Introduksjon
Med den raske teknologiutviklingen er det behov for lettere, mer effektivt, mindre, multifunksjonelt og høykvalitets laserutstyr for elektronikk, medisinsk terapi, biologi og materialer. For tiden er vanlige lasere tilgjengelige i infrarøde og synlige bølgelengder. Tradisjonelle laserverktøy, prosesser og teknologier lider av lav effektivitet, kompleks drift, høye kostnader, begrenset rekkevidde, store tap og lav nøyaktighet. UV-lasere har gjentatte ganger blitt undersøkt av forskere de siste tiårene for deres relativt høye sammenheng, bekvemmelighet, stabilitet og pålitelighet, lave kostnader, avstembarhet, liten størrelse, høy effektivitet, nøyaktighet og praktiske egenskaper.
2. UV-lasere
UV-lasere er hovedsakelig delt inn i gass-UV-lasere og solid UV-solid state-lasere. Arbeidsmediet når en eksitert tilstand ved å absorbere ekstern energi under påvirkning av pumpekilden, og etter at partikkelantallinversjonsforsterkningen er større enn tapet, forsterkes lyset og en del av det forsterkede lyset mates tilbake for å fortsette eksitasjonen på denne måten. genererer oscillasjon i resonanshulen for å produsere laseren. Gassmedier brukes hovedsakelig i pulserende eller elektronstråleutladninger, hvor kollisjonene mellom elektroner eksiterer gasspartikler fra lave energinivåer til høye energinivåer for å produsere eksiterte hopp for å oppnå UV-lasere. Det faste mediet er en ikke-lineær frekvensdoblingskrystall som produserer utadstrålende UV-laserlys etter en eller flere frekvensoverganger. Excimer og all-solid-state UV-lasere brukes ofte til laserbehandling og håndtering.
2.1. Excimer lasere
De viktigste gass-UV-laserne er excimerlasere, argonionlasere, nitrogenmolekylære lasere, fluormolekylære lasere, heliumkadmiumlasere osv. Excimerlasere etc. brukes ofte til laserbehandling. Excimer-lasere er gasslasere med excimer som virkestoff. De er også pulserende lasere og har vært av stor forskningsinteresse siden den første excimer-laseren ble opprettet i 1971. Excimer er et ustabilt sammensatt molekyl som brytes ned til atomer under visse omstendigheter. Repetisjonsfrekvens og gjennomsnittlig kraft er grunnlaget for å bedømme excimer-lasere. En viss andel sjeldne gasser som Ar, Kr og Xe blandet med halogenelementer som F, Cl og Br er de viktigste arbeidsstoffene i UV-gasslasere, som pumpes ved hjelp av elektronstråler eller pulserende utladninger. Når atomer av edle og sjeldne gasser i grunntilstanden eksiteres, eksiteres elektronene utenfor kjernen til høyere orbitaler slik at det ytterste elektronlaget fylles og kombineres med andre atomer for å danne kvasimolekyler, som deretter hopper tilbake til grunntilstand og brytes opp til de opprinnelige atomene. Flytende xenon var arbeidsstoffet for de tidlige excimer-laserne. Dagens excimer-lasere inkluderer også ArF-laseren ved 193 nm, KrF-laseren ved 248 nm og XeCl-laseren ved 308 nm.
2.2. Solid state UV lasere
De enestående fordelene med all-solid-state UV-lasere er deres praktiske lille størrelse, høye pålitelighet og driftsstabilitet. Den mest brukte er den vanlige Nd:YAG-krystallen for LD-pumping, som deretter dobles frekvensen.
Hovedtrinnene i genereringen av en UV-faststofflaser er for det første pumpingen av lyskilden i laseren på forsterkermediet for å oppnå partikkelantallinversjon, dannelsen og oscillasjonen av det fundamentale røde lyset i resonanshulen, deretter dobling av frekvensen i hulrommet med en eller flere ikke-lineære krystaller, og til slutt utgangen av ønsket UV-laser fra resonanshulen etter overføring og refleksjon. UV-solid-state lasere oppnås vanligvis ved å bruke LD-diodepumping og lampepumpemetoder. All-solid-state UV-lasere er LD-pumpede UV-solid state-lasere.
