5.1 222nm سالڈ-اسٹیٹ لیزر کی تجرباتی اسکیم
5.1.1 لیزر سسٹم کا تجرباتی سیٹ اپ
کا تجرباتی سیٹ اپدور uvc 222nmگہرے-الٹراوائلٹ لیزر کو شکل 5.1 میں دکھایا گیا ہے، جو گہا کے اندر دوسری ہارمونک جنریشن کے ساتھ V-شکل کی گونج والی گہا کا ڈھانچہ اپناتا ہے اور گہا کے باہر چوتھی ہارمونک جنریشن۔ پمپ کا ذریعہ ایک فائبر-کپلڈ لیزر ڈائیوڈ سرنی ہے جس کی زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور 110W ہے۔ درجہ حرارت کی ایڈجسٹمنٹ کے ذریعے، پمپ لائٹ کی مرکزی طول موج Nd:YVO₄ کی مرکزی جذب طول موج کے ساتھ ملتی ہے، اور یہ ایک پمپ اسپاٹ میں 200μm کے رداس کے ساتھ ایک کولیمٹنگ اور فوکسنگ سسٹم کے ذریعے مرکوز کیا جاتا ہے اور Nd:YVO₄ کرسٹل میں انجکشن لگایا جاتا ہے۔ کپلنگ سسٹم دو پلانو-مقیب آئینے پر مشتمل ہوتا ہے جس کا منحنی رداس R=10ملی میٹر اور ایک 45 ڈگری پولرائزر ہوتا ہے۔ Nd:YVO₄ کرسٹل میں Nd³⁺ ڈوپنگ کا جوہری حصہ 0.1% ہے، اور اس کا سائز 4mm×4mm×5mm ہے۔ بائیں سرے کو 808nm، 1064nm اینٹی-ریفلیکشن فلموں اور 914nm ہائی-ریفلیکشن فلم کے ساتھ لیپت کیا گیا ہے، جب کہ دائیں سرے کو 914nm، 1064nm، اور 1342nm اینٹی{26}}ریفلیکشن فلم کے ساتھ لیپت کیا گیا ہے۔ لیزر کرسٹل کے سائیڈ کو انڈیم فوائل کی تہہ سے لپیٹ کر سرخ تانبے کے ہیٹ سنک پر لگایا جاتا ہے، اور ٹمپریچر کنٹرول ایک گردش کرنے والے واٹر چیلر کے ذریعے کیا جاتا ہے۔ کرسٹل کی کافی گرمی کی کھپت کو یقینی بنانے کے لیے، اس بات کو یقینی بنانا چاہیے کہ کرسٹل کے چاروں اطراف مکمل طور پر چلر کے پانی کے بہاؤ کے ساتھ رابطے میں ہوں۔ 50 ملی میٹر کے گھماؤ والے رداس کے ساتھ ایک پلانو-مقعد آئینہ M کو آؤٹ پٹ آئینے کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ اس کی مقعر کی سطح 914nm اونچی-ریفلیکشن فلم اور 457nm، 1064nm، 1342nm اینٹی-ریفلیکشن فلموں کے ساتھ لیپت ہے، اور اس کا طیارہ 457nm، 914nm، 1064nm، اور 244nm اینٹی ریفلیکشن فلم{{34}nm کے ساتھ لیپت ہے۔ 200 ملی میٹر کے گھماؤ والے رداس کے ساتھ ایک ہوائی آئینہ M₂ کو بطور ریفلیکٹر استعمال کیا جاتا ہے، اور اس کی سطح کو 457nm اور 914nm ہائی-ریفلیکشن فلموں کے ساتھ لیپت کیا جاتا ہے، تاکہ بائیں طرف کا عکس M₁ Nd:YVO₄ کرسٹل، آئینہ M₁ M₁ اور آئینہ M₁ شکل میں ہو، گونجنے والی گہا، دونوں بازوؤں کے درمیان زاویہ ≈10 ڈگری کے ساتھ۔ ان میں سے، ایک ایکوسٹو-آپٹک Q-سوئچ کو لمبے بازو L₁ میں داخل کیا جاتا ہے جو آئینے M₁ اور M سے بنتا ہے، اور دوسری ہارمونک جنریشن کے لیے ایک LBO کرسٹل آئینے M اور M₂ کے ذریعے بننے والے شارٹ بازو میں داخل کیا جاتا ہے، اور عکاسی کرنے والے سے تقریباً 1 ملی میٹر کے فاصلے پر رکھا جاتا ہے۔ LBO کرسٹل کا سائز 4mm×4mm×15mm ہے، اور کرسٹل کے دونوں سروں کو 457nm، 914nm، اور 1064nm اینٹی ریفلیکشن فلموں کے ساتھ لیپت کیا گیا ہے۔ اس گونجنے والی گہا کی دولن طول موج 914nm ہے۔ ایل بی او کرسٹل کے ذریعہ فریکوئنسی کو دوگنا کرنے کے بعد، 457nm کی طول موج پیدا ہوتی ہے، گونجنے والے گہا کے چھوٹے بازو میں دوہراتی ہے، اور پلانو-مقعد آئینہ M₃ سے باہر نکلتی ہے۔ M₃ ایک 457nm فوکس کرنے والا آئینہ ہے، جس کی سطح کو ایک{71}4 اینٹی فلم کے ساتھ لیپت کیا گیا ہے۔ چوتھی ہارمونک جنریشن کے لیے ایک BBO کرسٹل فوکل پوائنٹ کے قریب رکھا گیا ہے۔ کرسٹل کے دونوں سرے 457nm اور 222nm اینٹی-ریفلیکشن فلموں کے ساتھ لیپت ہیں۔ بی بی او کرسٹل کے ذریعہ فریکوئنسی دوگنا ہونے کے بعد،دور uv 222الٹرا وائلٹ لیزر تیار کیا جا سکتا ہے، اور 457nm اور 222nm لیزر بیم اسپلٹر پرزم M₄ کے ذریعے الگ کیے جاتے ہیں۔
شکل 5.1 222nm گہری-الٹرا وائلٹ لیزر 1-آپٹیکل کپلنگ سسٹم کا تجرباتی سیٹ اپ؛ 2-Nd:YVO₄ کرسٹل ماڈیول ہیٹ سنک میں لپٹا ہوا؛ 3-Acousto-Optic Q-Switch ڈیوائس؛ 4-آؤٹ پٹ مرر ایم؛ 5-LBO کرسٹل ڈیوائس؛ 6-ریفلیکٹر M₂؛ 7-457nm فوکسنگ مرر M₃؛ 8-BBO کرسٹل؛ 9-بیم اسپلٹر پرزم۔
5.1.2 لیزر پیرامیٹرز کی پیمائش کے طریقے
1. لیزر طول موج
لیزر آؤٹ پٹ ویو لینتھ کی پیمائش میں، ایک Ocean HR4000CG - UV - NIR سپیکٹرومیٹر استعمال کیا جاتا ہے، جو 0.75nm کے ریزولوشن کے ساتھ 200~1100nm کی طول موج کی حد کا احاطہ کرتا ہے (مکمل چوڑائی نصف زیادہ سے زیادہ)، اور فزیکل ڈایا گرام میں دکھایا گیا ہے۔ پیمائش کے دوران، لیزر بیم کی عکاسی ہوتی ہے یا اسپیکٹومیٹر پروب میں ایک کشینشن شیٹ سے گزرتی ہے، اور طول موج کی قدردور uvc 222nmلیزر بیم کو ڈسپلے کے ذریعے دیکھا جاتا ہے۔
شکل 5.2 اوقیانوس HR4000CG - UV - NIR سپیکٹرومیٹر کا جسمانی خاکہ
2. لیزر ریپیٹیشن فریکوئنسی
ایک فوٹو ڈیٹیکٹر منتخب کریں جس کا سپیکٹرل ردعمل لیزر کی آؤٹ پٹ ویو لینتھ سے میل کھاتا ہو۔ لیزر کی آؤٹ پٹ پلس چوڑائی کی حد کے مطابق ایک مناسب فوٹو ڈیٹیکٹر اور آسیلوسکوپ کا انتخاب کریں۔ ہم ماڈل Tektronix TDS3054C کا ایک آسیلوسکوپ استعمال کرتے ہیں، جس کی بینڈوتھ 500MHz اور نمونے لینے کی شرح 5GS/s ہے، جیسا کہ شکل 5.3(a) میں دکھایا گیا ہے۔ فوٹو ڈیٹیکٹر ماڈل THORLABS DET10A - سلکان ڈیٹیکٹر کا ہے، جس کی سپیکٹرل رسپانس رینج 200~1100nm ہے، اور بڑھنے کا وقت 1 ns ہے، جیسا کہ شکل 5.3(b) میں دکھایا گیا ہے۔
تصویر 5.3 اوسکیلوسکوپ اور فوٹو ڈیٹیکٹر کے جسمانی خاکے (a) اوسکیلوسکوپ (b) فوٹو ڈیٹیکٹر
