पराबैंगनी 222 एनएम ठोस -राज्य लेजर प्रयोग
5.2.1 457 एनएम सतत लेजर आउटपुट
यह ज्ञात है कि पंप स्पॉट का आकार और गुहा की लंबाई लेजर आउटपुट को प्रभावित करती है। उच्च प्रदर्शन 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट प्राप्त करने के लिए, विभिन्न पंप स्पॉट आकार और लेजर रेज़ोनेटर बांह की लंबाई L1L_1L1, L2L_2L2 के तहत प्रयोग किए गए। चित्र 5.7 इंजेक्शन पंप शक्ति और 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट पावर के बीच संबंध दिखाता है जब अनुनादक बांह की लंबाई L1L_1L1 और L2L_2L2 क्रमशः 82 मिमी और 30 मिमी होती है, पंप स्पॉट रेडी wpw_pwp लगभग 200 μm, 300 μm और 400 μm होती है।
चित्र 5.7 विभिन्न पंप स्पॉट आकारों के तहत 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट पावर और इंजेक्टेड पंप पावर के बीच संबंध
(वक्र: wpw_pwp=200 μm (वर्ग), wpw_pwp=300 μm (सर्कल), wpw_pwp=400 μm (त्रिकोण); ऊर्ध्वाधर अक्ष: आउटपुट पावर / W; क्षैतिज अक्ष: इंजेक्टेड पंप पावर / W; रेंज 10-45)।
चित्र 5.7 से, 41 डब्ल्यू की इंजेक्शन पंप शक्ति पर, अधिकतम 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट शक्तियां 1.6 डब्ल्यू (wpw_pwp=300 μm), 2.2 W (wpw_pwp=200 μm), और 1.2 W (wpw_pwp=400 μm) हैं। wpw_pwp=200 μm पर बीम की गुणवत्ता wpw_pwp=300 μm या 400 μm की तुलना में बेहतर है। wpw_pwp=300 μm या 400 μm की तुलना में, 457 एनएम लेजर आउटपुट प्रदर्शन wpw_pwp=200 μm पर बेहतर है। इसका कारण यह है कि पंप स्पॉट आकार और 914 एनएम ऑसिलेटिंग बीम कमर का अनुपात wpw_pwp=200 μm पर अधिक उपयुक्त है। ये प्रयोगात्मक परिणाम पिछले अध्यायों में लेजर के सैद्धांतिक विश्लेषण के अनुरूप हैं, जो संबंधित के लिए अनुकूलन रणनीतियों की भी जानकारी देते हैं222 एनएम दूर यूवीसीसिस्टम.
इसके बाद, अनुनादक बांह की लंबाई को अनुकूलित किया गया। सबसे पहले, बांह की लंबाई L2L_2L2 30 मिमी तय की गई थी, और 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट पावर पर बांह की लंबाई L1L_1L1 को बदलने के प्रभाव का प्रयोगात्मक रूप से अध्ययन किया गया था। L1L_1L1=82 मिमी, 83 मिमी और 84 मिमी पर इंजेक्ट पंप शक्ति और 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट पावर के बीच संबंध चित्र 5.8 (ए) में दिखाए गए हैं। जैसा कि चित्र 5.8(ए) में देखा गया है, आउटपुट पावर वक्र काफी समान हैं चाहे L1L_1L1 82 मिमी, 83 मिमी, या 84 मिमी हो। इसलिए, लंबी भुजा L1L_1L1 में छोटे बदलावों का 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट पावर पर नगण्य प्रभाव पड़ता है। इसका कारण यह है कि L1L_1L1 में भिन्नता के कारण लेजर रेज़ोनेटर के भीतर विभिन्न स्थानों पर दोलनशील स्थान के आकार में न्यूनतम परिवर्तन होता है। संभावित एकीकरण सहित आगामी प्रयोगों के लिए गुहा के अंदर पर्याप्त समायोजन स्थान सुनिश्चित करनायूवीसी 222आवृत्ति रूपांतरण चरण-L1L_1L1 को 83 मिमी पर सेट किया गया था।
