סיכויי יישום של לייזר 222nm בתחום ייצור מכשירים פוטוניים 4

סיכויי יישום של לייזר 222nm בתחום ייצור מכשירים פוטוניים 4

צפיפות הספק ובחירת גבישים באורכים מתאימים

בעת בחירת גבישי הכפלה של-תדר לא ליניארי, בנוסף להתחשבות בגורמים המשפיעים לעיל, בדרך כלל, יש לעמוד בדרישות הבאות:

① ערך שבירה דו-פעמית בינונית (כאשר מאמצת התאמת פאזה של זווית, צריכה להיות זווית התאמת פאזה);

② זווית ההליכה- הקטנה ביותר האפשרית;

③ גדול ככל האפשר טמפרטורה, זווית ורוחב פס קבלה ספקטרלי;

④ טווח אורך גל שקוף רחב שאינו משפיע על יעילות ההמרה הלא ליניארית (במיוחד עבור הרצועה האולטרה סגולה);

⑤ סף נזק גבוה יחסית;

⑥ קל לגידול ועלות הכנה נמוכה;

⑦ תכונות פיסיקליות וכימיות מצוינות ויציבות מכנית.

מחקר זה משתמש בעיקר בגבישי הכפלת-תדר לא ליניארי כדי ליצור את ההרמוניה השנייה, כולל יישומים שבהם אור uvc רחוק של 222 ננומטר למכירה יכול להפיק תועלת מהתקדמות שכזו. בתהליך של הכפלת התדר עם גבישי הכפלת-תדר לא ליניארי, כדי לשפר את יעילות הכפלת התדר-, זהו תנאי הכרחי שאור התדר הבסיסי והאור הכפול של התדר- יעמדו בתנאי התאמת הפאזה. ישנן שתי שיטות להשגת התאמת פאזה: התאמת פאזה קריטית (זווית) ולא-קריטית (טמפרטורה). בדרך כלל, התאמת פאזות הטמפרטורה יכולה להשיג יעילות-תדר גבוהה יותר ואיכות אלומה טובה יותר, אך היא דורשת תיבת בקרת טמפרטורה, וכתוצאה מכך מבנה מורכב, נפח גדול ועלות גבוהה. לכן, במחקר זה נעשה שימוש בגבישים לא ליניאריים בהתאמת שלב זווית. המאפיינים של גבישי הכפלה-תדר לא ליניארי המשמשים ליצירת אור כחול של 457 ננומטר ואור אולטרה סגול עמוק של 222 ננומטר, כגון אור 222 ננומטר, מסוכמים בטבלה 1.7.

טבלה 1.7 מאפיינים של תדר לא ליניארי-הכפלת גבישים המסוגלים ליצור לייזרים של 457nm ו-222nm

ליתיום טטרבוראט LiB₃O₅ (LBO) וביסמוט בוראט BiB₃O₅ (BiBO) הם שני גבישי הכפלה-תדרים לא-לינארים מסחריים שיכולים לממש הכפלת תדר בפס האינפרא-אדום הקרוב- כדי ליצור אור כחול, שעלול לתמוך במוצרי אור כמו far 2 uvnc. בדור -ההרמוני השני (SHG) של לייזר 914nm, למרות של-BiBO יש מקדם לא ליניארי גדול של 3.44pm/V, זווית ההליכה הגדולה שלו-של 44.99mrad מובילה לאיכות קרן ירודה של נקודת האור המתקבלת, ובכך מפחיתה את-היעילות של התדר. לכן, גביש BiBO אינו משמש בניסוי זה.

