一文让您了解紫外激光器
发布日期：2021-08-29
来源：光电资讯
紫外激光器是一种产生紫外光束的激光器，主要分为气体紫外激光器和固体紫外固体激光器。
工作介质在泵浦源的作用下通过吸收外界的能量达到激发态，经过粒子数反转增益大于损耗，对光进行放大，部分被放大的光反馈继续激励从而在谐振腔内产生振荡产生激光。
气体介质主要是利用脉冲或者电子束放电，通过电子之间的相互碰撞把气体粒子由低能级激发到高能级产生受激跃迁从而得到紫外激光。
固体介质是用非线性倍频晶体的方式在经过一次及以上的频率转换产生向外辐射的紫外激光。准分子和全固态紫外激光器常用于激光加工和处理。紫外激光器的分类见下表。
紫外激光加工方面有很多优点，也是目前科技信息发展中的首选技术。首先紫外激光器可以输出超短波长的激光，可以精准处理超小细微的材料；其次紫外激光的“冷处理”不会整体破坏材料本身，只是对其表面就行处理；再者基本无热损伤影响；一些材料对可见光和红外激光不能有效吸收导致无法加工，紫外的优势是基本所有的材料对紫外光吸收较为广泛。紫外激光器尤其是固体紫外激光器的结构紧凑且体积小、简单好维护、易大量生产。紫外激光器在加工处理医用生物材料、刑事案件取证、 集成电路板、半导体工业、微光元器件、外科手术、通信和雷达、激光加工割方面应用十分广泛。
改变生物材料表面特性
在某些治疗中，许多医用材料需要与人体组织相容，甚至是修复，如紫外激光治疗眼内疾病和兔角膜实验有时也需要改变生物蛋白质特性和生物大分子结构，调整准分子紫外激光器比较好的脉冲参数，实验人员再分别用 100 nm、120 nm、200 nm 的激光对医用生物材料表面照射后，从而改善材料表面物理化学结构，并不改变材料整体化学结构，通过培养生物细胞对比实验，使处理后的有机生物材料与人体组织相容性和亲水性有显著性提高，在医用生物应用方面有很大的帮助。
刑侦领域
在刑侦领域，当发现指纹同DNA一样具有独一无二的特性以来，指印便可作为刑事案件犯罪嫌疑人的遗留在犯罪现场的重要生物证。
曾经旧的方法会导致样品损伤，难以对证物进行收集和存储。现在的 研究针对于非渗透性客体表面指纹，如胶带、照片、玻璃等显现具有突出效果。“紫外发光成像技术” 和“紫外激光反射成像技术”即波长为 266 nm 的紫外激光照射潜在指印，分别透过 266 nm 和 340 nm 的 带通滤光镜，来观察和记录紫外激光对指印的检测和采纳收集。
实验中的 120 个实验样本有百分之七十都可被成功检测。紫外短波技术提高了潜在指印的成功率，而且方便快捷容易控制其光学特性，在法庭科学领域有广大的应用前景。现场唾液斑、脱落细胞、血迹、有毛囊的毛发等常见生物检材探测都可用紫外检测。
但是通过短波 266 nm 的紫外激光在固定距离通过不同时长照射生物检材再提取 DNA 进行 分析，结果发现短波 266 nm 的紫外激光对指印、血迹、唾液斑、脱落细胞、有毛囊的毛发 5 种常见生物 物证的 DNA 检验结果产生严重影响，但是针对毛发包括毛囊、体液唾液和血液斑痕等的生物 DAN 的检测仅有少部分的影响。
短波紫外激光会对部分 DNA 生物检材产生影响，所以在刑侦调查取证时要依据证据作用来慎重选择提取方法。
紫外激光在集成电路板上的应用
在工业领域中多种电路板的生产制作过程，从开始的布线到生产成需要高级工艺的微小精密的嵌 入式芯片，集成电路板内的柔性电路、聚合物和铜的层布式电路都需要钻微孔和切割，也包括电路板 上材料的修复和检测，常需要用到等微细加工和处理。电路板加工中激光微加工技术显然成为比较好的选择。
激光在加工过程中，工作机器不与被加工产品接触，有效避免机械作用力，加工迅速，灵活性高，并且对工作场合无需特殊要求，通过对激光参数的精准设置和研究设计，可以达到微米以下量级。
电路板上用的比较传统的钻孔方式是利用紫外激光器和 CO2激光器用于非金属打标（波长为 10.6 μm 的 CO2激光 器用于非金属材料打标；波长 1064 nm 或者 532 nm 一般用于金属材料打标）。
目前还是主要采用紫外激光加工技术，可以达到微米级的加工，精确度高，可以制作超细微零器件，可以应用于小于 1 μm 光斑 的激光束的微孔加工。
但是 CO2 激光器主要打 75~150 mm 的孔，且小孔易错位，而紫外激光器可以打 25 mm 以下的孔，精度高且不会错位。
微光元器件的加工和制备
在科学技术和现代工业的快速发展的信息化时代，要达到在更小空间内搭建更多的实验系统并实现更多的功能，就要加快信息技术的发展更重要的是要制作加工出更小型化、微型化并且仅对材料表面化学键进行处理的功能齐全的器件。
在军事雷达通讯、医学治疗、航空航天和生物化学等领域具有重要的应用和研究价值。可以在纳米尺度的微光学元件上进行更加深入的切割和优化并研究和开发应用，转变传统的光学元器件功能和特性。
微光学元件具有容易批量生产和易于实现阵列化还有简小轻便灵活 等优点，但是它的主要材料是石英玻璃。
石英玻璃在应用和处理过程中很容易产生裂纹和凹坑，是一种硬脆性材料，这就使其光学性能大大减弱。
因此，紫外激光的直写“冷”加工技术提高了微光学器件的效率，迅速完成高精度微细结构的微光元器件加工且不伤材料，可以灵活完成大小批量的不同需求的加工。
国外科研机构对紫外紫外加工硅片的研究比较早，国内起步较晚随后才对硅片切割技术及切面进行研究。
紫外激光在半导体产业中的应用
近几年来，紫外激光对半导体材料的微加工受到了越来越多的关注。成千上万的密集电路元件在集成电路中非常常见，所以就需要一些高精密的处理和加工方法，还有一些高精仪器和器件的硅和蓝宝石等半导体材料等半导体薄膜的精密微加工靠紫外激光且研究薄膜的光谱特性，同时紫外激光还可以 加大硅材料对光能的利用率，也可以使得硅表面的微结构发生改变，有利于太阳能电池板的研发，如二维微光栅等。
通过这几十年的发展和研究，紫外激光器的技术和应用越来越广泛和成熟，它有特点的精细的“冷” 加工技术在不改变物体物理性质的同时对表面进行微加工和处理，广泛应用于通讯、光学、军事、刑侦、 医疗等各个行业和领域。
随着越来越多的新型的倍频晶体和增益介质的出现，越短波长功率越高的紫外激光器将在未来应用于更多的行业，促进各行各业的发展，紫外激光在加工领域更加智能、高效精准、高重复率、高稳定性是未来发展的趋势。