चित्र 5.8 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट पावर और विभिन्न बांह की लंबाई के तहत इंजेक्टेड पंप पावर के बीच संबंध:
(ए) भुजा L1L_1L1: L1L_1L1=82 मिमी (वर्ग), L1L_1L1=83 मिमी (वृत्त), L1L_1L1=84 मिमी (त्रिकोण); (बी) भुजा L2L_2L2: L2L_2L2{{21} ऊर्ध्वाधर अक्ष: आउटपुट पावर / डब्ल्यू; क्षैतिज अक्ष: इंजेक्टेड पंप पावर / डब्ल्यू।
फिर, wpw_pwp ≈ 200 μm और रेज़ोनेटर आर्म L1L_1L1 को ठीक करने के साथ, 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट पावर और बीम गुणवत्ता पर रेज़ोनेटर आर्म L2L_2L2 को अलग करने के प्रभावों की प्रयोगात्मक जांच की गई। L2L_2L2=30 मिमी, 31 मिमी और 32 मिमी पर इंजेक्ट पंप शक्ति और 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट पावर के बीच संबंध चित्र 5.8 (बी) में दिखाए गए हैं। चित्र 5.8(बी) से, 41 डब्ल्यू की इंजेक्टेड पंप शक्ति पर, अधिकतम 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट शक्तियां 2.2 डब्ल्यू (एल2एल_2एल2=30 मिमी), 2.6 डब्ल्यू (एल2एल_2एल2=31 मिमी), और 1.95 डब्ल्यू (एल2एल_2एल2=32 मिमी) हैं। इसके अतिरिक्त, L2L_2L2=31 मिमी पर बीम की गुणवत्ता L2L_2L2=30 मिमी या 32 मिमी की तुलना में बेहतर है, बीम प्रोफ़ाइल और गुणवत्ता चित्र 5.9 में दिखाई गई है। इसके अलावा, चित्र 5.8(बी) इंगित करता है कि 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट पावर L2L_2L2 में परिवर्तन के प्रति अपेक्षाकृत संवेदनशील है। इसका कारण यह है कि L2L_2L2 में भिन्नताएं रेज़ोनेटर में विभिन्न स्थितियों पर दोलन स्पॉट आकार को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती हैं, पंप स्पॉट और लेजर ऑसीलेशन स्पॉट के बीच मिलान वाले स्थानिक मोड को बदल देती हैं, जिससे लेजर आउटपुट प्रदर्शन प्रभावित होता है। यह पिछले अध्यायों के सैद्धांतिक विश्लेषण के अनुरूप है। इसलिए, प्रयोगों के दौरान, पंप स्पॉट आकार और अनुनादक बांह L2L_2L2 की लंबाई को इष्टतम मोड ओवरलैप बनाए रखने के लिए सावधानीपूर्वक समायोजित किया जाना चाहिए, एक सिद्धांत समान रूप से महत्वपूर्ण हैसुदूर यूवी 222 एनएमलेजर डिजाइन.
चित्र 5.9 अधिकतम 457 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट पावर पर बीम गुणवत्ता और स्पॉट प्रोफाइल
(रंग चित्र देखें) (वक्र स्थान व्यास बनाम प्रसार दूरी दिखाते हैं; x-क्षैतिज M2M^2M2=1.2, y-ऊर्ध्वाधर M2M^2M2=1.13; स्थान छवि बीच में डाली गई है)।
5.2.2 222 एनएम सतत लेजर आउटपुट
457 एनएम निरंतर लेजर की एक्स्ट्राकैविटी आवृत्ति दोहरीकरण के लिए एक प्रकार - I चरण {{1} मिलान बीबीओ आवृत्ति - दोहरीकरण क्रिस्टल का उपयोग किया गया था। एक्स्ट्राकैविटी दोहरीकरण अनुभाग ने एक सरल लेंस फोकसिंग योजना को नियोजित किया। 457 एनएम लेजर की आवृत्ति को दोगुना करने की दक्षता में सुधार करने के लिए, बॉयड और क्लेनमैन द्वारा परिभाषित इष्टतम फोकसिंग स्थिति को लागू किया गया था⁽¹⁾: 2ZrL=2.842Z_r L=2.842ZrL=2.84 (5.10), जहां LLL नॉनलाइनियर क्रिस्टल लंबाई है और ZrZ_rZr केंद्रित बीम की रेले लंबाई है। इस स्थिति और 457 एनएम आउटपुट बीम गुणवत्ता के आधार पर, फोकसिंग लेंस एम3, बीबीओ क्रिस्टल लंबाई और उनके प्लेसमेंट पदों के लिए एक उपयुक्त फोकल लंबाई का चयन किया गया था। इस प्रयोग में, लेंस M3 की फोकल लंबाई 150 मिमी थी, और BBO क्रिस्टल की लंबाई 8 मिमी थी। 