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266nm紫外激光器研究

闫晓媛  
【摘要】: 266nm紫外激光由于在材料加工、光刻及微刻、医疗及科研等领域具有广泛的应用前景而成为现在一个新的研究方向。本文从理论和实验两方面对用于指纹检测的266nm Nd:YAG四倍频紫外激光器进行研究。内容主要包括以下几部分: 首先对近十年来国内外紫外激光器的发展状况作出较为全面的综合评述。较为详尽地分析了各种产生紫外激光的方案并给出了相应的性能指标。在此基础上本文提出了采用氙灯泵浦、Cr~(4+):YAG被动调Q Nd:YAG激光器,经腔外KTP二倍频和BBO四倍频获得266nm紫外激光的方案。 其次,对Cr~(4+):YAG被动调Q的原理进行研究。文中建立了带激发态吸收的慢恢复可饱和吸收体被动调Q激光器的运转及优化模型,建立了含激发态吸收的慢恢复可饱和吸收体被动调Q激光器的运转速率方程组,得出获得良好巨脉冲输出所必须满足的调Q判据以及被动调Q激光器输出特性参数的解析表达式。求出在一定的泵浦条件下,通过选取适当的可饱和吸收体参数和输出耦合率,来实现被动调Q激光器最优化运转的条件。 研究了单轴及双轴晶体的相位匹配方式并推导了相位匹配角公式。由倍频效率公式,得出影响倍频效率的因素及提高倍频效率的方法。研究了非线性晶体三波相互作用允许参量的计算理论。确定了倍频晶体所采用的相位匹配方式并计算相位匹配角及倍频时的走离角。 根据被动调Q及倍频理论,本文设计并研制成功一台输出波长为266nm的紫外激光器。设计方案为氙灯泵浦、Cr~(4+):YAG被动调Q的Nd:YAG激光器,工作频率1、3、5、10、20Hz可调,Cr~(4+):YAG初始透过率为30%,;经腔外KTP晶体二倍频和BBO晶体四倍频,得到三个波长的混合光,用软件作图法设计并制作分光棱镜分光,得到266nm的紫外激光。1064nm向532nm转换效率最大为44%,单脉冲最大输出能量54.2mJ;532nm向266nm转换效率最大为23%,266nm紫外光单脉冲能量最大值为12.5mJ,脉冲宽度12ns。将266nm紫外激光作为光源,结合紫外积分接收器和紫外激光指印检测仪组成紫外激光指印探测仪系统,指纹提取率达65%,30天的指纹仍可检测。


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