하나의 기사에서 10w 자외선 레이저 기술 이해

 

단파장 연속 자외선(UV) 광원에 대한 관심은 지난 10년 동안 증가했습니다. 파장 범위가 200-280nm이고 연속 출력되는 자외선 레이저는 파장이 짧고 광자 에너지가 크며 회절 효과가 작고 분해능이 강하며 열 효과가 작은 장점이 있습니다.

 

단파 UV 레이저는 과학 연구, 산업 및 OEM 시스템 통합 개발에 매우 ​​적합하며 형광 흡수, 라만 분광법, 유전자 검사, 일관된 측정, 생화학, 의료 진단 및 치료, 식품 안전, 신속한 프로토타이핑, 정밀 마이크로머시닝, 3D 프린팅 및 기타 애플리케이션 이상적인 광원을 제공합니다. 단파장 자외선 레이저를 기반으로 생산된 디스크의 데이터 저장 공간은 블루라이트 레이저보다 20배 이상 크다. 따라서 일본의 컴퓨터 하드웨어 제조업체들은 데이터 저장 용량을 크게 늘리기 위해 단파 자외선 레이저 및 단파 자외선 레이저 튜브를 컴퓨터 데이터 저장 기술에 적용하기 위해 열심히 노력하고 있습니다.

 

단파장 자외선 레이저가 적외선 레이저, 가시광선 레이저보다 우수한 이유는 단파장 자외선 레이저가 주변 환경을 파괴하지 않고 물질의 원자 구성 요소를 연결하는 화학 결합 처리 물질을 직접 파괴할 수 있기 때문이다. 일반적으로 CW UV 레이저 응용 분야는 기존 가스 레이저 기술 또는 모드 잠금 고체 레이저 기술을 사용하지만 준CW 성능만 제공합니다. 이러한 모드 잠금 레이저에 의해 생성되는 최대 전력은 일반적으로 킬로와트 범위에 있으며, 이는 생물학적 분야에서 단파 UV 레이저의 적용을 심각하게 제한합니다.

 

지난 10년 동안 레이저 다이오드에 의해 펌핑된 전고체 고체 레이저 기술은 출력을 높이고 모드 품질을 최적화했을 뿐만 아니라 방향 안정성도 개선했습니다. 다른 유형의 레이저와 비교하여 고효율, 안정적인 성능, 더 나은 빔 품질 및 안정적인 출력 특성을 가지고 있습니다.

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미래에 단파 자외선 레이저 기술은 차세대 나노 기술, 재료 과학, 생명 공학, 화학 분석, 플라즈마 물리학 및 기타 분야의 개발로 이어질 것입니다. 단파 자외선 레이저에서 적외선 레이저에 이르기까지 광전자 기술은 인류 발전의 중요한 기초가 될 것이며 단파 자외선 레이저 기술은 새로운 연구 및 응용 핫스팟이 될 것입니다.

 

261nm 단파 CW UV 레이저 기술

 

단파 UV 레이저 라인을 생성하는 전통적인 방법

 

단파 자외선 광자의 높은 에너지로 인해 외부 여기 소스의 여기를 통해 특정 고출력 연속 단파 자외선 레이저를 생성하는 것은 어렵습니다. 따라서 단파 연속 자외선 레이저는 일반적으로 결정 재료의 비선형 효과 주파수 변환 방법에 의해 생성됩니다. 일반적으로 기존의 전고체 단파 UV 레이저 스펙트럼 라인 생성에는 두 가지 방법이 있습니다.

 

단파 자외선 레이저 스펙트럼을 얻기 위해 캐비티 또는 캐비티 외부에서 적외선 전고체 레이저의 3배 또는 4배 주파수를 직접 수행합니다.

먼저 주파수 배가 기술을 사용하여 두 번째 고조파를 얻은 다음 합 주파수 기술을 사용하여 단파 자외선 레이저 스펙트럼을 얻습니다. Nd:YAG/Nd:YVO4 레이저 결정에서 방사되는 1064nm 기본주파수 광을 532nm 레이저광을 출력하기 위한 주파수 배가용으로 사용한다면, 1064nm 기본주파수 광과 532nm 주파수 배가광을 신규로 사용해야 한다. 다시 비선형성을 통과하는 기본 주파수 빛. 이 프로세스는 355nm UV 레이저를 출력합니다. 일반적으로 유효 비선형 계수가 작고 변환 효율이 낮습니다.