لیزر پلس کو فوٹو ڈیٹیکٹر میں داخل ہونے دیں، اور فوٹو ڈیٹیکٹر کو لکیری رینج میں کام کرنے دیں۔ آسیلوسکوپ کی حساسیت اور اسکیننگ کی رفتار کو ایڈجسٹ کریں تاکہ دو مستحکم لیزر پلس ویوفارم آسیلوسکوپ کی اسکرین پر ظاہر ہوں۔ دو ملحقہ دالوں کے درمیان وقت کا وقفہ ریکارڈ کریں، اور پیمائش n (n 10 سے زیادہ یا اس کے برابر) بار دہرائیں۔ فارمولہ (5.1) کے مطابق نبض کی تکرار کی فریکوئنسی f کا حساب لگائیں: f=1∑i=1ntin (Hz) f=\\frac{1}{\\frac{\\sum_{i=1^{n} t_i}{n}} \\ (Hz) f{i}{n}} (Hz) f{i}{n}} (Hz) جہاں: tit_iti i-ویں پیمائش میں دو ملحقہ دالوں کے درمیان وقت کا وقفہ ہے، یونٹ: s؛ n پیمائش کی تعداد ہے۔
3. لیزر پلس چوڑائی
نبض کی چوڑائی کی پیمائش تکرار تعدد کی پیمائش کے مراحل کا حوالہ دے سکتی ہے۔ لیزر پلس کو فوٹو ڈیٹیکٹر میں داخل ہونے دیں، اور فوٹو ڈیٹیکٹر لکیری رینج میں کام کرتا ہے۔ پلس ٹائم ویوفارم آسیلوسکوپ اسکرین پر ظاہر ہوتا ہے۔ اس وقت نبض کی چوڑائی τi\\tau_iτi کو ریکارڈ کریں، اور پیمائش کو n (n 10 سے زیادہ یا اس کے برابر) بار دہرائیں۔ فارمولہ (5.2) کے مطابق نبض کی چوڑائی τ\\tauτ کا حساب لگائیں: τ=1n∑i=1nτi (ns) \\tau=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} \\tau_i \\ (ns) τ{16} τ{14} (ns) جہاں: τi\\tau_iτi پلس کی چوڑائی i-ویں پیمائش میں ماپا جاتا ہے، یونٹ: s؛ n پیمائش کی تعداد ہے۔
4. لیزر چوٹی کی طاقت
چوٹی کی طاقت کا حساب لگاتے وقت، ہمیں پہلے لیزر کی اوسط طاقت کی پیمائش کرنے کی ضرورت ہے۔ پیمائش کے لیے دو قسم کے پروبس استعمال کیے جاتے ہیں، جیسا کہ شکل 5.4 میں دکھایا گیا ہے۔ شکل (a) ایک OPHIR 30A - BB - 18 لیزر پاور میٹر ہے، جس کی پیمائش کی حد 10mW~30W ہے اور پیمائش کی درستگی 3% ہے۔ شکل (b) ایک OPHIR PD300R - UV لیزر پاور میٹر ہے، جس کی پیمائش کی حد 20pW~300mW ہے اور پیمائش کی درستگی 10% ہے۔
شکل 5.4 لیزر پاور میٹر (a) OPHIR 30A-BB-18 لیزر پاور میٹر (b) OPHIR PD300R-UV لیزر پاور میٹر
پیمائش کے دوران، لیزر پاور میٹر کی جانچ کو لیزر کے آؤٹ پٹ بیم کے ساتھ سیدھ میں کریں، لیزر پاور میٹر کی پاور آن کریں، ایک مناسب رینج منتخب کریں، اور اس کے صفر پوائنٹ کو کیلیبریٹ کریں۔ پروڈکٹ کی تفصیلات کے مطابق ہر مخصوص وقت میں ایک بار پاور میٹر کی ریڈنگ P کی پیمائش اور ریکارڈ کریں، اور پیمائش n (n 10 سے زیادہ یا اس کے برابر) بار دہرائیں۔ فارمولہ (5.3) کے مطابق لیزر کی اوسط پاور Pˉ\\bar{P}Pˉ کا حساب لگائیں: Pˉ=1n∑i=1npi (W) \\bar{P}=\\frac{1}{n} \\sum_{i=1}^{n} p_i \\ (W) Pˉ=n1∑i=1npi (W) جہاں: pip_ipi i-ویں پیمائش میں حاصل کی گئی اوسط طاقت ہے، یونٹ: W; n پیمائش کی تعداد ہے۔
لیزر کی اوسط طاقت حاصل کرنے کے بعد، فارمولہ (5.4) کے مطابق چوٹی کی طاقت PpkP_{pk}Ppk کا حساب لگائیں: Ppk=Pˉf⋅τ (W) P_{pk}=\\frac{\\bar{P}}{f \\cdot \\tau} \\ (WP˅˅}) (W P5}) جہاں: Pˉ\\bar{P}Pˉ اوسط طاقت ہے، یونٹ: W؛ f نبض کی تکرار کی فریکوئنسی ہے، یونٹ: Hz؛ τ\\tauτ نبض کی چوڑائی ہے، یونٹ: ns۔
