Estudio experimental sobre lámpara ultravioleta profunda de 222 nm-láser de estado sólido-bombeado
5.2.2 Salida del láser de lámpara de onda continua-de 222 nm
La frecuencia-del láser de onda-continua de 457 nm se duplicó fuera de la cavidad utilizando un cristal BBO emparejado de fase-tipo-I. Se adoptó un esquema de enfoque de lente simple-para duplicar la frecuencia extracavitaria. Para maximizar la eficiencia de la generación del segundo armónico (SHG) del láser de 457 nm, se siguió la condición de enfoque óptima definida por Boyd y Kleinman [1]:
2Z_R L = 2.84 (5.10)
donde L es la longitud del cristal no lineal y Z_R es la longitud de Rayleigh del haz enfocado. En función de esta condición y de la calidad del haz medida de la salida de 457 nm, se seleccionaron la distancia focal apropiada de la lente de enfoque M3, la longitud del cristal BBO y sus posiciones relativas. En este experimento, la lente de enfoque M3 tenía una longitud focal de 150 mm y la longitud del cristal BBO era de 8 mm.
El láser de onda continua- de 457 nm se enfocó mediante la lente M3 y se pasó a través del cristal BBO para generar un láser ultravioleta- profundo de lámpara de 222 nm. El espectro del láser se midió utilizando un espectrómetro Ocean HR4000CG-UV-NIR, como se muestra en la Figura 5.10. El espectro muestra claramente la fundamental de 457 nm, el segundo armónico de la lámpara de 222 nm y las líneas de bomba residuales de 808 nm. Después de pasar a través de un divisor de haz dicroico, los haces de lámpara separados de 457 nm y 222 nm produjeron puntos de fluorescencia visibles en papel blanco, como se muestra en la Figura 5.11.
Cuando la potencia de onda-continua de 457 nm fue de 2,6 W, la potencia de salida del láser ultravioleta-profundo de la lámpara de 222 nm alcanzó 6 mW. La relación entre la potencia de salida de la lámpara de 222 nm y la potencia inyectada de 457 nm se muestra en la Figura 5.12. La Figura 5.13 muestra el perfil del haz de la lámpara láser de 222 nm a máxima potencia de salida, medido con un perfilador de haz de hendidura de escaneo THORLABS BP209-VIS. El haz era elíptico debido al gran ángulo de salida de la luz del segundo armónico de 222 nm generada en el cristal BBO. La Figura 5.14 muestra la prueba de estabilidad de la lámpara láser de 222 nm durante 2 horas con una potencia de salida de 6 mW, arrojando una estabilidad de potencia del 2,2%.
Salida de láser pulsado de 5.2.3 457 nm
Para aumentar la eficiencia de duplicación de la frecuencia extracavitaria-para generar un láser de lámpara de 222 nm, se insertó un interruptor Q-acústico{2}}óptico en el brazo L1 del resonador, basándose en el láser de onda-continua de 457 nm descrito anteriormente. Antes de habilitar el cambio Q-, la posición y el ángulo del cristal del interruptor Q-óptico-acústico se ajustaron cuidadosamente para garantizar que el haz oscilante pasara a través de la región de difracción óptima, de modo que la potencia de salida de 457 nm de la onda-continua permaneciera casi sin cambios en comparación con el caso sin el interruptor Q-.
Para lograr el láser pulsado de 457 nm de potencia máxima máxima, la tasa de repetición se configuró en 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz y 20 kHz, y la potencia de salida promedio y el ancho del pulso se midieron con diferentes potencias de bomba. El rendimiento fue deficiente a 5 kHz y 20 kHz porque, para este láser, las tasas de repetición demasiado altas o demasiado bajas son desfavorables para convertir de manera eficiente la población invertida en salida de láser.
Las figuras 5.15 y 5.16 muestran la potencia promedio y el ancho de pulso del láser pulsado de 457 nm como funciones de la potencia de la bomba inyectada a velocidades de repetición de 10 kHz y 15 kHz, respectivamente. La potencia promedio aumentó con la potencia de la bomba, mientras que el ancho del pulso disminuyó:
Con una frecuencia de repetición de 10 kHz y una potencia de bomba de 41 W, la potencia promedio máxima fue de 600 mW, con un ancho de pulso de 50 ns, correspondiente a una potencia máxima de 1,2 kW.
Con una frecuencia de repetición de 15 kHz y una potencia de bomba de 41 W, la potencia promedio máxima fue de 661 mW, con un ancho de pulso de 62 ns, correspondiente a una potencia máxima de 710 W.
