Узнайте о технологии ультрафиолетовых лазеров мощностью 10 Вт в одной статье

 

Интерес к коротковолновым непрерывным источникам ультрафиолетового (УФ) света вырос за последнее десятилетие. Ультрафиолетовый лазер с диапазоном длин волн 200-280 нм и непрерывным выходом имеет преимущества короткой длины волны, большой энергии фотонов, небольшого эффекта дифракции, высокой разрешающей способности и небольшого теплового эффекта.

 

Коротковолновые УФ-лазеры очень подходят для научных исследований, промышленности и разработки систем OEM и могут использоваться для поглощения флуоресценции, спектроскопии комбинационного рассеяния, генетического тестирования, когерентного измерения, биохимии, медицинской диагностики и лечения, безопасности пищевых продуктов, быстрого прототипирования, прецизионная микрообработка, 3D-печать и другие приложения. Обеспечьте идеальный источник света. Объем памяти дисков, изготовленных на основе коротковолновых ультрафиолетовых лазеров, в 20 раз выше, чем у лазеров синего света. Поэтому японские производители компьютерного оборудования прилагают все усилия, чтобы применить коротковолновые ультрафиолетовые лазеры и коротковолновые ультрафиолетовые лазерные трубки в технологии хранения компьютерных данных, чтобы значительно увеличить емкость хранения данных.

 

Причина, по которой коротковолновые ультрафиолетовые лазеры превосходят инфракрасные лазеры и лазеры видимого диапазона, заключается в том, что коротковолновые ультрафиолетовые лазеры могут напрямую разрушать химические связи, обрабатывающие вещества, которые соединяют атомарные компоненты веществ, не разрушая окружающую среду. Как правило, в непрерывных УФ-лазерах используется обычная газовая лазерная технология или твердотельная лазерная технология с синхронизацией мод, но они обеспечивают только квази-непрерывную работу. Пиковая мощность, создаваемая этими лазерами с синхронизацией мод, обычно находится в диапазоне киловатт, что сильно ограничивает применение коротковолновых УФ-лазеров в биологической области.

 

Полностью твердотельные твердотельные лазеры с накачкой лазерными диодами за последнее десятилетие не только увеличили мощность, оптимизировали качество режима, но и привели к лучшей стабильности направления. По сравнению с другими типами лазеров он отличается высокой эффективностью, надежной работой, лучшим качеством луча и стабильной мощностью.

ультрафиолетовый лазер  | зеленый лазер  | Ультрафиолетовые лазеры  | ультрафиолетовый лазер dpss  | наносекундный лазер  | УФ лазерный источник  | Твердотельные лазеры

В будущем коротковолновая ультрафиолетовая лазерная технология приведет к развитию нового поколения нанотехнологий, материаловедения, биотехнологии, химического анализа, физики плазмы и других дисциплин. От коротковолнового ультрафиолетового лазера до инфракрасного лазера оптоэлектронные технологии станут важной основой для человеческого развития, а коротковолновые ультрафиолетовые лазерные технологии станут новой областью исследований и приложений.

 

261-нм коротковолновая УФ-лазерная технология непрерывного действия

 

Традиционный способ генерации коротковолновых УФ лазерных линий

 

Из-за высокой энергии коротковолновых ультрафиолетовых фотонов трудно создать определенный мощный непрерывный коротковолновый ультрафиолетовый лазер посредством возбуждения внешнего источника возбуждения. Таким образом, коротковолновый непрерывный ультрафиолетовый лазер обычно генерируется методом преобразования частоты с нелинейным эффектом кристаллических материалов. Обычно существует два метода генерации спектральных линий традиционного полностью твердотельного коротковолнового УФ-лазера:

 

Непосредственно выполнить 3 или 4 удвоения частоты инфракрасного полностью твердотельного лазера в резонаторе или вне резонатора для получения спектра коротковолнового ультрафиолетового лазера;

Сначала используйте метод удвоения частоты для получения второй гармоники, а затем используйте метод суммарной частоты для получения спектра коротковолнового ультрафиолетового лазера. Если свет с основной частотой 1064 нм, излучаемый лазерным кристаллом Nd:YAG/Nd:YVO4, используется для удвоения частоты для вывода лазерного излучения с длиной волны 532 нм, свет с основной частотой 1064 нм и удвоенный свет с частотой 532 нм необходимо использовать как новые. свет основной частоты снова проходит через нелинейность. В процессе используется УФ-лазер с длиной волны 355 нм. Обычно эффективный нелинейный коэффициент мал, а эффективность преобразования низка.

