Експерименти са ултраљубичастим ласером од 222 нм у чврстом{1}} стању
5.2.1 457 нм Континуални ласерски излаз
Познато је да величина тачке пумпе и дужина шупљине утичу на излаз ласера. Да би се постигле високе{1}}перформансе континуираног ласерског излаза од 457 нм, експерименти су спроведени под различитим величинама тачке пумпе и дужинама крака ласерског резонатора Л1Л_1Л1, Л2Л_2Л2. Слика 5.7 показује однос између убризгане снаге пумпе и континуалне излазне снаге ласера од 457 нм када су дужине кракова резонатора Л1Л_1Л1 и Л2Л_2Л2 82 мм и 30 мм, респективно, са радијусима тачке пумпе впв_пвп од приближно 200 μм, 300 μм, 40 μм.
Слика 5.7 Однос између континуалне излазне снаге ласера од 457 нм и снаге убризгане пумпе под различитим величинама тачке пумпе
(криве: впв_пвп=200 μм (квадрати), впв_пвп=300 μм (кругови), впв_пвп=400 μм (троуглови); вертикална оса: излазна снага / В; хоризонтална оса: снага убризгане пумпе / В; опсег 10–45).
Са слике 5.7, при снази убризгане пумпе од 41 В, максималне континуалне излазне снаге ласера од 457 нм су 1,6 В (впв_пвп=300 μм), 2,2 В (впв_пвп=200 μм) и 1,2 В (впв_пв1}}{{м_пв1}}). Квалитет зрака на впв_пвп=200 μм је бољи од оног на впв_пвп=300 μм или 400 μм. У поређењу са впв_пвп=300 μм или 400 μм, излазне перформансе ласера од 457 нм су супериорније на впв_пвп=200 μм. Разлог је тај што је однос величине тачке пумпе и струка осцилирајућег снопа од 914 нм прикладнији на впв_пвп=200 μм. Ови експериментални резултати су у складу са теоријском анализом ласера у претходним поглављима, која такође даје информације о стратегијама оптимизације за сродне222 нм далеко УВЦсистема.
Затим су оптимизоване дужине кракова резонатора. Прво, дужина руке Л2Л_2Л2 је фиксирана на 30 мм, а експериментално је проучаван ефекат варирања дужине руке Л1Л_1Л1 на континуалну излазну снагу ласера од 457 нм. Односи између снаге убризгане пумпе и континуалне излазне снаге ласера од 457 нм на Л1Л_1Л1=82 мм, 83 мм и 84 мм приказани су на слици 5.8(а). Као што се види на слици 5.8(а), криве излазне снаге су прилично сличне без обзира да ли је Л1Л_1Л1 82 мм, 83 мм или 84 мм. Према томе, мале промене у дугом краку Л1Л_1Л1 имају занемарљив утицај на континуалну излазну снагу ласера од 457 нм. Разлог је тај што варијације у Л1Л_1Л1 изазивају минималне промене у величини осцилирајуће тачке на различитим позицијама унутар ласерског резонатора. Да би се обезбедио довољно простора за подешавање унутар шупљине за наредне експерименте-укључујући потенцијалну интеграцију саУВЦ 222фазе конверзије фреквенције-Л1Л_1Л1 је подешен на 83 мм.
Слика 5.8 Однос између континуалне излазне снаге ласера од 457 нм и снаге убризгане пумпе под различитим дужинама руку:
(а) Крак Л1Л_1Л1: Л1Л_1Л1=82 мм (квадрати), Л1Л_1Л1=83 мм (кругови), Л1Л_1Л1=84 мм (троуглови); (б) Крак Л2Л_2Л2: Л2Л_2Л2=32 мм (троуглови), Л2Л_2Л2=31 мм (квадрати), Л2Л_2Л2=30 мм (кругови); вертикална оса: излазна снага / В; хоризонтална оса: снага убризгане пумпе / В.
