal-qawwa darba kull ċertu ħin skont l-ispeċifikazzjoni tal-prodott, u rrepeti l-kejl n (n Akbar minn jew ugwali għal 10) darbiet. Ikkalkula l-qawwa medja Pˉ\\bar{P}Pˉ tal-lejżer skont il-Formula (5.3): Pˉ=1n∑i=1npi (W) \\bar{P}=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} p_i \\ (W) Pˉ{11}}i{11}}pi (W) fejn: pip_ipi hija l-qawwa medja miksuba fl-i-kejl, unità: W; n huwa n-numru ta' kejl.
Wara li tikseb il-qawwa medja tal-lejżer, ikkalkula l-ogħla qawwa PpkP_{pk}Ppk skont il-Formula (5.4): Ppk=Pˉf⋅τ (W) P_{pk}=\\frac{\\bar{P}}{f \\cdot \\tau} \\ (W) Ppk{{5}}}f {(W)ˉ: Pˉ\\bar{P}Pˉ hija l-qawwa medja, unità: W; f hija l-frekwenza ta' ripetizzjoni tal-polz, unità: Hz; τ\\tauτ hija l-wisa' tal-polz, unità: ns.
5. Kwalità tar-raġġ
Il-fattur tal-kwalità tar-raġġ huwa rrappreżentat minn M², u l-formula tal-kalkolu tiegħu hija M2=π4λ⋅d0⋅θ M^2=\\frac{\\pi}{4\\lambda} \\cdot d_0 \\cdot \\theta M{2=4λπ⋅d0⋅θ fejn: d0d_aist wisa' ta' l-unità, jew nm; θ\\thetaθ huwa l--angolu tad-diverġenza tar-raġġ tal-kamp imbiegħed, unità: mrad; λ\\lambdaλ huwa l-wavelength tal-laser, unità: μm.
Analizzatur tal-kwalità tar-raġġ qasma tal-iskannjar THORLABS BP209 - VIS jintuża biex ikejjel il-far uvc 222kwalità tar-raġġ tal-lejżer, b'medda ta 'wavelength operattiva ta' 200 ~ 1100nm, li tista 'tkejjel raġġi kontinwi u pulsati bi frekwenza ta' ripetizzjoni mhux inqas minn 10Hz. Ir-rata tal-iskannjar tista 'tiġi ssettjata għal 2 ~ 20Hz, kif muri fil-Figura 5.5. L-analizzatur tar-raġġ tal-qasma tal-iskannjar għandu tanbur li jdur b'żewġ pari jew aktar ta 'qasmiet ortogonali ġewwa. It-tanbur idur madwar l-assi ottiku, u jibdel il-qasmiet fid-direzzjonijiet X u Y quddiem id-ditekter, sabiex il-qasma tal-iskannjar tgħaddi mill-mogħdija ottika. B'dan il-mod, is-sinjal tal-qawwa mkejjel huwa relatat mal-pożizzjoni tat-tanbur u l-qasma, li minnhom id-dijametru tar-raġġ d u l-profil tal-intensità huma kkalkulati.
Figura 5.5 Analizzatur tal-Kwalità tar-raġġ
Is-sistema tat-test tal-analiżi tal-kwalità tar-raġġ tidher fil-Figura 5.6. Il-kontrollur tal-pjattaforma li tiċċaqlaq għandu preċiżjoni ta '3μm, li jikkontrolla t-tul tal-pass tal-analizzatur tal-kwalità tar-raġġ kull darba biex jikseb id-dijametru tar-raġġ did_idi fil-pożizzjoni korrispondenti. Issostitwixxi l-valuri Z f'pożizzjonijiet differenti fid-direzzjoni tat-trażmissjoni tar-raġġ tal-lejżer u d-dijametri spot korrispondenti tagħhom fil-Formula (5.6) biex tikkalkula l-valuri tal-koeffiċjenti A, B, u C, jiġifieri d2=A+B⋅Z+C⋅Z2 d^2=A + B \\cdot Z + C \\cdot Z^2 d2=A+B⋅Z+C⋅Z2
Figura 5.6 Sistema tat-Test tal-Analiżi tal-Kwalità tar-raġġ
Mill-valuri tal-koeffiċjenti A, B, u C, l-oġġett-dijametru tal-qadd tal-ġenb d0d_0d0, l-angolu tad-diverġenza tar-raġġ θ\\thetaθ, u l-fattur tal-kwalità tar-raġġ M² jistgħu jiġu kkalkulati. Il-formuli tal-kalkoli huma d0=A−B24C d_0=\\sqrt{A - \\frac{B^2}{4C}} d0=A−4CB2 θ=C \\theta=\\sqrt{C} θ{{λ}1}″C}{17}1}″C{17}1}″C M^2=\\frac{\\pi}{\\lambda} \\sqrt{A \\cdot C - \\frac{B^2}{4}} M{2=λπA⋅C−4B2
5.2 Esperiment fuq 222nm Solid State-Laser
5.2.1 457nm Ħruġ Kontinwu tal-Laser
Il-qawwa tal-ħruġ u l-kwalità tar-raġġ tal-laser kontinwu ta '457nm huma fatturi ewlenin li jaffettwaw il-prestazzjoni tal-output tal-polz tiegħu u l-akkwist ta'bogħod uv 222laser mill-irdoppjar tal-frekwenza extracavity, b'differenza emerġenti222nm LEDteknoloġiji li joffru sorsi alternattivi ta' UVC bogħod-. Skont ir-riċerka teoretika fil-kapitoli preċedenti, din is-setup tottimizza l-kundizzjonijiet għal effiċjentibogħod uvc 222nmġenerazzjoni permezz ta' metodi ta'-stat solidu.