Nd:YAG (neodymdopet yttriumaluminiumgranat) og Nd:YVO4 (neodymdopet yttriumvanadat) er to av de vanligste typene forsterkede mediekrystaller. En vanlig metode for å forbedre resonanshulrom er å bruke en liten halvlederlaserdiode LD pumpet med en Nd:YVO4 laserkrystall ved en bølgelengde på 808 nm for å produsere nær infrarødt lys ved 1064 nm. Sammenlignet med Nd:YAG har Nd:YVO4-laserkrystallen et større forsterkningstverrsnitt, fire ganger det for Nd:YAG, en større absorpsjonskoeffisient, fem ganger den for Nd:YAG og en lavere laserterskel. Sammenlignet med Nd:YAG har Nd:YVO4-laserkrystallen et større forsterkningstverrsnitt, fire ganger det for Nd:YAG, en større absorpsjonskoeffisient, fem ganger den for Nd:YAG og en lavere laserterskel. Nd:YAG-krystaller har høy mekanisk styrke, høy lystransmisjon, lang fluorescenslevetid og krever ikke en sterk varmespredning og kjølesystem.
3. Anvendelser av UV-lasere
UV-laserbehandling har mange fordeler og er i dag den foretrukne teknologien i utviklingen av teknologisk informasjon. For det første kan UV-laseren sende ut ultrakorte bølgelengder av laserlys, som nøyaktig kan håndtere ultrasmå og fine materialer; for det andre ødelegger "kaldbehandlingen" av UV-laseren ikke selve materialet som helhet, men behandler bare overflaten; videre er det i utgangspunktet ingen effekt av termisk skade. Noen materialer absorberer ikke synlige og infrarøde lasere effektivt, noe som gjør dem umulige å behandle. Den største fordelen med UV er at stort sett alle materialer absorberer UV-lys bredere. UV-lasere, spesielt solid-state UV-lasere, er kompakte og små, enkle å vedlikeholde og enkle å produsere i store mengder. UV-lasere brukes i et bredt spekter av bruksområder i behandlingen av medisinske biomaterialer, rettsmedisin i straffesaker, integrerte kretskort, halvlederindustrien, mikrooptiske komponenter, kirurgi, kommunikasjon og radar, og laserbehandling og -skjæring.
3.1. Modifisering av overflateegenskaper til biologiske materialer
I noen behandlinger må mange medisinske materialer være kompatible med menneskelig vev eller til og med repareres, for eksempel ultrafiolett laserbehandling av intraokulære sykdommer og eksperimenter på kaninhornhinner som noen ganger krever endringer i biologiske proteinegenskaper og biomolekylære strukturer. Etter å ha justert de optimale pulsparametrene til excimer-UV-laseren, bestrålte eksperimentalistene overflaten av medisinske biomaterialer med henholdsvis 100 nm, 120 nm og 200 nm lasere, og forbedret dermed den fysisk-kjemiske strukturen til materialoverflaten og ikke endret den generelle kjemiske strukturen til materialet, og gjøre de behandlede organiske biomaterialene betydelig mer kompatible og hydrofile med menneskelig vev gjennom sammenlignende eksperimenter med dyrkede biologiske celler, noe som er til stor hjelp i medisinsk biologiske applikasjoner.