Por lo tanto, la potencia máxima más alta del láser pulsado de 457 nm se obtuvo con una frecuencia de repetición de 10 kHz. La Figura 5.17 muestra el perfil del haz y la calidad del haz a 10 kHz y 600 mW de potencia promedio. El láser funcionó en modo TEM₀₀, pero el punto era ligeramente elíptico debido al astigmatismo introducido por el espejo plegable en ángulo en la cavidad en forma de V-. Al ajustar los datos del radio del haz en diferentes posiciones con una función cuadrática, los factores M² fueron aproximadamente 1,15 (horizontal) y 1,31 (vertical).
5.2.4 222 nm de profundidad de lámpara-Salida de láser pulsado ultravioleta
Utilizando el láser pulsado de 457 nm optimizado (radio del punto de bombeo ≈ 200 μm, longitudes de brazo L1 ≈ 83 mm y L2 ≈ 31 mm, tasa de repetición 10 kHz) que proporcionó la potencia máxima más alta, se realizó la duplicación de frecuencia con el mismo cristal BBO para generar un láser pulsado de lámpara de 222 nm.
Debido a que la calidad del haz del láser pulsado de 457 nm difería ligeramente del caso de onda-continua, las posiciones de la lente de enfoque M3 y el cristal BBO se ajustaron finamente-para garantizar que la longitud de Rayleigh coincidiera con la longitud del cristal, maximizando así la eficiencia de SHG. Finalmente, se obtuvo una lámpara láser pulsada de 222 nm con una potencia promedio máxima de 35 mW y un ancho de pulso de 36 ns (medido directamente en el detector). El espectro del láser ultravioleta se muestra en la Figura 5.18. La potencia de salida promedio del láser pulsado de lámpara de 222 nm aumentó con la potencia pulsada de 457 nm inyectada, como se muestra en la Figura 5.19. La Figura 5.20 muestra el punto del haz de un láser pulsado con lámpara de 222 nm a la potencia de salida promedio más alta.
Leyendas de figuras (traducidas)
Higo. 5.9Calidad del haz y perfil del punto del láser de onda continua-de 457 nm a máxima potencia de salida (ver placa de color): etiquetado como "● dirección x-M²=1.2, ■ dirección y-M²=1.13"; Eje x-: posición a lo largo del eje de propagación (mm); Eje y-: diámetro del haz (mm).
Higo. 5.10Espectro láser; eje x-: longitud de onda (nm); Eje y-: Intensidad.
Higo. 5.11Puntos de fluorescencia excitados sobre papel blanco: etiquetados como "divisor de haz dicroico, lámpara de 457 nm, 222 nm".
Higo. 5.12potencia de salida de onda continua- de lámpara de 222 nm frente a potencia inyectada de 457 nm; Eje x-: potencia inyectada de 457 nm (W); Eje y-: potencia de salida de la lámpara de 222 nm (mW).
Higo. 5.13Perfil del haz de una lámpara láser de onda continua-de 222 nm a máxima potencia (ver placa de colores).
Higo. 5.14Prueba de estabilidad de una lámpara láser de onda continua-de 222 nm a 6 mW durante 2 horas; eje x-: tiempo (min); Eje y-: potencia media (mW).
Higo. 5.15A una frecuencia de repetición de 10 kHz, potencia promedio del láser pulsado de 457 nm y ancho de pulso frente a la potencia de la bomba; etiquetado como "f=10 kHz".
Higo. 5.16A una frecuencia de repetición de 15 kHz, potencia promedio del láser pulsado de 457 nm y ancho de pulso frente a la potencia de la bomba.
Higo. 5.17Perfil y calidad del haz de un láser pulsado de 457 nm a 10 kHz y 600 mW de potencia media (ver placa de color): etiquetado como "● dirección x-M²=1.15, ■ dirección y-M²=1.32"; Eje x-: posición a lo largo del eje de propagación (mm); Eje y-: diámetro del haz (mm).
Higo. 5.18Espectro láser ultravioleta; eje x-: longitud de onda (nm); Eje y-: intensidad.
Higo. 5.19A 10 kHz, potencia de salida promedio del láser pulsado de lámpara de 222 nm frente a potencia pulsada inyectada de 457 nm; Eje x-: potencia inyectada de 457 nm (mW); Eje y-: potencia de salida de la lámpara de 222 nm (mW).
Higo. 5.20Haz puntual de lámpara láser pulsada de 222 nm a máxima potencia media.