 

3가 프라세오디뮴 이온(Pr3+)은 하향 변환을 통해 가시광선 출력을 직접 달성할 수 있는 희토류 원소 이온으로 많은 주목을 받았고, 그 에너지 준위 전이를 그림 1에 나타내었다. 진한 빨간색(약 698nm 및 720nm), 빨간색(약 640nm), 주황색(약 605nm), 녹색(약 522nm) 및 파란색(약 522nm)을 포함합니다. 490nm). InGaN 반도체 레이저의 개발로 가시광선 대역에서 고출력, 소형 전고체 레이저 구현이 가능해졌습니다. 이 가시광 레이저의 또 다른 장점은 공동 내 주파수 배가를 통해 연속적인 단파장 UV 레이저를 생성할 수 있다는 것입니다.

 

단일 주파수 배가에 의한 단파 자외선 출력 레이저 모드 구현을 위한 기술 방안

 

단파 연속 자외선 레이저는 자외선 레이저의 지속적이고 안정적인 출력을 달성하기 위해 공진기에 의존해야 하며, 이는 공진기 설계, 모드 매칭, 광-광 변환 효율 및 광학 필름의 손상 저항에 대한 더 높은 요구 사항을 요구하며 기술적으로 어렵습니다. . 기존 기술의 단점을 극복하기 위해 Changchun New Industry Optoelectronics Technology Co., Ltd.는 단일 주파수 배가에 의해 단파장 자외선 출력을 실현하는 레이저 모드를 제공합니다. 진정한 고효율 출력 레이저 다이오드는 공동 내 주파수 배가 단파 UV 완전 고체 레이저를 직접 펌핑합니다. 채택된 기술 솔루션은 다음과 같습니다.

 

광학 공진기 캐비티 유형, 캐비티 길이 및 미러 곡률의 매개변수를 최적화하여 설계 입력 요구 사항을 충족하는 광학 구조를 설계합니다.

 

광학 박막의 설계를 최적화하여 이온 스퍼터링 증착법으로 고품질의 광학 박막을 제조합니다. 실제 디버깅 효과와 결합하여 광학 결정 및 렌즈의 코팅 품질을 지속적으로 개선하고 공동의 손실을 줄이며 레이저의 출력 효율을 향상시키고 레이저 파장의 안정적인 공진을 위한 조건을 제공합니다.

레이저 매체 및 비선형 결정 재료, 농도, 길이 등과 같은 매개 변수를 최적화하여 최상의 출력을 얻을 수 있습니다.

 

기계 구조 설계를 최적화하여 레이저 구성 요소를 고정하는 것이 더 편리합니다. 설치 및 조정 없이 모듈식 구조 설계를 최적화하여 산업 등급의 신뢰성을 지속적으로 높입니다. 광원 모듈의 부피를 줄이고 연속 작동의 열 손상 저항을 강화합니다. 광학 기계 구조 개선 레이저 제품의 품질을 보장하기 위한 진동 방지 기능 및 장치 수명;

 

전기 레이저 전원 공급 장치 및 온도 제어 회로는 디지털 기술을 채택하여 소형, 저소음 및 간섭 방지 설계 기능을 실현합니다. 광전 피드백 기술을 통해 레이저 출력의 자체 적응 조정이 실현되고 레이저의 장기 안정성과 신뢰성이 향상됩니다.

 

단파 CW UV 레이저 펌프 소스 통합, 공진기 설계, 모드 매칭, 비선형 주파수 변환, 광학 필름 제작 등의 핵심 기술을 통해 연속 운전, 고효율, 고출력 장기 안정 등의 기술적 문제를 돌파 단파 UV 레이저 작동

 

공동내 주파수 2배 단파 자외선 전고체 레이저

 

레이저는 그림 3과 같이 레이저 다이오드 직접 펌핑 된 공동 내 주파수 배가 단파 자외선 전 고체 레이저입니다. 주로 반도체 레이저 (LD), 펌핑 광학 성형 미러, 펌핑 광학 커플 링 미러 그룹으로 구성됩니다. , 레이저 이득 매체(Pr3+ 결정), 비선형 주파수 배가 결정(BBO) 및 2개의 평면 오목 거울. 레이저는 접힌 V자형 공진기를 사용합니다.