3.2. Innen kriminaletterforskning
Innen kriminaletterforskning har fingeravtrykk blitt brukt som viktige biologiske bevis etterlatt på åstedet av mistenkte i straffesaker siden det ble oppdaget at fingeravtrykk er like unike som DNA. En gang gamle metoder kan føre til prøveskader og gjøre det vanskelig å samle inn og lagre utstillinger. Den nåværende forskningen har enestående resultater for ikke-penetrerende objektoverflate-fingeravtrykk, som tape, fotografier, glass, etc. utseende. UV luminescence imaging" og "UV laser reflectance imaging" brukes til å observere og registrere deteksjon og innsamling av fingeravtrykk ved UV-laserbestråling av potensielle fingeravtrykk gjennom båndpassfiltre ved henholdsvis 266 nm og 340 nm. Sytti prosent av de 120 prøvene testet i eksperimentet ble vellykket oppdaget. UV-kortbølgeteknikken øker suksessraten for potensielle fingeravtrykk, og lettheten og hastigheten som de optiske egenskapene kan kontrolleres med gjør den lovende for bruk i rettssalsvitenskap. Spyttflekker på stedet, eksfolierede celler, blodflekker, hår med hårsekker og andre vanlige biologiske prøver kan påvises med UV-deteksjon.Da kortbølget 266 nm UV-laser ble brukt til å bestråle biologiske prøver i en fast avstand og med forskjellige varigheter og deretter for å trekke ut DNA, ble det funnet at kortbølget 266 nm UV-laser hadde en alvorlig effekt på DNA-resultatene fra fem vanlige typer biologiske bevis: fingeravtrykk, b. flekker, spyttflekker, utfelte celler og hår med hårsekker, men kun i mindre grad ved påvisning av biologisk DAN for hår inkludert hårsekker, spytt og blodflekker. Kortbølgede UV-lasere kan påvirke enkelte DNA-biomaterialer, så ekstraksjonsmetoden bør velges nøye for sin bevisverdi under rettsmedisinske undersøkelser.
3.3. UV-laserapplikasjoner på integrerte kretskort
Produksjonen av et bredt spekter av kretskort i industrien, fra den første kablingen til produksjonen av bittesmå presisjons innebygde brikker som krever avanserte prosesser, fleksible kretser innenfor integrerte kretskort, laminerte kretser i polymerer og kobber krever alle mikrohullsboring og -skjæring, samt reparasjon og inspeksjon av materialer på platene, som ofte krever bruk av mikrofabrikasjon og prosessering. Lasermikromaskinteknologi er klart det beste valget for behandling av kretskort. Laseren kommer ikke i kontakt med produktet som skal behandles under prosessen, og unngår effektivt mekaniske krefter, noe som resulterer i rask prosessering, høy fleksibilitet og ingen spesielle krav til arbeidsplassen, som kan nå sub-mikron størrelser gjennom nøyaktig innstilling av laser parametere og forskningsdesign. De mer tradisjonelle boremetodene som brukes på kretskort er bruken av UV-lasere og CO2-lasere for ikke-metallisk merking (CO2-lasere med en bølgelengde på 10,6 μm brukes til å merke ikke-metalliske materialer; bølgelengder på 1064 nm eller 532 nm er vanligvis brukes til å merke metalliske materialer). For tiden brukes fortsatt hovedsakelig UV-laserbehandlingsteknologi, som kan oppnå prosessering på mikronnivå, høy nøyaktighet, kan produsere ultrafine mikro-null-enheter, kan brukes på mindre enn 1 μm flekk av laserstrålen til mikrohull behandling. Imidlertid brukes CO2-lasere hovedsakelig til hull mellom 75 og 150 mm og er utsatt for feiljustering i små hull, mens UV-lasere kan brukes til hull opptil 25 mm med høy nøyaktighet og ingen feiljustering. For eksempel, i den "kalde" behandlingen av kobberkledde kretskort med UV-femtosekundlasere, brukes en omfattende balansemetode for å oppnå de optimale prosessparametrene, og de selektive etseegenskapene brukes deretter for å oppnå høy kvalitet og høy effektivitet mikrolinjeetsing av kobberkledde overflater med en linjebredde på 50 μm og en linjestigning på 20 μm.
