5.1 Skim Eksperimen Laser Keadaan Pepejal 222nm-
5.1.1 Persediaan Eksperimen Sistem Laser
Persediaan percubaan bagijauh uvc 222nm-laser ultraungu dalam ditunjukkan dalam Rajah 5.1, yang menggunakan struktur rongga resonan berbentuk V-dengan generasi harmonik kedua di dalam rongga dan generasi harmonik keempat di luar rongga. Sumber pam ialah gentian-tatasusunan diod laser berganding dengan kuasa output maksimum 110W. Melalui pelarasan suhu, panjang gelombang tengah cahaya pam bertepatan dengan panjang gelombang penyerapan pusat Nd:YVO₄, dan ia difokuskan ke tempat pam dengan jejari 200μm melalui sistem kolimat dan pemfokusan dan disuntik ke dalam kristal Nd:YVO₄. Sistem gandingan terdiri daripada dua plan-cermin cembung dengan jejari lengkung R=10mm dan polarizer 45 darjah. Pecahan atom Nd³⁺ doping dalam kristal Nd:YVO₄ ialah 0.1%, dan saiznya ialah 4mm×4mm×5mm. Hujung kiri disalut dengan 808nm, 1064nm anti-filem pantulan dan 914nm tinggi-filem pantulan, manakala hujung kanan disalut dengan 914nm, 1064nm dan 1342nm anti-filem. Bahagian sisi kristal laser dibalut dengan lapisan kerajang indium dan dipasang pada sink haba tembaga merah, dan kawalan suhu dilakukan oleh penyejuk air yang beredar. Untuk memastikan pelesapan haba yang mencukupi bagi kristal, perlu dipastikan bahawa empat sisi kristal bersentuhan sepenuhnya dengan aliran air penyejuk. Sebuah plano-cermin cekung M dengan jejari lengkungan 50mm digunakan sebagai cermin keluaran. Permukaan cekungnya disalut dengan filem pantulan-tinggi 914nm dan filem pantulan 457nm, 1064nm, 1342nm anti-pantulan dan satahnya disalut dengan filem pantulan 457nm, 914nm, 1064nm, dan 1064nm. Cermin satah M₂ dengan jejari kelengkungan 200mm digunakan sebagai pemantul, dan permukaannya disalut dengan 457nm dan 914nm tinggi-filem pantulan, supaya cermin hujung kiri M₁ hablur Nd:YVO₄, cermin M dan cermin M₂ membentuk dua sudut V{49} yang bercerminan. lengan ≈10 darjah . Antaranya, suis acousto-Q-dimasukkan ke dalam lengan panjang L₁ yang dibentuk oleh cermin M₁ dan M, dan kristal LBO untuk generasi harmonik kedua dimasukkan ke dalam lengan pendek yang dibentuk oleh cermin M dan M₂, dan diletakkan pada jarak kira-kira 1mm dari pemantul M₂. Kristal LBO mempunyai saiz 4mm×4mm×15mm, dan kedua-dua hujung kristal disalut dengan filem pantulan anti-457nm, 914nm dan 1064nm. Panjang gelombang ayunan rongga resonans ini ialah 914nm. Selepas kekerapan digandakan oleh kristal LBO, panjang gelombang 457nm dijana, berayun dalam lengan pendek rongga resonans dan keluar dari plano-cermin cekung M. M₃ ialah cermin pemfokus 457nm, yang permukaannya disalut dengan filem anti- 457nm. Kristal BBO untuk generasi harmonik keempat diletakkan berhampiran titik fokus. Kedua-dua hujung kristal disalut dengan filem anti-pantulan 457nm dan 222nm. Selepas kekerapan digandakan oleh kristal BBO,jauh uv 222laser ultraungu boleh dihasilkan, dan laser 457nm dan 222nm dipisahkan oleh prisma pembahagi rasuk M₄.
Rajah 5.1 Persediaan Eksperimen 222nm Deep-Laser Ultraviolet 1-Sistem Gandingan Optik; 2-Nd:YVO₄ Modul Kristal Dibalut dalam Sinki Haba; Peranti Q-Switch 3-Acousto-Optic; 4-Output Cermin M; Peranti Kristal 5-LBO; 6-Pemantul M₂; Cermin Fokus 7-457nm M₃; 8-BBO Kristal; Prisma Pemisah 9 Rasuk.