Затим, са впв_пвп ≈ 200 μм и фиксираним краком резонатора Л1Л_1Л1, експериментално су испитани ефекти варирања крака резонатора Л2Л_2Л2 на континуалну излазну снагу ласера од 457 нм и квалитет зрака. Односи између снаге убризгане пумпе и континуалне излазне снаге ласера од 457 нм на Л2Л_2Л2=30 мм, 31 мм и 32 мм приказани су на слици 5.8(б). Са слике 5.8(б), при снази убризгане пумпе од 41 В, максималне континуалне излазне снаге ласера од 457 нм су 2,2 В (Л2Л_2Л2=30 мм), 2,6 В (Л2Л_2Л2=31 мм) и 1,95 В (Л2Л_2Л2} мм). Поред тога, квалитет снопа код Л2Л_2Л2=31 мм је бољи него код Л2Л_2Л2=30 мм или 32 мм, са профилом и квалитетом зрака приказаним на слици 5.9. Штавише, слика 5.8(б) показује да је континуална излазна снага ласера од 457 нм релативно осетљива на промене у Л2Л_2Л2. Разлог је тај што варијације у Л2Л_2Л2 значајно утичу на величину осцилирајуће тачке на различитим позицијама у резонатору, мењајући усклађивање просторног режима између тачке пумпе и тачке ласерске осцилације, чиме се утиче на перформансе ласерског излаза. Ово је у складу са теоријском анализом у претходним поглављима. Због тога, током експеримената, величина тачке пумпе и дужина крака резонатора Л2Л_2Л2 морају бити пажљиво подешени да би се одржало оптимално преклапање режима, што је принцип једнако критичан удалеко УВ 222 нмласерски дизајни.
Слика 5.9 Квалитет зрака и профил тачке при максималној континуалној излазној снази ласера од 457 нм
(погледајте слику у боји) (криве показују пречник тачке у односу на растојање ширења; к-хоризонтално М2М^2М2=1.2, и-вертикално М2М^2М2=1.13; слика тачке је уметнута у средину).
5.2.2 222 нм Континуални ласерски излаз
Кристал за удвостручење фреквенције типа -И фазе-подударања ББО фреквенције- је коришћен за удвостручавање фреквенције изван шупљине 457 нм континуираног ласера. Секција за удвостручавање изван шупљине користила је једноставну шему фокусирања сочива. Да би се побољшала ефикасност-удвостручавања фреквенције ласера од 457 нм, примењен је оптимални услов фокусирања који су дефинисали Бојд и Клајнман⁽¹⁾: 2ЗрЛ=2.842З_р Л=2.842ЗрЛ=2.84 (5.10), где је ЛЛЛ нелинеарна дужина кристала З_р. На основу овог услова и квалитета излазног снопа од 457 нм, одабрана је одговарајућа жижна даљина за сочиво за фокусирање М3, дужина кристала ББО и њихове позиције постављања. У овом експерименту, жижна даљина сочива М3 била је 150 мм, а дужина ББО кристала 8 мм. Континуални ласер од 457 нм је фокусиран сочивом М3 и прошао кроз ББО кристал да би се створило ласерско светло од 222 нм. Ласерски спектар је мерен коришћењем Оцеан ХР4000ЦГ-УВ-НИР спектрометра, а резултати су приказани на слици 5.10. Спектар показује линије на 457 нм, 222 нм и светлост пумпе на 808 нм. Након проласка кроз дихроичну призму, ласерске тачке од 457 нм и 222 нм побуђене на белом папиру приказане су на слици 5.11.
Континуални ласер од 2,6 В од 457 нм, након проласка кроз ББО кристал, произвео је 6 мВ дубоког ултраљубичастог ласера од 222 нм-који је упоредив по гермицидном потенцијалу са новим222 нм далеко УВЦизвора али на различитој таласној дужини. Однос између излазне снаге ласера од 222 нм и ињектиране снаге од 457 нм приказан је на слици 5.12. Слика 5.13 приказује профил ласерске тачке од 222 нм измерен коришћењем ТХОРЛАБС БП209-ВИС скенирајућег прорезног снопа профилера при максималном излазу; тачка је елиптична због великог угла одласка удвостручене светлости од 222 нм након удвостручавања фреквенције ласера од 457 нм у ББО кристалу. Слика 5.14 приказује тест стабилности излазне снаге ласера од 222 нм при 6 мВ током 2 сата, што даје стабилност од 2,2%.
Слика 5.10 Ласерски спектар
(хоризонтална оса: таласна дужина / нм; вертикална оса: интензитет / број; приказује линије од 222 нм, 457 нм и 808 нм).