3.4 Bearbeiding og klargjøring av mikrooptiske komponenter
I informasjonsteknologiens tidsalder og den raske utviklingen av moderne industri krever behovet for å bygge flere eksperimentelle systemer på et mindre rom og for å oppnå flere funksjoner akselerert utvikling av informasjonsteknologi og, enda viktigere, produksjon av mindre, miniatyriserte og fullstendige funksjonelle enheter som kun behandler de kjemiske bindingene på overflaten av materialet. Den har viktige anvendelser og forskningsverdi innen militær radarkommunikasjon, medisinsk terapi, romfart og biokjemi. Mer dyptgående kutting og optimalisering og forskning og utvikling av applikasjoner på mikro-optiske komponenter på nanoskala er mulig, og transformerer funksjonene og egenskapene til tradisjonelle optiske komponenter. Mikrooptikk har fordelen av å være lett å masseprodusere, lett å sette opp, liten, lett og fleksibel, men hovedmaterialet er kvartsglass. Kvartsglass er utsatt for sprekker og krater under påføring og håndtering og er et hardt og sprøtt materiale, som reduserer dets optiske egenskaper betydelig. Som et resultat har UV-laserens direkteskrivende "kalde" prosesseringsteknologi i stor grad forbedret effektiviteten til mikrooptiske enheter, noe som muliggjør rask behandling av mikrooptiske komponenter med høy presisjon og fin struktur uten å skade materialet, og tillater fleksibel behandling av store og små partier med ulike krav. Mens utenlandske forskningsinstitutter har studert UV-UV-behandling av silisiumskiver tidligere, ble innenlandsk forskning på silisiumwaferskjæringsteknologi og fasetter utført først etter en relativt sen start. Optimalisert kutting av tre silisiumskiver av samme materiale (0,18 mm, 0,38 mm og 0,6 mm) med en minimumsåpning på 45 μm og en maskineringsnøyaktighet på 20 μm, viser ingen sprekker i materialet, mindre termisk påvirkning av laseren og mindre sprut.
3.4. UV-laserapplikasjoner i halvlederindustrien
Mikrobearbeiding av halvledermaterialer med UV-lasere har fått økende oppmerksomhet de siste årene. Tusenvis av tette kretskomponenter er svært vanlige i integrerte kretser, så det kreves noen høypresisjonshåndterings- og prosesseringsmetoder, samt noen høypresisjonsinstrumenter og -enheter som silisium- og safirhalvledermaterialer og andre halvledertynne filmer med presisjonsmikroprosessering av UV-laser og studere de spektrale egenskapene til filmen, mens UV-laseren også kan øke utnyttelsen av lysenergien til silisiummaterialer, men også gjøre silisiumoverflatens mikrostrukturendringer, noe som bidrar til utviklingen av solcellepaneler, for eksempel to- dimensjonalt mikrorist, etc.
4. avsluttende merknader
Gjennom flere tiår med utvikling og forskning har teknologien og bruksområdene til UV-lasere blitt mer og mer utbredt og moden, og dens mest karakteristiske fine "kalde" prosesseringsteknologi mikrobehandler og behandler overflater uten å endre de fysiske egenskapene til objektet, og er mye brukt i ulike bransjer og felt som kommunikasjon, optikk, militær, kriminell etterforskning og medisinsk behandling. 5G-æraen genererer for eksempel etterspørsel etter FPC-behandling. Med videreutviklingen av 5G-industrien og jakten på fleksible OLED-skjermer fra store elektronikkprodusenter, øker etterspørselen etter FPC fleksible kretskort raskt, og med det, etterspørselen etter UV-lasere. Denne trenden vil forhåpentligvis føre til en rask utvikling av selve UV-teknologien for å oppnå større gjennombrudd i kraft og pulsbredde, samt til nye bruksområder. Anvendelsen av UV-lasermaskiner har gjort presisjon kaldbehandling av materialer som FPC mulig, mens den gradvise økningen i FPC har drevet utplasseringen av 5G, hvis lave latensegenskaper gir ubegrensede muligheter for nye bølger av teknologisk utvikling som skyteknologi, Internet of Things, førerløshet og VR. Dette er selvsagt et komplementært konsept, og nye teknologier og applikasjoner vil etter hvert drive videre utvikling av UV-lasere.
Ettersom flere og flere nye frekvensdoblingskrystaller og forsterkningsmedier dukker opp, jo kortere bølgelengde, desto høyere kraft vil UV-laseren brukes i fremtiden i flere bransjer for å fremme utviklingen av alle samfunnslag, UV-lasere i prosesseringsfeltet mer intelligent, effektiv og nøyaktig, høy repetisjonshastighet, høy stabilitet er trenden for fremtidig utvikling.