 

접힌 공진기는 각각 비선형 결정과 레이저 이득 매체에서 두 개의 최적 빔 웨이스트를 제공할 수 있습니다. 하나의 빔 웨이스트는 모드 매칭 조건을 만족시킬 수 있고, 다른 하나는 주파수 배가 효율을 향상시킬 수 있습니다. LD는 Pr3+ 결정의 흡수에 해당하는 444nm 파장의 레이저광을 방출하고, LD의 광분포는 펌핑광학성형거울군에 의해 정형된 후 펌핑광결합거울을 통해 Pr3+ 결정에 주입된다. 그룹. Pr3+ 크리스탈의 투명한 표면은 서로 평행하고 공진기와 동축입니다.

 

비선형 결정 BBO는 캐비티에서 522nm 기본 주파수 광의 주파수를 두 배로 늘려 전고체 상태의 연속 261nm 단파 자외선 레이저 출력을 구현합니다. 접힌 공진기는 매우 콤팩트하게 만들어 기계적 안정성을 얻을 수 있습니다. 전체 2차 고조파(SHG)의 생성은 게인 물질을 통과하는 UV 광의 추가 위험 없이 한 방향으로 공진 거울 반사에 의해 달성되어 광학적 열화를 방지합니다. 또한 Pr3+ 결정, 비선형 결정 및 LD는 모두 반도체 냉각기(TEC)로 엄격하고 정밀하게 온도를 제어하여 레이저의 안정적인 작동을 달성합니다.

 

레이저 크리스탈과 주파수 변환 크리스탈 모두 특정 손상 임계값을 가지고 있기 때문에 UV 주파수 변환 크리스탈은 사용 중에 자외선에 의해 쉽게 손상됩니다. 자외선에 의해 결정이 파괴되는 면적은 결정 단면적의 극히 일부에 불과하지만 레이저는 여전히 수리 또는 교체가 필요하여 많은 인력과 물적 자원의 낭비를 초래하며, 고체 자외선 레이저의 전체 수명을 단축시킵니다. 장기간 안정적인 작동 요구 사항을 충족할 수 없습니다.

 

RFH LASER는 고출력 UV 레이저의 수명을 향상시킵니다. 공진 공동의 설계, 주파수 배가 제어, 공동의 열 보상 및 냉각 제어 등을 기반으로 공진 공동에 편향 기계 장치를 추가하여 레이저를 사용하는 동안 주파수 배가 결정이 광학 경로의 장기적인 영향을 피하기 위한 간격. 주파수 배가 크리스탈의 동일한 지점에서 단파 자외선 레이저의 수명이 두 배가 됩니다.

 

UV-F-261은 단파장 자외선 261nm 대역의 연속 작동 레이저입니다. 중심 파장은 261.37nm이고 레이저 출력 전력은 100mW를 초과하며 레이저 전력 안정성은 1%보다 우수하고 레이저 진폭 노이즈는 0.5%보다 우수합니다. 레이저는 우수한 레이저 성능(레이저 출력, 안정성, 빔 품질, 수명 등 포함), 간단한 구조 및 강력한 환경 적응성(내충격성, 고온 내성, 내습성 등 포함)의 특성을 가지고 있습니다.

 

단파장 자외선 레이저는 라만 분광학 분야에서 새로운 응용 분야로 떠오르고 있습니다. 자외선 라만 분광법은 형광 간섭을 피하고 감도가 높으며 라만 신호는 공명 라만 신호에 의해 강화될 수 있으며 이는 크게 확장됩니다. 물리학, 화학, 생물학 및 재료 분야에서 라만 분광법의 응용. 중국 과학 아카데미 대련 화학 연구소의 Li Can 학자 그룹은 UV-F-261 단파 연속 자외선 레이저를 분자체 및 헤테로원자 분자체의 구조, 합성, 촉매 특성화 및 현장 특성화에 사용했습니다. 중요한 결과를 얻었습니다.

 

 

자외선 라만 분광기 및 자외선 라만 분광기에서의 레이저 응용

 

현재 중국에서 261nm 단파 연속 자외선 레이저의 개발이 진행되고 있는 것으로 알려져 있다. 이 제품은 심자외선 라만 분광법, 자외선 리소그래피, 형광 여기 및 기타 분야의 요구를 충족하고 시장 격차를 메우고 레이저 미세 가공, 스펙트럼 분석 및 기타 분야의 개발을 촉진할 수 있습니다.