Chèchè ki soti nan Enstiti a nan Inovasyon Enfòmasyon sou Espas nan Akademi Chinwa a nan Syans (CAS) ak Inivèsite a nan Akademi Chinwa nan Syans (UCAS) te kreye yon kontra enfòmèl ant Solid-Eta nanosekond enpulsyonèl sistèm lazè ki jenere 193 nm aderan limyè nan yon frekans repetisyon nan 6 kHz, ki espere yo dwe itilize nan jaden an nan chip nan chip nan lavni nan.
Espesyalman, chèchè yo te devlope yon YB: YAG Crystal anplifikatè ki jenere yon lazè 1030 nm ki se divize an de pati: youn ki jenere yon lazè 258 nm nan katriyèm Harmony a, ak youn ki itilize yo ponpe yon anplifikatè paramètrik limyè ki kapab génération yon 1553 nm lazè. Frekans melanje nan travès sa yo nan kristal la cascade pwodui yon lazè 193 nm ak yon pouvwa mwayèn nan 70 MW ak yon linewidth nan mwens pase 880 megaèrts.
Pa entwodwi yon plak faz silendrik nan gwo bout bwa a 1553 nm anvan frekans melanje, chèchè yo te pwodwi yon òbital gwo bout bwa momantòm angilè.
Konesans chèchè yo, sa a se demonstrasyon an premye nan yon 193 nm orbital gwo bout bwa momantòm angilè ki sòti nan yon lazè solid-eta.
Tankou yon gwo bout bwa se valab pou eksitan ibrid argon fliyò (ARF) lazer excimer e li gen aplikasyon pou potansyèl nan pwosesis wafer ak deteksyon domaj.
ARF se yon lazè excimer ak yon longèdonn nan 193 nm, ki se nan gwoup la iltravyolèt gwo twou san fon. Nan manifakti semi-conducteurs, lazer ARF yo sitou itilize pou litografi-wo rezolisyon.
Li se tou te note ke Pleasant a opere nan sistèm lan se mwens pase 880 megaèrts, ak pèfòmans espèk li yo pite se konparab ak sa yo ki an sistèm komèsyal jodi a la. An menm tan an, sistèm nan okipe yon platfòm optik nan apeprè 1200mm x 1800mm, ak anprint li yo ka pli lwen redwi satisfè kondisyon ki nan aplikasyon pou endistriyèl.
Pwosesis konvèsyon ki sòti nan yon lazè 1030 nm nan yon lazè 193 nm dekri tankou yo te trè menm jan ak travay anvan pa chèchè yo.
Espesyalman, yon anplifikatè lazè 1030 nm ki baze sou yon 2MMX2MMX30mm YB: YAG kristal ponpe pa yon 100 W Multimode lazè dyòd (LD) nan 969 nm se kapab nan fournir plis pase 14 W nan 1030 nm pulsed limyè lazè ak yon frekans.
Li enpòtan pou note ke ponpe - se yon pwosesis ki itilize limyè pou ogmante elektwon yo soti nan pi ba a pi wo nivo enèji nan yon atòm oswa molekil.
Nan etid la, chèchè yo te kapab jenere yon lazè 258 nm soti nan yon lazè 1030 nm nan siksesif dezyèm-Harmony jenerasyon ak katriyèm-Harmony jenerasyon pwosesis nan ityòm kristal triborate ak ityòm heesium hexaborate, respektivman. 1030 nm lazer kapab tou itilize kòm yon sous ponpe pou de-etap optik anplifikatè paramètrik yo nan lòd yo delivre yon wo-mache, enpulsyonèl 1553 nm lazè.
Kontrèman ak anplifikatè a fib-optik, chèchè yo te itilize yon sous lazè ki baze sou yon optik anplifikatè paramètrik jenere 1553 nm subwatt lazè a enpulsyonèl.
Kòm yon rezilta nan modifikasyon sa a, sistèm lan te vin pi kontra enfòmèl ant, ak contrôleur elektwonik pa te nesesè yo senkronize 1553 nm ak 258 nm tren yo batman kè nan jenerasyon an sòm-frekans, ki ta ka akonpli lè l sèvi avèk yon liy reta optik. (Remak: jenerasyon Harmony se yon pwosesis optik linear.)