5. بیم کوالٹی
بیم کوالٹی فیکٹر کی نمائندگی M² کے ذریعے کی جاتی ہے، اور اس کا حساب کا فارمولا M2=π4λ⋅d0⋅θ M^2=\\frac{\\pi}{4\\lambda} \\cdot d_0 \\cdot \\theta M{{6}λπ⋅d0⋅d⋅d0d0d\\0dd0d\\d0d: کمر کا قطر، یونٹ: این ایم؛ θ\\thetaθ فار-فیلڈ بیم ڈائیورجنس زاویہ ہے، اکائی: mrad; λ\\lambdaλ لیزر طول موج ہے، اکائی: μm۔
THORLABS BP209 - VIS سکیننگ سلٹ بیم کوالٹی اینالائزر کا استعمالدور uvc 222لیزر بیم کی کوالٹی، آپریٹنگ طول موج کی حد 200~1100nm کے ساتھ، جو 10Hz سے کم نہ ہونے والی تکرار فریکوئنسی کے ساتھ مسلسل اور نبض شدہ بیم کی پیمائش کر سکتی ہے۔ سکیننگ کی شرح 2~20Hz پر سیٹ کی جا سکتی ہے، جیسا کہ شکل 5.5 میں دکھایا گیا ہے۔ اسکیننگ سلٹ بیم اینالائزر میں ایک گھومنے والا ڈرم ہوتا ہے جس کے اندر آرتھوگونل سلٹس کے دو یا زیادہ جوڑے ہوتے ہیں۔ ڈرم آپٹیکل محور کے گرد گھومتا ہے، ڈیٹیکٹر کے سامنے X اور Y سمتوں میں سلٹ کو تبدیل کرتا ہے، تاکہ اسکیننگ سلٹ آپٹیکل راستے سے گزر جائے۔ اس طرح، پیمائش شدہ پاور سگنل ڈرم اور سلٹ کی پوزیشن سے متعلق ہے، جس سے بیم قطر d اور شدت پروفائل کا حساب لگایا جاتا ہے۔
شکل 5.5 بیم کوالٹی اینالائزر
بیم کوالٹی تجزیہ ٹیسٹ سسٹم کو شکل 5.6 میں دکھایا گیا ہے۔ موونگ پلیٹ فارم کنٹرولر میں 3μm کی درستگی ہوتی ہے، جو متعلقہ پوزیشن پر بیم قطر did_idi حاصل کرنے کے لیے ہر بار بیم کوالٹی اینالائزر کی سٹیپنگ لمبائی کو کنٹرول کرتا ہے۔ لیزر بیم کی منتقلی کی سمت میں مختلف پوزیشنوں پر Z ویلیوز اور ان کے متعلقہ اسپاٹ ڈائی میٹرز کو فارمولہ (5.6) میں بدلیں تاکہ گتانک A، B اور C کی قدروں کا حساب لگایا جا سکے، یعنی d2=A+B⋅Z+C⋅Z2 d^{9}} A + B \\cdot d2=A+B⋅Z+C⋅Z2
شکل 5.6 بیم کوالٹی تجزیہ ٹیسٹ سسٹم
گتانک A، B، اور C کی قدروں سے، آبجیکٹ-سائیڈ کمر کا قطر d0d_0d0، بیم ڈائیورجنس اینگل θ\\thetaθ، اور بیم کوالٹی فیکٹر M² کا حساب لگایا جا سکتا ہے۔ حساب کے فارمولے ہیں d0=A−B24C d_0=\\sqrt{A - \\frac{B^2}{4C}} d0=A−4CB2 θ=C \\theta=\\sqrt{C{7} M2=πλA⋅C−B24 M^2=\\frac{\\pi}{\\lambda} \\sqrt{A \\cdot C - \\frac{B^2}{4}} M2=λπA⋅C−4B2
5.2 222nm سالڈ-اسٹیٹ لیزر پر تجربہ
5.2.1 457nm مسلسل لیزر آؤٹ پٹ
457nm مسلسل لیزر کی آؤٹ پٹ پاور اور بیم کا معیار اس کی نبض کی پیداوار کی کارکردگی اور اس کے حصول کو متاثر کرنے والے اہم عوامل ہیں۔دور uv 222لیزر کی طرف سے extracavity فریکوئنسی دوگنا، ابھرتی ہوئی کے برعکس222nm ایل ای ڈیوہ ٹیکنالوجیز جو متبادل دور-UVC ذرائع پیش کرتی ہیں۔ پچھلے ابواب میں نظریاتی تحقیق کے مطابق، یہ سیٹ اپ موثر کے لیے حالات کو بہتر بناتا ہے۔دور uvc 222nmٹھوس-ریاست کے طریقوں سے پیدا کرنا۔
