Ievads
Strauji attīstoties tehnoloģijām, rodas nepieciešamība pēc vieglākām, efektīvākām, mazākām, daudzfunkcionālām un kvalitatīvām lāzeriekārtām elektronikai, ārstnieciskajai terapijai, bioloģijai un materiāliem. Pašlaik plaši izplatītie lāzeri ir pieejami infrasarkanā un redzamā viļņa garumā. Tradicionālie lāzera instrumenti, procesi un tehnoloģijas cieš no zemas efektivitātes, sarežģītas darbības, augstām izmaksām, ierobežota diapazona, lieliem zudumiem un zemas precizitātes. Zinātnieki pēdējo desmitgažu laikā ir vairākkārt pētījuši UV lāzerus, ņemot vērā to salīdzinoši augsto saskaņotību, ērtības, stabilitāti un uzticamību, zemas izmaksas, regulējamību, mazo izmēru, augstu efektivitāti, precizitāti un praktiskumu.
2. UV lāzeri
UV lāzerus galvenokārt iedala gāzes UV lāzeros un cietā UV cietvielu lāzeros. Darba vide sasniedz ierosināto stāvokli, absorbējot ārējo enerģiju sūkņa avota iedarbībā, un pēc tam, kad daļiņu skaita inversijas pieaugums ir lielāks par zudumu, gaisma tiek pastiprināta un daļa no pastiprinātās gaismas tiek palaista atpakaļ, lai turpinātu ierosmi. ģenerējot svārstības rezonanses dobumā, lai radītu lāzeru. Gāzes nesējus galvenokārt izmanto impulsu vai elektronu staru izlādēs, kur sadursmes starp elektroniem ierosina gāzes daļiņas no zema enerģijas līmeņa līdz augstam enerģijas līmenim, lai radītu ierosinātus lēcienus, lai iegūtu UV lāzerus. Cietā vide ir nelineārs frekvenču dubultošanas kristāls, kas rada uz āru izstarojošu UV lāzera gaismu pēc vienas vai vairākām frekvenču pārejām. Lāzera apstrādei un apstrādei parasti izmanto eksimēru un visu cietvielu UV lāzerus.
2.1. Eksimera lāzeri
Galvenie gāzes UV lāzeri ir eksimērlāzeri, argona jonu lāzeri, slāpekļa molekulārie lāzeri, fluora molekulārie lāzeri, hēlija kadmija lāzeri utt. Lāzera apstrādei parasti izmanto eksimēru lāzerus utt. Eksimērlāzeri ir gāzes lāzeri ar eksimēru kā darba vielu. Tie ir arī impulsu lāzeri, un tie ir izraisījuši lielu pētniecisko interesi kopš pirmā eksimēra lāzera radīšanas 1971. gadā. Eksimērs ir nestabila savienojuma molekula, kas noteiktos apstākļos sadalās atomos. Atkārtošanās biežums un vidējā jauda ir pamats eksimēru lāzeru vērtēšanai. Zināma daļa reto gāzu, piemēram, Ar, Kr un Xe, sajauktas ar halogēna elementiem, piemēram, F, Cl un Br, ir UV gāzu lāzeru galvenās darba vielas, kuras tiek sūknētas ar elektronu staru vai impulsu izlādi. Kad tiek ierosināti cēlgāzu un reto gāzu atomi pamatstāvoklī, elektroni ārpus kodola tiek ierosināti uz augstākām orbitālēm tā, ka tālākais elektronu slānis tiek piepildīts un apvienots ar citiem atomiem, veidojot kvazimolekulas, kas pēc tam pārlec atpakaļ uz pamatstāvoklis un sadalās sākotnējos atomos. Šķidrais ksenons bija agrīno eksimēru lāzeru darba viela. Mūsdienu eksimēru lāzeri ietver arī ArF lāzeru pie 193 nm, KrF lāzeru pie 248 nm un XeCl lāzeru pie 308 nm.