 

Трехвалентный ион празеодима (Pr3+) привлек большое внимание как ион редкоземельного элемента, который может напрямую обеспечивать выход видимого света за счет преобразования с понижением частоты, и переход его энергетического уровня показан на рисунке 1. Материалы, легированные Pr3+, могут производить видимый свет нескольких цветов. включая темно-красный (приблизительно 698 нм и 720 нм), красный (приблизительно 640 нм), оранжевый (приблизительно 605 нм), зеленый (приблизительно 522 нм) и синий (приблизительно 522 нм). 490 нм). С развитием полупроводниковых лазеров InGaN можно реализовать мощные компактные полностью твердотельные лазеры в диапазоне видимого света. Еще одним преимуществом этого лазера видимого света является то, что он может генерировать непрерывные коротковолновые УФ-лазеры за счет удвоения частоты внутри резонатора.

 

Техническая схема реализации коротковолнового ультрафиолетового лазерного режима с однократным удвоением частоты

 

Коротковолновые непрерывные ультрафиолетовые лазеры должны полагаться на резонаторы для достижения непрерывной и стабильной выходной мощности ультрафиолетовых лазеров, что требует более высоких требований к конструкции резонатора, согласованию мод, эффективности преобразования света в оптическое и устойчивости оптических пленок к повреждениям, а также технически сложно. . Чтобы преодолеть недостатки существующей технологии, Changchun New Industry Optoelectronics Technology Co., Ltd. предлагает лазерный режим, который реализует коротковолновый ультрафиолетовый выход за счет удвоения одной частоты, который может преобразовывать свет основной частоты в световой поток с удвоенной частотой через второй нелинейный процесс, а затем реализовать. По-настоящему высокоэффективный лазерный диод на выходе непосредственно накачивает внутрирезонаторный твердотельный коротковолновый УФ-лазер с удвоением частоты. Приняты следующие технические решения:

 

Путем оптимизации параметров типа резонатора оптического резонатора, длины резонатора и кривизны зеркала создается оптическая структура, удовлетворяющая входным требованиям проекта;

 

Благодаря оптимизации конструкции тонких оптических пленок высококачественные тонкие оптические пленки изготавливаются методом осаждения ионным распылением. В сочетании с фактическим эффектом отладки постоянно улучшайте качество покрытия оптических кристаллов и линз, уменьшайте потери в резонаторе, улучшайте выходную эффективность лазера и обеспечьте условия для стабильного резонанса длины волны лазера;

Путем оптимизации таких параметров, как лазерная среда и нелинейный кристаллический материал, концентрация, длина и т. д., можно достичь наилучшего результата;

 

Благодаря оптимизации конструкции механической конструкции стало удобнее фиксировать лазерные компоненты; оптимизация конструкции модульной конструкции без установки и настройки, так что надежность промышленного уровня постоянно повышается; уменьшение объема модуля источника света и повышение устойчивости к термическим повреждениям при непрерывной работе; улучшение оптико-механической структуры Антивибрационная способность и срок службы устройства для обеспечения качества лазерной продукции;

 

Электрический источник питания лазера и схема контроля температуры используют цифровую технологию для реализации конструктивных функций небольшого размера, низкого уровня шума и защиты от помех. Благодаря технологии фотоэлектрической обратной связи реализована самоадаптирующаяся регулировка выходной мощности лазера, а также улучшена долговременная стабильность и надежность лазера.

 

Благодаря ключевым технологиям, таким как интеграция источника накачки коротковолнового непрерывного УФ-лазера, конструкция резонатора, согласование мод, нелинейное преобразование частоты и изготовление оптической пленки, прорывы в решении технических проблем, таких как непрерывная работа, высокая эффективность и высокая мощность, долговременная стабильность работа коротковолновых УФ-лазеров

 

Внутрирезонаторный твердотельный коротковолновый ультрафиолетовый лазер с удвоенной частотой

 

Лазер представляет собой внутрирезонаторный твердотельный коротковолновый ультрафиолетовый лазер с удвоением частоты лазерного диода, как показано на рисунке 3. Он в основном состоит из полупроводникового лазера (LD), формирующего оптического зеркала накачки, группы зеркал оптической связи накачки. , лазерная усиливающая среда (кристалл Pr3+), нелинейный кристалл удвоения частоты (BBO) и два плосковогнутых зеркала. В лазере используется изогнутый V-образный резонатор.