Pwosesis jenerasyon de-etap-frekans, ponpe pa 1553 nm ak 258 nm lazer, ka jenere 221 nm lazer ak 193 nm lazer, respektivman, nan sèvi ak yon kaskad ityòm tribò kristal.
Pou sous lazè 1553 nm enpulsyonèl, li konsiste de de pati: yon kontinyèl-onn (CW) yon sèl-frekans distribiye lazè dyod lazè aji kòm yon sous pitit pitit, ak yon de-etap optik paramètrik anplifikatè ki baze sou yon ititik detanzantan polarize Niobate kristal.
Dyod la sèl-frekans distribye fidbak lazè opere nan 1553 nm ak emèt yon pouvwa mwayèn nan 12 MW. Nan etid la, yo te yon lazè ponp 1030 nm prezante nan yon 1mmx1mmx40mm detanzantan polarize ityòm kristal niobate ansanm ak lazè a pitit pitit yo fòme premye etap la nan optik anplifikatè a paramètrik.
Pandan tan sa a, yo te lazè siyal anplifye a filtre soti nan pwodiksyon an nan premye etap la nan optik anplifikatè a paramètrik ak dezyèm etap la nan optik la paramètrik anplifikatè nan yon optik espesyal, yon glas dikroik, akonpaye pa lazè a ponp rezidyèl ak yon 3- μl lazè lazè.
Imedyatman, chèchè yo te itilize yon sondaj pouvwa lazè detèmine pouvwa a nan lazè a siyal yo nan lòd yo fè distenksyon ant eleman nan siyal enpulsyonèl soti nan lazè a grenn kontinyèl-onn.
Akòz sik la devwa ki ba nan lazè a ponp ak pouvwa a fèb nan lazè a pitit pitit, papòt la ponpe nan anplifikatè a optik paramètrik te fèmen nan 600 MW. (Remak: sik devwa se rapò a nan tan an siyal la se nan yon nivo segondè pandan yon sik batman kè nan tout tan an sik batman kè, epi li se anjeneral eksprime kòm yon pousantaj.)
Avèk yon lazè ponp nan yon pouvwa mwayèn nan sou 700 MW, chèchè yo te jwenn plis pase enèji nan batman kè soti nan premye etap la nan optik anplifikatè a paramètrik, ki koresponn a yon pouvwa mwayèn nan 48 MW.
Siyal la batman kè anplifye te Lè sa a, plis anplifye nan dezyèm etap la nan optik anplifikatè a paramètrik, kote yon pouvwa ponp maksimòm de 3 W te jwenn lè l sèvi avèk yon lòt 5MMX3MMX30mmm detanzantan polarize ityòm kristal Niobate.
An menm tan an, chèchè yo te kenbe ponp lanzite lazè pouvwa nan dezyèm etap la nan optik anplifikatè a paramètrik fèmen nan 30 MW/cm ² pou fè pou evite domaj fotorefractive soti nan detanzantan polarize ityòm Niobate la. (Remak: domaj fotorefraktif se yon efè optik endezirab ki rive lè yon materyèl fotorefaktif ekspoze a limyè klere.)
Imaj|Mwayèn pouvwa nan lazè a siyal nan dezyèm etap la nan optik paramètrik anplifikatè a kont pouvwa ponp (sous: avanse fotonik lyen)
Avèk sa a, chèchè yo te jwenn yon lazè siyal 700 MW nan 1553 nm, ki koresponn a yon efikasite nan 23.3%.
Sa a ogmantasyon nan efikasite sijere ke pouvwa a pwodiksyon ka plis amelyore kòm pouvwa ponp lan ogmante.
Imaj|Espèk nan sous la pitit pitit ak lazè siyal soti nan premye etap la nan optik anplifikatè a paramètrik ak dezyèm etap la nan optik anplifikatè a paramètrik (kredi: avanse fotonik lyen)
Chèchè yo te jwenn ke longèdonn nan sant nan lazè a siyal anplifye se menm bagay la kòm sa yo ki an lazè a pitit pitit, men spectre la elaji yon ti kras.
Malgre ke bri a fluoresans paramètrik ka ogmante kòm pouvwa ponp lan ogmante, rapò a siyal-a-bri rete fèmen nan 50 dB.