457 एनएम निरंतर लेजर को लेंस एम3 द्वारा केंद्रित किया गया था और 222 एनएम लेजर प्रकाश उत्पन्न करने के लिए बीबीओ क्रिस्टल से गुजारा गया था। लेज़र स्पेक्ट्रम को महासागर HR4000CG-UV-NIR स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके मापा गया था, जिसके परिणाम चित्र 5.10 में दिखाए गए हैं। स्पेक्ट्रम 457 एनएम, 222 एनएम पर रेखाएं और 808 एनएम पर पंप प्रकाश दिखाता है। डाइक्रोइक प्रिज्म से गुजरने के बाद, सफेद कागज पर उत्तेजित 457 एनएम और 222 एनएम लेजर स्पॉट चित्र 5.11 में दिखाए गए हैं।
एक 2.6 डब्लू 457 एनएम निरंतर लेज़र, बीबीओ क्रिस्टल से गुज़रने के बाद, 222 एनएम गहरे पराबैंगनी लेज़र के 6 मेगावाट का उत्पादन करता है, जो उभरते हुए रोगाणुनाशक क्षमता में तुलनीय है।222 एनएम दूर यूवीसीस्रोत लेकिन एक अलग तरंग दैर्ध्य पर। 222 एनएम लेजर आउटपुट पावर और 457 एनएम इंजेक्टेड पावर के बीच संबंध चित्र 5.12 में दिखाया गया है। चित्र 5.13 222 एनएम लेजर स्पॉट प्रोफाइल को दिखाता है जिसे अधिकतम आउटपुट पर थोरलैब्स बीपी209-वीआईएस स्कैनिंग स्लिट बीम प्रोफाइलर का उपयोग करके मापा जाता है; बीबीओ क्रिस्टल में 457 एनएम लेजर की आवृत्ति दोगुनी होने के बाद 222 एनएम दोगुनी रोशनी के बड़े वॉक-ऑफ कोण के कारण यह स्थान अण्डाकार है। चित्र 5.14 2 घंटे में 6 मेगावाट पर 222 एनएम लेजर आउटपुट पावर की स्थिरता परीक्षण दिखाता है, जिससे 2.2% की स्थिरता मिलती है।
चित्र 5.10 लेजर स्पेक्ट्रम
(क्षैतिज अक्ष: तरंग दैर्ध्य / एनएम; ऊर्ध्वाधर अक्ष: तीव्रता / गणना; 222 एनएम, 457 एनएम, और 808 एनएम रेखाएं दिखा रहा है)।
चित्र 5.11 श्वेत पत्र पर लेजर स्पॉट प्रभाव उत्तेजित
(लेबल: डाइक्रोइक प्रिज्म, 457 एनएम स्पॉट, 222 एनएम स्पॉट)।
चित्र 5.12 222 एनएम निरंतर लेजर आउटपुट पावर और इंजेक्टेड 457 एनएम लेजर पावर के बीच संबंध
(ऊर्ध्वाधर अक्ष: 222 एनएम आउटपुट पावर / मेगावाट; क्षैतिज अक्ष: 457 एनएम इंजेक्टेड पावर / डब्ल्यू; वक्र एक ऊपर की ओर रुझान दिखाता है)।
चित्र 5.13 222 अधिकतम आउटपुट पावर पर एनएम निरंतर लेजर स्पॉट प्रोफ़ाइल
चित्र 5.14 अधिकतम आउटपुट पावर पर 222 एनएम निरंतर लेजर का स्थिरता परीक्षण
(ऊर्ध्वाधर अक्ष: 222 एनएम औसत शक्ति/मेगावाट; क्षैतिज अक्ष: समय/मिनट; वक्र स्थिर लगभग 6 मेगावाट)।
5.2.3 457 एनएम स्पंदित लेजर आउटपुट