Deep Ultraviolet 222nm Solid{1}}טכנולוגיית לייזר

LBO נבחר כגביש -הדור השני של הדור ההרמוני במחקר זה מכיוון שיש לו זווית הליכה קטנה-של 12.48mrad, מה שהופך אותו לאידיאלי להפקת אור uvc של 222nm. למרות של-LBO יש מקדם לא-ליניארי קטן של 0.803pm/V, ניתן לפצות על המקדם הלא-ליניארי הקטן יחסית על-ידי הארכת אורך ה-LBO. כיום, הגבישים הלא ליניאריים הנפוצים להכפלת תדר האולטרה סגול הם בעיקר גבישי β−BaB₂O₄ (BBO) ו-CsLiB₆O₁₀ (CLBO). ביניהם, גביש CLBO הוא בעל מקדם לא ליניארי גבוה יחסית, זווית הליכה- קטנה וכמעט ללא בליעת לייזר ברצועת האולטרה סגול, דבר המסייע ליצירת פלט אור אולטרה סגול בעל ביצועים גבוהים, כולל גרסאות כמו אור uvc רחוק של 222 ננומטר למכירה. עם זאת, גביש CLBO אינו יכול להשיג התאמת פאזה ב-457nm (לדור הרמוני- שני). גבישי RbBe₂BO₃F₂ (RBBF) ו-KBe₂BO₃F₂ (KBBF) יכולים גם ליצור לייזר 222nm באמצעות הכפלת תדר, אך המקדמים הלא-לינארים היעילים שלהם קטנים, וטכנולוגיית הצמיחה שלהם עדיין צריכה להשתפר. הם לא יצרו מוצרים מסחריים, מה שלא תורם להשגת-תפוקת לייזר אולטרה סגול ביעילות גבוהה, בניגוד לאפשרויות נגישות יותר כגון אור uvc רחוק 222 ננומטר אמזון. בהשוואה לגבישים אחרים, גביש BBO הוא גביש לא ליניארי מצוין עם מקדם לא ליניארי יעיל גדול, סף נזק גבוה וטווח אורכי גל רחב של העברת אור. הביצועים האופטיים שלו יציבים מאוד. זהו גביש מסחרי הנמצא בשימוש הנפוץ ביותר ליצירת לייזרים אולטרה סגול ועמוקים כיום, כגון אור 222nm, ומחירו בינוני. לכן, במחקר זה, BBO נבחר כגביש הדור ההרמוני-הרביעי. התיאוריה המפורטת של אופטיקה לא ליניארית ועיצוב הפרמטרים של גבישי הכפלה-תדרים של LBO ו-BBO יובאו בפירוט בפרק 4.

בהתבסס על הניתוח והבחירה שלעיל של מדיות רווח לייזר שונות, שיטות שאיבת LD, חללי תהודה, שיטות מיתוג Q-ומאפייני גבישים-לא ליניאריים של תדר לא-ליניארי, המסלול הטכני של עבודה זו מוצע: LD end-שאיבה Nd:YVO₄ וטכנולוגיית{4}Qwitch{3} משמשת{3} פעולת פעימה של לייזר 914nm. חלל תהודה לייזר בצורת AV-ותדר LBO-גביש הכפול משמשים ליצירת הרמונית שנייה-תוך חלל כדי להשיג פלט לייזר של 457nm. לאחר מכן, נעשה שימוש בשיטת מיקוד הגביש והעדשה של BBO להכפלת תדר החוץ של אור כחול של 457 ננומטר למימוש פלט לייזר אולטרה סגול עמוק של 222 ננומטר, שיכול לעורר התפתחויות ביישומי אור uvc של 222 ננומטר.

איור 1.15 תרשים סכמטי של המבנה הבסיסי של לייזר מוצק-למימוש לייזר אולטרה סגול עמוק 222nm

(תוכן הדיאגרמה: מקור משאבת LD → מערכת צימוד → M₁ → Nd:YVO₄ → Acousto-מתג Q-אופטי → M₂ (LBO) → M → M₃ → BBO → M₄ → 2222nm)nm; עם 945sm)nm עם לייזר מסומן

פרק 1 מבוא

1.5 תוכן עיקרי של ספר זה

ספר זה מציג בעיקר את טכנולוגיית הלייזר המוצק- להפקת לייזר אולטרה סגול עמוק ב-222nm דרך הדור הרביעי של -הקו הספקטרלי של 914nm של מערכת Nd:YVO₄ quasi-three-עם יעילות גבוהה ומבנה קומפקטי, הרלוונטית לשווקים מתעוררים של sale uvn.c. הספר מורכב מ-6 פרקים, והמבנה והתכנים העיקריים הם כדלקמן.

פרק 1 מבוא

הוא מציג את הרקע המחקרי והמשמעות של לייזרים בפס 222nm אולטרה סגול עמוק, את היסטוריית הפיתוח של כל הלייזרים מוצקים-, ומתמקד בטכנולוגיות ההטמעה העיקריות ובסקירת הפיתוח של כל הלייזרים האולטרה סגולים העמוקים-מוצקים-. בהתבסס על כך, מוצע המסלול הטכני שאומץ בספר זה, ומצביעים על הבעיות העיקריות של תכנית זו וכיוון המחקר של ספר זה.