Pou mezire avèk presizyon evolisyon linewidth nan lazè a 1553 nm pandan pwosesis la optik anplifikasyon paramètrik, chèchè yo te itilize yon entèrferomètr optik ak yon rezolisyon nan sou 1 megaèrts ak yon seri espèk gratis nan 1.5 GHz.
Linewidth inisyal la nan lazè a kontinyèl-onn elaji soti nan 180 megaèrts 370 megaèrts ak 580 megaèrts pandan premye etap nan optik anplifikatè a paramètrik ak dezyèm etap la nan optik anplifikatè a paramètrik, respektivman.
Imaj|Chèchè yo te envestige dire batman kè ponp lan ak lazer siyal ak yon photodetector Ingaas (kredi: avanse fotonik lyen).
Akòz papòt la tranzisyon paramètrik nan pwosesis la optik anplifikatè paramètrik, lazer siyal gen yon pi apik devan batman kè pase lazer ponp, ak dire a redwi soti nan 13.1 ns a 9 ns.
Baze sou sa a, chèchè yo te jwenn yon optik paramètrik anplifikatè ki baze sou 1553 nm enpulseur lazè ak yon pouvwa mwayèn nan 700 MW ak yon dire batman kè nan 9 ns, ki ka itilize kòm yon sous ponp pou génération 193 nm lazer.
Pli lwen pwolonje aplikasyon an nan lazè a 193 NM, chèchè yo te eksperimantalman demontre la pou premye fwa yon 1553 nm gwo bout bwa toubiyon, nan ki se mòd nan fondamantal Gaussian nan 1553 nm lazè a enpulsyonèl lazè a. mòd.
Pandan tan sa a, yo te yon plak dyamèt dyamèt 25 mm monte nan yon adaptè lantiy dyamèt 25.4 mm.
Malgre ke bout yo nan plak la faz espiral yo pa te kouvwi ak yon kouch anti-meditativ, transmisyon li yo te pi gran pase 90%.
Se te pote òbital momantòm nan angilè Lè sa a, transfere nan lazè a 221 nm ak 193 nm lazè nan yon pwosesis jenerasyon sòm-frekans.
Pou verifye jenerasyon an nan travès toubiyon, chèchè yo te itilize yon kamera pyroelectric nan dosye pwofil yo gwo bout bwa nan yon lazè 1553 nm, yon lazè 221 nm ak yon lazè 193 nm nan diferan mòd.
Anvan ensèsyon nan plak la faz helical, lazè a 1553 nm, 221 lazè nm, ak 193 nm lazè tout ekspoze Gaussian mòd Des. (Gaussian mòd pwofil refere a yon modèl gwo bout bwa komen nan ki distribisyon an entansite limyè pran sou fòm nan yon fonksyon Gaussyen ak karakteristik pwofil espesifik.)
Lè yo fin fè ensèsyon nan plak la faz helical, mòd lazè 1553 nm se konvèti ak ekspozisyon yon tandans sikilè distribisyon entansite ki se karakteristik nan mòd la Laguerre-Gaussian. (Remak: mòd nan Laguerre-Gaussian se yon mòd enpòtan pou travès lazè.)
Nan detèmine chaj topolojik li yo, chèchè yo te jwenn ke modèl la difraksyon nan mòd la Laguerre-Gaussian, sa yo rele Hermite-Gaussian (Hg, Hermite-Gauss) mòd la, te kapab jwenn pa senpleman entwodwi yon lantiy silendrik. (Remak: Nan optik, mòd nan Hermite-Gauss se yon modèl gwo bout bwa enpòtan.)
Pou minimize efè a nan chanjman nan faz gouy sou mòd nan Hermite-Gauss, se 193 nm gwo bout bwa a lazè okòmansman konsantre pa yon lantiy fliyò kalsyòm ak yon longè fokal nan 200 mm. (Remak: chanjman faz gouy se yon fenomèn chanjman espesifik faz ki asosye ak pwopagasyon gwo bout bwa Gaussian nan optik.)
Depi lantiy la silendrik gen yon longè kout fokal, li se mete tou pre pwen an fokal nan lantiy la fliyò kalsyòm.
Lantiy la silendrik konvèti gwo bout bwa a sikilè nan de tach klere ak yon espas nan sant la, ki endike jenerasyon an nan yon gwo bout bwa toubiyon ak yon chaj topolojik nan 1. Rezilta sa a se ki konsistan avèk chanjman nan faz 2π nan plak la faz elik. (Remak: chanjman nan faz 2π implique ke yon sèl vag konplete yon sik konplè ki gen rapò ak lòt la.)
