5.1 222nm固体レーザーの実験スキーム-
5.1.1 レーザーシステムの実験セットアップ
の実験セットアップ遠UVC 222nm深紫外レーザーは図 5.1 に示されています。このレーザーは V- 型の共振空洞構造を採用しており、空洞内で第 2 高調波が発生し、空洞の外側で第 4 高調波が発生します。ポンプ光源は、最大出力 110W のファイバー結合レーザー ダイオード アレイです。{4}ポンプ光の中心波長は温度調整によりNd:YVO4の吸収中心波長と一致し、コリメート・集光システムにより半径200μmのポンプスポットに集光され、Nd:YVO4結晶に注入されます。結合システムは、曲率半径 R=10 mm の 2 つの平凸面鏡 - と 45 度の偏光子で構成されます。 Nd:YVO4 結晶にドーピングされた Nd3+ の原子分率は 0.1%、そのサイズは 4mm×4mm×5mm です。左端には 808nm、1064nm の反射防止フィルム-と 914nm の高反射-フィルムがコーティングされており、右端には 914nm、1064nm、1342nm の反射防止フィルムがコーティングされています-。レーザー結晶の側面はインジウム箔の層で包まれ、赤銅のヒートシンクに取り付けられ、循環水チラーによって温度制御が行われます。結晶の十分な放熱を確保するには、結晶の 4 つの側面がチラーの水流と完全に接触していることを確認する必要があります。出力ミラーには曲率半径 50mm の平凹面鏡 M を使用します。その凹面は 914nm の高反射膜と 457nm、1064nm、1342nm の反射防止膜でコーティングされており、その平面は 457nm、914nm、1064nm、1342nm の反射防止膜でコーティングされています。-。反射鏡には曲率半径200mmの平面鏡M₂を使用し、その表面に457nmと914nmの高反射膜をコーティングしてあり、Nd:YVO₄結晶の左端ミラーM₁、ミラーM、ミラーM₂でV-形の共振空洞を形成し、両アーム間の角度は約10°である。程度が異なります。このうち、ミラーM₁とMで構成される長腕L₁には音響{52}}光学Q-スイッチが挿入され、ミラーMとM₂で構成される短腕には第二高調波発生用のLBO結晶が挿入され、反射鏡M₂から約1mmの距離に配置されている。 LBO結晶の大きさは4mm×4mm×15mmで、結晶の両端には457nm、914nm、1064nmの反射防止膜がコーティングされています。この共振空洞の発振波長は914nmです。 LBO結晶によって周波数が2倍になった後、457nmの波長が生成され、共振空洞の短アームで発振し、平凹面-Mから出ます。M₃は457nmの集束鏡であり、その表面は457nmの反射防止膜でコーティングされています。焦点付近に第4高調波発生用のBBO結晶を配置。結晶の両端は457nmと222nmの反射防止膜でコーティングされています。-。 BBOクリスタルによる周波数2倍化後、遠紫外線222紫外レーザーを生成することができ、457nm と 222nm レーザーはビームスプリッタープリズム M4 によって分離されます。
図 5.1 深さ 222nm-紫外線レーザー 1- 光結合システムの実験セットアップ。 2-Nd:YVO₄ 水晶モジュールをヒートシンクで包みます。 3 音響光学 Q スイッチ デバイス。 4出力ミラーM; 5-LBO 水晶デバイス。 6-リフレクター M₂; 7-457nm 集束ミラー M₃; 8-BBO クリスタル。 9ビームスプリッタープリズム。
5.1.2 レーザーパラメータの測定方法
1. レーザー波長
レーザー出力波長の測定には、Ocean HR4000CG - UV - NIR 分光計が使用され、分解能 0.75nm (半値全幅) で 200 ～ 1100nm の波長範囲をカバーします。物理図を図 5.2 に示します。測定中、レーザー光は反射または減衰シートを通過して分光計プローブに入り、その波長値は遠UVC 222nmレーザー光線がディスプレイを通して観察されます。
図 5.2 海洋 HR4000CG - UV - NIR 分光計の物理図
2. レーザーの繰り返し周波数
スペクトル応答がレーザーの出力波長と一致する光検出器を選択します。レーザーの出力パルス幅の範囲に応じて、適切な光検出器とオシロスコープを選択してください。図 5.3(a) に示すように、帯域幅 500MHz、サンプリング レート 5GS/s のモデル Tektronix TDS3054C のオシロスコープを使用します。光検出器はモデル THORLABS DET10A - シリコン検出器で、図 5.3(b) に示すように、スペクトル応答範囲は 200~1100nm、立ち上がり時間は 1ns です。
図 5.3 オシロスコープと光検出器の物理図 (a) オシロスコープ (b) 光検出器
レーザーパルスを光検出器に入射させ、光検出器を線形範囲で動作させます。オシロスコープの画面に 2 つの安定したレーザー パルス波形が表示されるように、オシロスコープの感度とスキャン速度を調整します。 2 つの隣接するパルス間の時間間隔 t を記録し、測定を n (n は 10 以上) 回繰り返します。式(5.1)に従ってパルス繰り返し周波数 f を計算します: f=1∑i=1ntin (Hz) f=\\frac{1}{\\frac{\\sum_{i=1}^{n} t_i}{n}} \\ (Hz) f=n∑i=1n ti 1 (Hz) ここで: tit_iti は、i- 番目の測定における 2 つの隣接するパルス間の時間間隔、単位: s; n は測定の数です。
3. レーザーパルス幅