 

Свернутые резонаторы могут обеспечить две оптимальные перетяжки пучка в нелинейных кристаллах и в лазерных усиливающих средах соответственно. Одна перетяжка луча может удовлетворять условию согласования мод, а другая может повысить эффективность удвоения частоты. ЛД излучает лазерный свет с длиной волны 444 нм, соответствующей поглощению кристалла Pr3+, а оптическое распределение ЛД формируется группой оптических формирующих зеркал накачки, а затем вводится в кристалл Pr3+ через зеркало оптической связи накачки. группа. Прозрачные поверхности кристалла Pr3+ параллельны друг другу и коаксиальны резонатору.

 

Нелинейный кристалл BBO удваивает частоту основной частоты света 522 нм в резонаторе, чтобы реализовать полностью твердотельный непрерывный коротковолновый ультрафиолетовый лазер с длиной волны 261 нм. Сложенные резонаторы можно сделать очень компактными, что обеспечивает механическую стабильность. Генерация всей второй гармоники (ВВГ) достигается за счет зеркального отражения резонатора в одном направлении без дополнительного риска прохождения УФ-излучения через усиливающий материал, что предотвращает его оптическую деградацию. Кроме того, кристаллы Pr3+, нелинейные кристаллы и LD строго и точно контролируются по температуре с помощью полупроводникового охладителя (TEC) для обеспечения стабильной работы лазера.

 

Поскольку и лазерный кристалл, и кристалл преобразования частоты имеют определенный порог повреждения, УФ-кристалл преобразования частоты легко повреждается ультрафиолетовым светом во время использования. Площадь кристалла, разрушенного ультрафиолетовым лучом, составляет лишь небольшую часть площади поперечного сечения кристалла, но лазер все равно нуждается в ремонте или замене, что приводит к большим потерям человеческих и материальных ресурсов, и сокращает общий срок службы твердотельного ультрафиолетового лазера. Не может удовлетворить требования длительной стабильной работы.

 

RFH LASER увеличивает срок службы мощных УФ-лазеров. Основываясь на конструкции резонатора, управлении удвоением частоты, термокомпенсации в резонаторе и управлении охлаждением и т. д., путем добавления отклоняющего механического устройства в резонатор, во время использования лазера кристалл удвоения частоты смещается на интервалы, чтобы избежать долгосрочного эффекта оптического пути. В этой же точке на кристалле удвоения частоты срок службы коротковолнового ультрафиолетового лазера удваивается.

 

UV-F-261 — лазер непрерывного действия в коротковолновом ультрафиолетовом диапазоне 261 нм. Его центральная длина волны составляет 261,37 нм, выходная мощность лазера превышает 100 мВт, стабильность мощности лазера лучше 1%, а амплитудный шум лазера лучше 0,5%. Лазер обладает превосходными характеристиками лазера (в том числе мощностью лазера, стабильностью, качеством луча, сроком службы и т. д.), простой конструкцией и высокой адаптируемостью к условиям окружающей среды (включая ударопрочность, устойчивость к высоким температурам, влагостойкость и т. д.).

 

Коротковолновые ультрафиолетовые лазеры становятся новыми приложениями в области рамановской спектроскопии. Ультрафиолетовая рамановская спектроскопия позволяет избежать интерференции флуоресценции, обладает высокой чувствительностью, а рамановский сигнал может быть усилен резонансным рамановским сигналом, который значительно уширен. Применение рамановской спектроскопии в области физики, химии, биологии и материалов. Группа академика Ли Цаня из Даляньского института химии Китайской академии наук использовала коротковолновый ультрафиолетовый лазер непрерывного действия UV-F-261 для определения структуры, синтеза, каталитической характеристики и определения характеристик молекулярных сит и гетероатомных молекулярных сит на месте. и достигли важных результатов.

 

 

Применение лазера в ультрафиолетовом рамановском спектрометре и ультрафиолетовой рамановской спектроскопии

 

В настоящее время известно, что в Китае ведется разработка коротковолнового непрерывного ультрафиолетового лазера с длиной волны 261 нм. Этот продукт может удовлетворить потребности спектроскопии комбинационного рассеяния в глубоком ультрафиолете, ультрафиолетовой литографии, возбуждения флуоресценции и других областей, заполнить пробел на рынке и способствовать развитию тонкой лазерной обработки, спектрального анализа и других областей.