פרק 2 תיאוריה וניתוח אפקט תרמי של לייזר Nd:YVO₄ 914nm

החל ממשוואת קצב הלייזר למחצה-של שלוש-הרמות במצב יציב, מוצגות אפקט הספיגה החוזרת של גביש לייזר Nd:YVO₄, ההשפעה של יחס הגודל של נקודת המשאבה לרדיוס המותניים של קרן מתנודדת ואורך הגביש על ביצועי פלט הלייזר של 914nm. החל מתיאוריית הולכת החום, נוצר מודל של לייזר Nd:YVO₄ LD קצה-שאוב 914nm. כאשר חלוקת אור המשאבה היא גאוסית, התמיסה מתקבלת בשיטה אנליטית. הפרופורציות של שלושת הגורמים, כלומר הפרש אינדקס השבירה של הטמפרטורה, שבירה דו-מתחת והתרחבות תרמית של קצה הגביש, ביצירת אפקט העדשה התרמית בתוך תווך ההגברה מושווים, ואורך המוקד התרמי שלו נמדד בניסוי בשיטת חלל התהודה המקבילה במישור-.

פרק 3 Acousto-Optic Q-טכנולוגיית מיתוג ו-V-עיצוב חלל תהודה בצורת

נוצר מודל תיאורטי של משוואת הקצב האקוסטו-אופטית Q-914nm Nd:YVO₄, והגורמים המשפיעים על רוחב פולס הלייזר מנותחים. באמצעות חישוב וסימולציה מספריים, נבדק הקשר בין מספר החלקיקים ברמת האנרגיה העליונה והתחתון, רוחב הפולס ואנרגיית הפולס-היחידה של הלייזר האקוסטי-אופטי Q- 914nm Nd:YVO₄ ועוצמת המשאבה ותדירות החזרה. טכנולוגיית בקרה עקבית-עצמית המשתמשת בהשפעות תרמיות על איכות האלומה מוצעת לתכנון פרמטרים של חלל תהודה. באמצעות תיאוריית מטריצת השידור הסטנדרטית של ABCD ותנאי היציבות של חלל התהודה, מנותחת ונידון בפירוט השונות של גודל הנקודה המתנודדת במיקומים שונים בחלל מקופל שלושת-המראה של הלייזר עם אורך חלל המשנה.

פרק 4 תדר לא ליניארי-תיאוריית הכפלה ותדירות-עיצוב קריסטל כפול

החל מהמשוואות של מקסוול, מנגנון היצירה של אפקטים אופטיים לא ליניאריים, כמו גם תנאי התאמת הפאזות להכפלת תדר הגבישים מסוג I וסוג II, מנותחים באופן שיטתי באמצעות מודל לורנץ, משוואת מקדם השבירה ותיאוריית האינטראקציה בין גלים אלקטרומגנטיים לחומרים חומריים. בשילוב עם משוואת הפיזור והביטוי של המקדם הלא-ליניארי האפקטיבי, זוויות התאמת הפאזות והמקדמים הלא-לינאריים האפקטיביים של גבישי הכפלה של תדר LBO/BBO המשמשים ליצירת לייזרים של 457nm ו-222nm מחושבים באופן מספרי.

Deep Ultraviolet 222nm Solid{1}}טכנולוגיית לייזר

פרק 5 ניסוי של לייזר אולטרה סגול עמוק 222nm מוצק-

בהתבסס על המחקר התיאורטי ועיצוב הפרמטרים בפרקים הקודמים, מתבצע הניסוי של ייעול לייזר 222nm. ראשית, בהתחשב בהתאמת מצבים, ניסוי האופטימיזציה של לייזר רציף 457nm מתבצע כדי להשיג פלט לייזר רציף של 457nm עם הספק גבוה יחסית ואיכות קרן טובה. לאחר מכן, על ידי בחירת עדשת מיקוד בעלת אורך מוקד מתאים, אורך גביש ה-BBO ומיקום המיקום שלהם, מתבצעת הכפלת תדר ממוקד חוץ של לייזר 457nm להשגת לייזר רציף של 222nm. על בסיס הלייזר הרציף של 457 ננומטר, בשילוב עם טכנולוגיית מיתוג Q-acousto-אופטית, תדר האפונון משתנה כדי למצוא את פלט הלייזר הפועם של 457nm עם הספק השיא המרבי. לאחר מכן, הוא ממוקד על ידי עדשת חלל חוץ, ולייזר פועם של 222nm נוצר באמצעות הכפלת תדר על ידי גביש BBO. בנוסף, מבוצע מחקר ניסיוני על אי-אקטיבציה של חיידקים באמצעות לייזר דופק של 222 ננומטר, המתיישר עם שימושים מעשיים של אור uvc רחוק 222 ננומטר למכירה ואור 222 ננומטר.