2.2. Cietvielu UV lāzeri
Cietvielu UV lāzeru izcilās priekšrocības ir to ērtie mazie izmēri, augsta uzticamība un darbības stabilitāte. Visbiežāk izmantotais ir parastais Nd:YAG kristāls LD sūknēšanai, kura frekvence pēc tam tiek dubultota.
Galvenie soļi UV cietvielu lāzera ģenerēšanā, pirmkārt, ir lāzera gaismas avota sūknēšana uz pastiprinātāja vidi, lai panāktu daļiņu skaita inversiju, pamata sarkanās gaismas veidošanās un svārstības rezonanses dobumā, pēc tam frekvences dubultošana dobumā ar vienu vai vairākiem nelineāriem kristāliem un visbeidzot vēlamā UV lāzera izvade no rezonanses dobuma pēc pārraides un atstarošanas. UV cietvielu lāzerus parasti iegūst, izmantojot LD diodes sūknēšanas un lampu sūknēšanas metodes. Cietvielu UV lāzeri ir LD sūknēti UV cietvielu lāzeri.
Nd:YAG (ar neodīmu leģēts itrija alumīnija granāts) un Nd:YVO4 (ar neodīmu leģēts itrija vanadāts) ir divi no visizplatītākajiem pastiprināto nesēju kristālu veidiem. Izplatīta metode rezonanses dobumu uzlabošanai ir izmantot nelielu pusvadītāju lāzera diode LD, kas tiek sūknēta ar Nd:YVO4 lāzera kristālu ar viļņa garumu 808 nm, lai radītu tuvu infrasarkano gaismu pie 1064 nm. Salīdzinot ar Nd:YAG, Nd:YVO4 lāzera kristālam ir lielāks pastiprinājuma šķērsgriezums, četras reizes lielāks nekā Nd:YAG, lielāks absorbcijas koeficients, piecas reizes lielāks nekā Nd:YAG un zemāks lāzera slieksnis. Salīdzinot ar Nd:YAG, Nd:YVO4 lāzera kristālam ir lielāks pastiprinājuma šķērsgriezums, četras reizes lielāks nekā Nd:YAG, lielāks absorbcijas koeficients, piecas reizes lielāks nekā Nd:YAG un zemāks lāzera slieksnis. Nd:YAG kristāliem ir augsta mehāniskā izturība, augsta gaismas caurlaidība, ilgs fluorescences kalpošanas laiks, un tiem nav nepieciešama spēcīga siltuma izkliedes un dzesēšanas sistēma.
3. UV lāzeru pielietojumi
UV lāzera apstrādei ir daudz priekšrocību, un šobrīd tā ir izvēles tehnoloģija tehnoloģiskās informācijas izstrādē. Pirmkārt, UV lāzers var izvadīt īpaši īsus lāzera gaismas viļņu garumus, kas var precīzi tikt galā ar īpaši maziem un smalkiem materiāliem; otrkārt, UV lāzera "aukstā apstrāde" neiznīcina pašu materiālu kopumā, bet apstrādā tikai tā virsmu; turklāt būtībā nav termisku bojājumu ietekmes. Daži materiāli efektīvi neuzsūc redzamos un infrasarkanos lāzerus, padarot tos neiespējamus apstrādāt. UV lielākā priekšrocība ir tā, ka pamatā visi materiāli absorbē UV gaismu plašāk. UV lāzeri, jo īpaši cietvielu UV lāzeri, ir kompakti un mazi, viegli kopjami un viegli ražojami lielos daudzumos. UV lāzeri tiek izmantoti plašā pielietojuma klāstā medicīnisko biomateriālu apstrādē, kriminālistikā krimināllietās, integrālās shēmas plates, pusvadītāju rūpniecībā, mikrooptiskajos komponentos, ķirurģijā, sakaros un radaru, kā arī lāzera apstrādē un griešanā.