5.1.2 Kaedah Pengukuran Parameter Laser
1. Panjang Gelombang Laser
Dalam pengukuran panjang gelombang keluaran laser, spektrometer NIR Ocean HR4000CG - UV - digunakan, yang meliputi julat panjang gelombang 200~1100nm dengan resolusi 0.75nm (lebar penuh pada separuh maksimum), dan rajah fizikal ditunjukkan dalam Rajah 5.2. Semasa pengukuran, pancaran laser dipantulkan atau melalui lembaran pengecilan ke dalam probe spektrometer, dan nilai panjang gelombangjauh uvc 222nmpancaran laser diperhatikan melalui paparan.
Rajah 5.2 Gambarajah Fizikal Lautan HR4000CG - UV - Spektrometer NIR
2. Kekerapan Ulangan Laser
Pilih pengesan foto yang tindak balas spektrumnya sepadan dengan panjang gelombang keluaran laser; pilih pengesan foto dan osiloskop yang sesuai mengikut julat lebar nadi keluaran laser. Kami menggunakan osiloskop model Tektronix TDS3054C, yang mempunyai lebar jalur 500MHz dan kadar pensampelan 5GS/s, seperti ditunjukkan dalam Rajah 5.3(a). Pengesan foto adalah pengesan silikon model THORLABS DET10A -, yang julat tindak balas spektrumnya ialah 200~1100nm, dan masa kenaikan ialah 1 ns, seperti ditunjukkan dalam Rajah 5.3(b).
Rajah 5.3 Rajah Fizikal Osiloskop dan Pengesan Foto (a) Osiloskop (b) Pengesan Foto
Biarkan nadi laser memasuki pengesan foto, dan buat pengesan foto berfungsi dalam julat linear. Laraskan sensitiviti dan kelajuan pengimbasan osiloskop supaya dua bentuk gelombang nadi laser yang stabil muncul pada skrin osiloskop. Catatkan selang masa t antara dua denyutan bersebelahan, dan ulangi pengukuran n (n Lebih daripada atau sama dengan 10) kali. Hitung kekerapan ulangan nadi f mengikut Formula (5.1): f=1∑i=1ntin (Hz) f=\\frac{1}{\\frac{\\sum_{i=1}^{n} t_i}{n}} \\ (Hz) f=}n∑i =1 dengan ti... selang masa antara dua denyutan bersebelahan dalam pengukuran ke--, unit: s; n ialah bilangan ukuran.
3. Lebar Denyut Laser
Pengukuran lebar nadi boleh merujuk kepada langkah-langkah pengukuran kekerapan ulangan. Biarkan nadi laser memasuki pengesan foto, dan pengesan foto berfungsi dalam julat linear. Bentuk gelombang masa nadi dipaparkan pada skrin osiloskop. Catatkan lebar nadi τi\\tau_iτi pada masa ini, dan ulangi ukuran n (n Lebih daripada atau sama dengan 10) kali. Kira lebar nadi τ\\tauτ mengikut Formula (5.2): τ=1n∑i=1nτi (ns) \\tau=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} \\tau_i \\ (ns) τ=n{1∑} (ns) τ=n{16} (n) τi\\tau_iτi ialah lebar nadi yang diukur dalam ukuran ke-i, unit: s; n ialah bilangan ukuran.
4. Kuasa Puncak Laser
Apabila mengira kuasa puncak, pertama sekali kita perlu mengukur kuasa purata laser. Terdapat dua jenis kuar yang digunakan untuk pengukuran, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5.4. Rajah (a) ialah meter kuasa laser OPHIR 30A - BB - 18, dengan julat pengukuran 10mW~30W dan ketepatan pengukuran 3%. Rajah (b) ialah meter kuasa laser UV OPHIR PD300R -, dengan julat pengukuran 20pW~300mW dan ketepatan pengukuran 10%.
Rajah 5.4 Meter Kuasa Laser (a) OPHIR 30A-BB-18 Meter Kuasa Laser (b) Meter Kuasa Laser OPHIR PD300R-UV
Semasa pengukuran, selaraskan probe meter kuasa laser dengan pancaran keluaran laser, hidupkan kuasa meter kuasa laser, pilih julat yang sesuai, dan tentukur titik sifarnya. Ukur dan rekod bacaan P meter kuasa sekali setiap masa tertentu mengikut spesifikasi produk, dan ulangi ukuran n (n Lebih besar daripada atau sama dengan 10) kali. Kirakan purata kuasa Pˉ\\bar{P}Pˉ laser mengikut Formula (5.3): Pˉ=1n∑i=1npi (W) \\bar{P}=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} p_i \\ (W) P}}ˉ{1‑n} (W) di mana: pip_ipi ialah purata kuasa yang diperolehi dalam pengukuran ke-i-, unit: W; n ialah bilangan ukuran.