Слика 5.11 Ефекти ласерске тачке побуђени на белом папиру
(означено: дихроична призма, тачка од 457 нм, тачка од 222 нм).
Слика 5.12 Однос између континуалне излазне снаге ласера од 222 нм и убризгане снаге ласера од 457 нм
(вертикална оса: 222 нм излазна снага / мВ; хоризонтална оса: 457 нм убризгана снага / В; крива показује узлазни тренд).
Слика 5.13 222 нм континуирани профил ласерске тачке при максималној излазној снази
Слика 5.14 Тест стабилности континуираног ласера од 222 нм при максималној излазној снази
(вертикална оса: просечна снага 222 нм/мВ; хоризонтална оса: време/мин; крива стабилна око 6 мВ).
5.2.3 457 нм импулсни ласерски излаз
Да би се побољшала ефикасност удвостручавања фреквенције екстрашупљине ласера од 457 нм за производњу ласера од 222 нм-потенцијално проширивог наУВ 222 нмимпулсни извори са модификованом нелинеарном оптиком-акусто-оптички К-прекидач је уметнут у крак Л1Л_1Л1 на основу наведеног континуалног ласерског излаза од 457 нм. Пре омогућавања К-прекидача, позиција акусто-оптичког К-кристала је прво подешена како би се обезбедило да осцилирајућа светлост прође кроз своју оптималну позицију дифракције и угао нагиба, тако да је континуална излазна снага од 457 нм била скоро једнака оној пре уметања акустичног К{1}}акустоптичког уређаја{1}. Затим су спроведени експерименти са импулсним ласерским излазом од 457 нм. Да би се постигла највећа вршна снага импулсног ласера од 457 нм, подешене су стопе понављања од 5 кХз, 10 кХз, 15 кХз и 20 кХз, а измерена је просечна излазна снага и ширина импулса импулсног ласера од 457 нм. Резултати су показали да су перформансе импулсног ласера од 457 нм биле лоше при стопама понављања од 5 кХз и 20 кХз. Разлог је тај што за овај ласер претерано високе или ниске стопе понављања нису погодне за ефикасно претварање инвертиране популације на горњем енергетском нивоу у осцилирајући излаз светлости.
Слике 5.15 и 5.16 приказују просечну снагу и ширину импулса 457 нм излаза у односу на снагу убризгане пумпе при стопама понављања од 10 кХз и 15 кХз. Као што се види на сликама 5.15 и 5.16, просечна снага расте са ињектираном снагом пумпе, док се ширина импулса постепено смањује: при стопи понављања од 10 кХз и снази ињектиране пумпе од 41 В, максимална просечна снага импулсног излаза ласера од 457 нм је 600 мВ, са ширином импулса од 50 кв2, што одговара снази од 50 пе2. при брзини понављања од 15 кХз и снази убризгане пумпе од 41 В, максимална просечна снага је 661 мВ, са ширином импулса од 62 нс, што одговара вршној снази од 710 В.
Резултати показују да стопа понављања од 10 кХз даје највећу вршну снагу за импулсни ласер од 457 нм. Слика 5.17 приказује профил тачке и квалитет снопа ласера од 457 нм при стопи понављања од 10 кХз и максималној просечној излазној снази од 600 мВ. Ласерска тачка је ТЕМ₀₀ режим; међутим, тачка је благо елиптична због астигматизма узрокованог угаоним одвајањем преклопног огледала у облику шупљине В-. Извођењем квадратног уклапања података о радијусу снопа на различитим позицијама, фактори М2М^2М2 у Кс и И правцима су приближно 1,15 и 1,31, респективно-карактеристике снопа које би такође биле испитане удалеко УВ 222 нмимпулсни системи за слична изобличења{0}}индукована шупљинама.
Слика 5.15 Просечна снага и ширина импулса импулсног ласера од 457 нм у односу на снагу убризгане пумпе при стопи понављања од 10 кХз
(лева вертикална оса: просечна снага 457 нм / мВ; десна вертикална оса: ширина импулса / нс; хоризонтална оса: снага убризгане пумпе / В; две криве: просечна снага (растући) и ширина импулса (падајући)).