3.1. Bioloģisko materiālu virsmas īpašību modificēšana
Dažos ārstēšanas veidos daudziem medicīniskiem materiāliem jābūt saderīgiem ar cilvēka audiem vai pat jālabo, piemēram, intraokulāro slimību ārstēšana ar ultravioleto lāzeru un eksperimenti ar trušu radzeni, kas dažkārt prasa izmaiņas bioloģisko olbaltumvielu īpašībās un biomolekulārajās struktūrās. Pēc eksimēra UV lāzera optimālo impulsa parametru pielāgošanas eksperimentālisti apstaroja medicīnisko biomateriālu virsmu attiecīgi ar 100 nm, 120 nm un 200 nm lāzeriem, tādējādi uzlabojot materiāla virsmas fizikāli ķīmisko struktūru un nemainot kopējo ķīmisko struktūru. materiālu un padarīt apstrādātos organiskos biomateriālus ievērojami saderīgākus un hidrofilākus ar cilvēka audiem, veicot salīdzinošus eksperimentus ar kultivētām bioloģiskām šūnām, kas ir ļoti noderīgs medicīniskos bioloģiskos lietojumos.
3.2. Krimināllietu izmeklēšanas jomā
Krimināllietu izmeklēšanas jomā pirkstu nospiedumi ir izmantoti kā svarīgi bioloģiski pierādījumi, ko krimināllietās aizdomās turamās personas atstājušas nozieguma vietā, kopš tika atklāts, ka pirkstu nospiedumi ir tikpat unikāli kā DNS. Vienreiz vecās metodes var izraisīt paraugu bojājumus un apgrūtināt eksponātu savākšanu un uzglabāšanu. Pašreizējais pētījums sniedz izcilus rezultātus necaurlaidīgu objektu virsmas pirkstu nospiedumu, piemēram, lentes, fotogrāfiju, stikla uc izskatam. UV luminiscences attēlveidošana" un "UV lāzera atstarošanas attēlveidošana" tiek izmantota, lai novērotu un reģistrētu pirkstu nospiedumu noteikšanu un savākšanu ar potenciālo pirkstu nospiedumu UV lāzera apstarošanu caur joslas caurlaides filtriem attiecīgi pie 266 nm un 340 nm. Septiņdesmit procenti no 120 paraugiem eksperimentā pārbaudītie tika veiksmīgi atklāti. UV īsviļņu tehnika palielina potenciālo pirkstu nospiedumu izdošanās līmeni, un optisko īpašību kontroles vieglums un ātrums padara to par daudzsološu izmantošanai tiesas zālē. ar UV noteikšanu var noteikt atslāņojušās šūnas, asins traipus, matus ar matu folikulu un citus izplatītus bioloģiskos paraugus. Taču, kad īsviļņu 266 nm UV lāzers tika izmantots bioloģisko paraugu apstarošanai noteiktā attālumā un dažādos ilgumos un pēc tam ekstrahēšanai DNS, tika konstatēts, ka īsviļņu 266 nm UV lāzers nopietni ietekmēja piecu izplatītu bioloģisko pierādījumu veidu DNS rezultātus: pirkstu nospiedumus, b. traipi, siekalu plankumi, izkritušās šūnas un mati ar matu folikulām, bet tikai mazākā mērā bioloģiskās DAN noteikšanai matiem, tostarp matu folikulām, siekalām un asins plankumiem. Īsviļņu UV lāzeri var ietekmēt dažus DNS biomateriālus, tāpēc kriminālistikas izmeklēšanas laikā ekstrakcijas metode ir rūpīgi jāizvēlas tās pierādījuma vērtībai.