パルス幅の測定は、繰り返し周波数の測定ステップを参照できます。レーザーパルスを光検出器に入射させると、光検出器は線形範囲で動作します。パルス時間波形がオシロスコープ画面に表示されます。このときのパルス幅 τi\\tau_iτi を記録し、測定を n (n 以上 10) 回繰り返します。式 (5.2) に従ってパルス幅 τ\\tauτ を計算します: τ=1n∑i=1nτi (ns) \\tau=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} \\tau_i \\ (ns) τ=n1 ∑i=1n τi (ns) ここで: τi\\tau_iτi は i- 回目の測定で測定されたパルス幅、単位: s; n は測定の数です。
4. レーザーのピークパワー
ピークパワーを計算するときは、まずレーザーの平均パワーを測定する必要があります。測定に使用するプローブは図 5.4 に示す 2 種類があります。図 (a) は OPHIR 30A - BB - 18 レーザー パワー メーターで、測定範囲は 10mW ～ 30W、測定精度は 3% です。図 (b) は OPHIR PD300R - UV レーザー パワー メーターで、測定範囲は 20pW ～ 300mW、測定精度は 10% です。
図 5.4 レーザー パワー メーター (a) OPHIR 30A-BB-18 レーザー パワー メーター (b) OPHIR PD300R-UV レーザー パワー メーター
測定中は、レーザーパワーメーターのプローブをレーザーの出力ビームに合わせ、レーザーパワーメーターの電源をオンにし、適切なレンジを選択し、そのゼロ点を校正します。パワーメータの指示値 P を製品仕様に従って一定時間ごとに測定し記録し、測定を n (n 以上 10) 回繰り返します。式(5.3)に従ってレーザーの平均パワー Pˉ\\bar{P}Pˉ を計算します: Pˉ=1n∑i=1npi (W) \\bar{P}=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} p_i \\ (W) Pˉ=n1 ∑i=1n pi (W) ここで: pip_ipi は i- 回目の測定で得られた平均パワー、単位: W; n は測定の数です。
レーザーの平均パワーを取得した後、式 (5.4) に従ってピークパワー PpkP_{pk}Ppk を計算します: Ppk=Pˉf⋅τ (W) P_{pk}=\\frac{\\bar{P}}{f \\cdot \\tau} \\ (W) Ppk =f⋅τPˉ (W) ここで、 Pˉ\\bar{P}Pˉ は平均電力、単位: W。 f はパルス繰り返し周波数、単位: Hz; τ\\tauτ はパルス幅で、単位は ns です。
5. ビーム品質
ビーム品質係数は M² で表され、その計算式は M2=π4λ⋅d0⋅θ M^2=\\frac{\\pi}{4\\lambda} \\cdot d_0 \\cdot \\theta M2=4λπ ⋅d0 ⋅θ ここで、 d0d_0d0 はウエスト幅またはウエスト直径、単位は nm、 θ\\thetaθ は遠視野ビーム発散角です。単位: mrad。 λ\\lambdaλ はレーザー波長で、単位は μm です。
THORLABS BP209 - VIS スキャニング スリット ビーム品質アナライザーを使用して、ファー UVC 222動作波長範囲が200～1100nmで、繰り返し周波数が10Hz以上の連続ビームおよびパルスビームを測定できるレーザービームの品質。図 5.5 に示すように、スキャン速度は 2 ～ 20Hz に設定できます。スキャニングスリットビームアナライザは、内部に2対以上の直交スリットを備えた回転ドラムを備えています。ドラムが光軸を中心に回転し、検出器前でスリットをX方向、Y方向に変化させ、走査スリットが光路を通過します。このようにして、測定されたパワー信号はドラムとスリットの位置に関連付けられ、そこからビーム直径 d と強度プロファイルが計算されます。
図 5.5 ビーム品質アナライザー
ビーム品質解析試験システムを図 5.6 に示します。移動プラットフォームコントローラーの精度は3μmで、毎回ビーム品質アナライザーのステップ長を制御して、対応する位置でのビーム直径did_idiを取得します。レーザー光の透過方向の各位置の Z 値とそれに対応するスポット径を式 (5.6) に代入して、係数 A、B、C の値 d2=A+B⋅Z+C⋅Z2 d^2=A + B \\cdot Z + C \\cdot Z^2 d2=A+B⋅Z+C⋅Z2 を計算します。
図5.6 ビーム品質解析試験システム
係数 A、B、C の値から、物体側ウエスト直径 d0d_0d0、ビーム発散角 θ\\thetaθ、ビーム品質係数 M² を計算できます。計算式は d0=A−B24C d_0=\\sqrt{A - \\frac{B^2}{4C}} d0 =A－4CB2 θ=C \\theta=\\sqrt{C} θ=C M2=πλA⋅C－B24 M^2=\\frac{\\pi}{\\lambda} \\sqrt{A \\cdot C - \\frac{B^2}{4}} M2=λπ A⋅C－4B2
5.2 222nm固体レーザーの実験-
5.2.1 457nm 連続レーザー出力
457nm 連続レーザーの出力パワーとビーム品質は、パルス出力性能とレーザー光の取得に影響を与える重要な要素です。遠紫外線222エマージングとは異なり、キャビティ外の周波数を倍増することによるレーザー222nm LED代替の遠 UVC 光源を提供するテクノロジー-。前の章の理論的研究によると、このセットアップは効率的な作業のための条件を最適化します。遠UVC 222nmソリッドステート方式による生成。-