Paske nan diferans lan siyifikatif nan distribisyon entansite ant gwo bout bwa a toubiyon ak mòd nan Gaussian, gwo bout bwa a nan lazè a 258 nm gen yo dwe anplifye pou kapab kouvri lazè a 1553 nm, asire pi bon transfè nan momantòm angilè òbital nan sòm-frekans dèlko a 1 ak sòm-frekans dèlko 2.
Sepandan, dansite pouvwa a pi fèb nan lazè a 258 nm konpare ak eksperyans yo plen mòd Gaussian ki dekri anwo a siyifikativman redwi efikasite nan konvèsyon nan jenerasyon an sòm-frekans nan pwen kote chèchè yo te jwenn sèlman 30 MW nan lazè 221 nm ak 3 MW nan 193 nm lazè.
Selon lwa konsèvasyon momantòm angilè òbital nan pwosesis linear, chaj topolojik lazè ki te pwodwi pa jenerasyon sòm-frekans egal a sòm chaj topolojik lazè ponp lan.
Se poutèt sa, chaj la topolojik nan lazè a 1553 nm se 1, chaj la topolojik nan lazè a 258 nm se 0 paske li se nan mòd Gaussian, ak chaj la topolojik nan lazè a 221 nm se 1.
Pandan peryòd sa a, se modèl la difraksyon nan 193 nm gwo bout bwa a toubiyon divize an twa tach klere ak de twou vid ki genyen nwa nan ant, pandan y ap distribisyon an entansite rete sikilè.
Konpare ak gwo bout bwa a toubiyon debaz nan 1553 nm, pwofil yo gwo bout bwa toubiyon nan lazè a 221 nm ak lazè a 193 nm yo inevitableman defòme pandan pwosesis la jenerasyon sòm-frekans akòz dezekilib la faz ak efè mache-off nan kristal la linear.
An menm tan an, estrikti a cascade ogmante konpleksite nan orbital konvèsyon momantòm angilè epi yo ka menm mennen nan degradasyon mòd. (Degradasyon mòd se yon fenomèn nan ki pwopriyete yo nan mòd espesifik orijinal prezan nan yon onn optik deteryore oswa devye nan eta a ideyal.)
Chèchè yo kwè ke li ka posib pou amelyore kalite mòd yo pote òbital momantòm angilè lè l sèvi avèk kristal ki pi kout, oswa lè l sèvi avèk yon separe sòm-frekans jenerasyon pwosesis.
Lè ou konsidere ke lazè a 1553 nm ponpe ak anplifye pa 1 0 30 nm lazè a, efikasite nan konvèsyon an jeneral soti nan lazè a 1030 nm nan lazè a 193 NM se sou 0.55%. Se poutèt sa, malgre aktyèl efikasite nan konvèsyon ki ba, pa ogmante pouvwa a ponp nan 1030 nm a, se pouvwa a nan lazè a 193 nm espere yo dwe nan excès de dè santèn de milliwatts epi pètèt menm sou lòd la nan Watts.
Anplis de sa, itilize nan kristal linear ak pi wo koefisyan linear pral siyifikativman amelyore posibilite a nan akonplisman objektif sa a.
An menm tan an, pa mete yon plak faz silendrik, ka mòd nan Gaussian dwe konvèti nan yon mòd Laguerre-Gaussian, pèmèt jenerasyon an nan yon gwo bout bwa 1553 nm toubiyon pote òbital momantòm angilè.
Pa chanje chanjman nan faz nan plak la faz silendrik, lòd la nan chaj la topolojik ka fasil chanje. Etid anvan yo rapòte ke travès pote òbital momantòm angilè ka anplifye nan yon sèl-kristal fib ak plasmas azòt, sijere ke 193 NM toubiyon gwo bout bwa a kapab tou gen pou anplifye nan lazer excimer.
Baze sou sa a, chèchè yo prevwa ke 193 lazè a NM ta ka itilize nan yon varyete de aplikasyon pou nouvo, itilize pwodiksyon segondè pouvwa li yo ak karakteristik inik toubiyon gwo bout bwa.