3.3. UV lāzera lietojumi uz integrētajām shēmām
Plaša klāsta shēmas plates ražošanai rūpniecībā, sākot no sākotnējās elektroinstalācijas līdz sīku precīzi iegultu mikroshēmu ražošanai, kam nepieciešami uzlaboti procesi, elastīgām shēmām integrēto shēmu platēs, laminētām shēmām polimēros un varā, ir nepieciešama mikro caurumu urbšana un griešana, kā arī dēļu materiālu remonts un pārbaude, kas bieži vien prasa mikroražošanu un apstrādi. Lāzera mikroapstrādes tehnoloģija nepārprotami ir labākā izvēle shēmas plates apstrādei. Lāzers procesa laikā nesaskaras ar apstrādājamo produktu, efektīvi izvairoties no mehāniskiem spēkiem, kā rezultātā notiek ātra apstrāde, augsta elastība un nav īpašu prasību darba vietai, kas, precīzi iestatot lāzeru, var sasniegt submikronu lielumu. parametri un pētījuma dizains. Tradicionālākās urbšanas metodes, ko izmanto shēmas platēs, ir UV lāzeru un CO2 lāzeru izmantošana nemetāla marķēšanai (CO2 lāzeri ar viļņa garumu 10,6 μm tiek izmantoti nemetālisku materiālu marķēšanai; parasti tiek izmantoti viļņu garumi 1064 nm vai 532 nm izmanto metālisku materiālu marķēšanai). Pašlaik joprojām galvenokārt tiek izmantota UV lāzera apstrādes tehnoloģija, kas var sasniegt mikronu līmeņa apstrādi, augstu precizitāti, var ražot īpaši smalkas mikronulles ierīces, var tikt pielietota mazāk nekā 1 μm mikrocauruma lāzera stara vietā. apstrāde. Tomēr CO2 lāzerus galvenokārt izmanto caurumiem no 75 līdz 150 mm, un tie ir pakļauti novirzēm mazos caurumos, savukārt UV lāzerus var izmantot caurumiem līdz 25 mm ar augstu precizitāti un bez novirzes. Piemēram, ar varu pārklātu shēmu plates "aukstā" apstrādē ar UV femtosekundes lāzeriem tiek izmantota visaptveroša balansēšanas metode, lai iegūtu optimālos procesa parametrus, un pēc tam tiek izmantotas selektīvās kodināšanas īpašības, lai sasniegtu augstu kvalitāti un augstu efektivitāti. ar varu pārklātu virsmu mikrolīniju kodināšana ar līnijas platumu 50 μm un līnijas soli 20 μm.
3.4. Mikrooptisko komponentu apstrāde un sagatavošana
Informācijas tehnoloģiju laikmetā un modernās rūpniecības straujās attīstības apstākļos nepieciešamība būvēt vairāk eksperimentālu sistēmu mazākā telpā un sasniegt vairāk funkciju prasa paātrinātu informācijas tehnoloģiju attīstību un, vēl svarīgāk, mazāku, miniaturizētu un pilnvērtīgu sistēmu ražošanu. funkcionālas ierīces, kas apstrādā tikai ķīmiskās saites uz materiāla virsmas. Tam ir svarīgi pielietojumi un pētniecības vērtība militāro radaru sakaru, medicīniskās terapijas, kosmosa un bioķīmijas jomās. Ir iespējama padziļināta griešana un optimizācija, kā arī mikrooptisko komponentu lietojumu izpēte un izstrāde nanomērogā, pārveidojot tradicionālo optisko komponentu funkcijas un īpašības. Mikrooptikas priekšrocība ir tā, ka tā ir viegli masveidā ražojama, viegli masīva, maza, viegla un elastīga, bet galvenais materiāls ir kvarca stikls. Kvarca stikls uzklāšanas un apstrādes laikā ir pakļauts plaisāšanai un krāterēšanai, un tas ir ciets un trausls materiāls, kas ievērojami samazina tā optiskās īpašības. Rezultātā UV lāzera tiešās rakstīšanas "aukstās" apstrādes tehnoloģija ir ievērojami uzlabojusi mikrooptisko ierīču efektivitāti, ļaujot ātri apstrādāt mikrooptiskos komponentus ar augstu precizitāti un smalku struktūru, nesabojājot materiālu, un ļaujot elastīgi apstrādāt lielas un mazas partijas ar dažādām prasībām. Ja ārvalstu pētniecības institūti ir pētījuši silīcija plākšņu UV-UV apstrādi agrāk, vietējie pētījumi par silīcija vafeļu griešanas tehnoloģiju un šķautnēm tika veikti tikai pēc salīdzinoši vēla sākuma. Optimizēta trīs viena un tā paša materiāla silīcija plātņu griešana (0.18 mm, 0.38 mm un 0.6 mm) ar minimālo atvērumu 45 μm un apstrādes precizitāti 20 μm, neuzrāda plaisas materiālā, mazāka lāzera termiskā ietekme un mazāk izšļakstīšanās.