Selepas memperoleh purata kuasa laser, hitung kuasa puncak PpkP_{pk}Ppk mengikut Formula (5.4): Ppk=Pˉf⋅τ (W) P_{pk}=\\frac{\\bar{P}}{f \\cdot \\tau} \\ (W) Ppk=ˉ≈ di mana Pˉ\\bar{P}Pˉ ialah purata kuasa, unit: W; f ialah kekerapan ulangan nadi, unit: Hz; τ\\tauτ ialah lebar nadi, unit: ns.
5. Kualiti Rasuk
Faktor kualiti rasuk diwakili oleh M², dan formula pengiraannya ialah M2=π4λ⋅d0⋅θ M^2=\\frac{\\pi}{4\\lambda} \\cdot d_0 \\cdot \\theta M2=4λπ⋅d0⋅θ λπ⋅d0⋅θ diameter 0⋅d_0 di mana: unit: nm; θ\\thetaθ ialah sudut beza rasuk medan jauh, unit: mrad; λ\\lambdaλ ialah panjang gelombang laser, unit: μm.
Penganalisis kualiti pancaran celah pengimbasan THORLABS BP209 - VIS digunakan untuk mengukurjauh uvc 222kualiti pancaran laser, dengan julat panjang gelombang operasi 200~1100nm, yang boleh mengukur rasuk berterusan dan berdenyut dengan kekerapan pengulangan tidak kurang daripada 10Hz. Kadar pengimbasan boleh ditetapkan kepada 2~20Hz, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5.5. Penganalisis rasuk celah pengimbasan mempunyai dram berputar dengan dua atau lebih pasang celah ortogon di dalamnya. Drum berputar di sekeliling paksi optik, menukar celah dalam arah X dan Y di hadapan pengesan, supaya celah pengimbasan melalui laluan optik. Dengan cara ini, isyarat kuasa yang diukur adalah berkaitan dengan kedudukan dram dan celah, dari mana diameter rasuk d dan profil keamatan dikira.
Rajah 5.5 Penganalisis Kualiti Rasuk
Sistem ujian analisis kualiti rasuk ditunjukkan dalam Rajah 5.6. Pengawal platform bergerak mempunyai ketepatan 3μm, yang mengawal panjang langkah penganalisis kualiti rasuk setiap kali untuk mendapatkan diameter rasuk did_idi pada kedudukan yang sepadan. Gantikan nilai Z pada kedudukan yang berbeza dalam arah penghantaran pancaran laser dan diameter titik sepadannya ke dalam Formula (5.6) untuk mengira nilai pekali A, B dan C, iaitu d2=A+B⋅Z+C⋅Z2 d^2=A + B \\cdot Z + C \\cdot Z^2} d{+C \\cdot Z^2} d2=A+B⋅Z+C⋅Z2 d^2=A + B \\cdot Z + C \\cdot⋋3}}
Rajah 5.6 Sistem Ujian Analisis Kualiti Rasuk
Daripada nilai pekali A, B dan C, objek-diameter pinggang sisi d0d_0d0, sudut perbezaan rasuk θ\\thetaθ dan faktor kualiti rasuk M² boleh dikira. Formula pengiraan ialah d0=A−B24C d_0=\\sqrt{A - \\frac{B^2}{4C}} d0=A−4CB2 θ=C \\theta=\\sqrt{{1} θ M2=πλA⋅C−B24 M^2=\\frac{\\pi}{\\lambda} \\sqrt{A \\cdot C - \\frac{B^2}{4}} M2=λπA⋅C−4B2
5.2 Eksperimen pada Laser Keadaan Pepejal 222nm-
5.2.1 457nm Output Laser Berterusan
Kuasa keluaran dan kualiti pancaran laser berterusan 457nm adalah faktor utama yang mempengaruhi prestasi output nadinya dan pemerolehanjauh uv 222laser dengan kekerapan extracavity menggandakan, tidak seperti yang baru munculLED 222nmteknologi yang menawarkan sumber jauh-UVC alternatif. Menurut penyelidikan teori dalam bab sebelumnya, persediaan ini mengoptimumkan keadaan untuk cekapjauh uvc 222nmpenjanaan melalui kaedah-keadaan pepejal.