222 एनएम लेजर का उत्पादन करने के लिए 457 एनएम लेजर की एक्स्ट्राकैविटी आवृत्ति को दोगुना करने की दक्षता में सुधार करने के लिए -संभावित रूप से विस्तार योग्ययूवी 222 एनएमउपरोक्त निरंतर 457 एनएम लेजर आउटपुट के आधार पर संशोधित नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स के साथ स्पंदित स्रोत {{0}एक एकोस्टो {{1}ऑप्टिक क्यू {{2}स्विच को बांह L1L_1L1 में डाला गया था। क्यू{8}स्विच को सक्षम करने से पहले, एकोस्टो{9}ऑप्टिक क्यू-क्रिस्टल की स्थिति को सबसे पहले समायोजित किया गया था ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि दोलनशील प्रकाश अपनी इष्टतम विवर्तन स्थिति और पिच कोण से गुजर सके, ताकि निरंतर 457 एनएम आउटपुट पावर एकोस्टो{12}ऑप्टिक क्यू डिवाइस डालने से पहले लगभग बराबर हो। तब स्पंदित 457 एनएम लेजर आउटपुट प्रयोग आयोजित किए गए। उच्चतम शिखर शक्ति स्पंदित 457 एनएम लेजर को प्राप्त करने के लिए, 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz और 20 kHz की पुनरावृत्ति दर निर्धारित की गई थी, और स्पंदित 457 एनएम लेजर की औसत आउटपुट पावर और पल्स चौड़ाई को मापा गया था। परिणामों से पता चला कि स्पंदित 457 एनएम लेजर का प्रदर्शन 5 किलोहर्ट्ज़ और 20 किलोहर्ट्ज़ की पुनरावृत्ति दर पर खराब था। इसका कारण यह है कि इस लेज़र के लिए, अत्यधिक उच्च या निम्न पुनरावृत्ति दरें ऊपरी ऊर्जा स्तर पर उल्टे जनसंख्या को प्रभावी ढंग से दोलनशील प्रकाश उत्पादन में परिवर्तित करने के लिए अनुकूल नहीं हैं।
आंकड़े 5.15 और 5.16 10 किलोहर्ट्ज़ और 15 किलोहर्ट्ज़ की पुनरावृत्ति दर पर इंजेक्शन पंप पावर बनाम 457 एनएम आउटपुट की औसत शक्ति और पल्स चौड़ाई दिखाते हैं। जैसा कि चित्र 5.15 और 5.16 में देखा गया है, इंजेक्शन पंप शक्ति के साथ औसत शक्ति बढ़ती है, जबकि पल्स चौड़ाई धीरे-धीरे कम हो जाती है: 10 किलोहर्ट्ज़ पुनरावृत्ति दर और 41 डब्ल्यू इंजेक्शन पंप शक्ति पर, स्पंदित 457 एनएम लेजर आउटपुट की अधिकतम औसत शक्ति 600 मेगावाट है, 50 एनएस की पल्स चौड़ाई के साथ, 1.2 किलोवाट की चरम शक्ति के अनुरूप; 15 kHz पुनरावृत्ति दर और 41 W इंजेक्ट पंप शक्ति पर, अधिकतम औसत शक्ति 661 mW है, 62 ns की पल्स चौड़ाई के साथ, 710 W की चरम शक्ति के अनुरूप।
नतीजे बताते हैं कि 10 किलोहर्ट्ज़ की पुनरावृत्ति दर स्पंदित 457 एनएम लेजर के लिए उच्चतम शिखर शक्ति उत्पन्न करती है। चित्र 5.17 10 किलोहर्ट्ज़ की पुनरावृत्ति दर और 600 मेगावाट की अधिकतम औसत आउटपुट पावर पर 457 एनएम लेजर की स्पॉट प्रोफ़ाइल और बीम गुणवत्ता को दर्शाता है। लेज़र स्पॉट TEM₀₀ मोड है; हालाँकि, V-आकार के कैविटी फोल्डिंग दर्पण के कोणीय पृथक्करण के कारण होने वाले दृष्टिवैषम्य के कारण यह स्थान थोड़ा अण्डाकार है। विभिन्न स्थितियों में बीम त्रिज्या डेटा पर द्विघात फिटिंग करने से, X और Y दिशाओं में M2M^2M2 कारक क्रमशः 1.15 और 1.31 होते हैं, बीम विशेषताएँ जिनकी भी जांच की जाएगीसुदूर यूवी 222 एनएमसमान गुहा के लिए स्पंदित प्रणालियाँ-प्रेरित विकृतियाँ।
चित्र 5.15 457 एनएम स्पंदित लेजर की औसत शक्ति और पल्स चौड़ाई बनाम 10 किलोहर्ट्ज़ पुनरावृत्ति दर पर इंजेक्टेड पंप शक्ति
(बाएं ऊर्ध्वाधर अक्ष: 457 एनएम औसत शक्ति / मेगावाट; दायां ऊर्ध्वाधर अक्ष: पल्स चौड़ाई / एनएस; क्षैतिज अक्ष: इंजेक्टेड पंप पावर / डब्ल्यू; दो वक्र: औसत शक्ति (बढ़ती) और पल्स चौड़ाई (गिरती हुई))।