3.4. UV lāzeru pielietojumi pusvadītāju rūpniecībā
Pēdējos gados arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta pusvadītāju materiālu mikroapstrādei ar UV lāzeriem. Tūkstošiem blīvu ķēžu komponentu ir ļoti izplatīti integrālajās shēmās, tāpēc ir nepieciešamas dažas augstas precizitātes apstrādes un apstrādes metodes, kā arī daži augstas precizitātes instrumenti un ierīces, piemēram, silīcija un safīra pusvadītāju materiāli un citas pusvadītāju plānās kārtiņas precīzai mikroapstrādei. UV lāzers un pētīt plēves spektrālās īpašības, savukārt UV lāzers var arī palielināt silīcija materiālu gaismas enerģijas izmantošanu, bet arī veikt silīcija virsmas mikrostruktūras izmaiņas, kas veicina saules paneļu attīstību, piemēram, divu. izmēru mikrorežģis utt.
4. noslēguma piezīmes
Gadu desmitiem ilgās attīstības un izpētes laikā UV lāzeru tehnoloģija un pielietojumi ir kļuvuši arvien izplatītāki un nobriedušāki, un tai raksturīgākā smalkās "aukstās" apstrādes tehnoloģija mikroapstrādā un apstrādā virsmas, nemainot objekta fizikālās īpašības, un plaši izmanto dažādās nozarēs un jomās, piemēram, sakaros, optikā, militārajā, kriminālizmeklēšanā un ārstēšanā. Piemēram, 5G laikmets rada pieprasījumu pēc FPC apstrādes. Turpinot attīstīties 5G nozarei un lielākajiem elektronikas ražotājiem tiecoties pēc elastīgiem OLED displejiem, pieprasījums pēc FPC elastīgajām shēmas platēm strauji pieaug, un līdz ar to arī pieprasījums pēc UV lāzeriem. Cerams, ka šī tendence novedīs pie pašas UV tehnoloģijas straujas attīstības, lai panāktu lielākus sasniegumus jaudas un impulsa platumā, kā arī jaunas pielietojuma jomas. UV lāzera iekārtu izmantošana ir padarījusi iespējamu tādu materiālu kā FPC precīzu auksto apstrādi, savukārt pakāpeniskais FPC pieaugums ir veicinājis 5G ieviešanu, kura zemā latentuma raksturlielumi sniedz neierobežotas iespējas jauniem tehnoloģiju attīstības viļņiem, piemēram, mākoņtehnoloģijas, Lietu internets, bezvadība un VR. Tas, protams, ir papildinošs jēdziens, un jaunas tehnoloģijas un lietojumi galu galā virzīs turpmāku UV lāzeru attīstību.
Tā kā parādās arvien vairāk jaunu frekvenču dubultojošo kristālu un pastiprinošo materiālu, jo īsāks ir viļņa garums, jo lielāka UV lāzera jauda nākotnē tiks izmantota vairākās nozarēs, lai veicinātu visu dzīves jomu attīstību, UV lāzeri apstrādes jomā. viedāks, efektīvāks un precīzāks, augsts atkārtošanās ātrums, augsta stabilitāte ir nākotnes attīstības tendence.
