Bevezetés
A technológia rohamos fejlődésével egyre könnyebb, hatékonyabb, kisebb méretű, többfunkciós és jó minőségű lézeres berendezésekre van szükség az elektronikai, gyógyászati, biológiai és anyagok gyártásában. A jelenleg elterjedt lézerek infravörös és látható hullámhosszúságban állnak rendelkezésre. A hagyományos lézeres eszközök, eljárások és technológiák az alacsony hatásfok, a bonyolult működés, a magas költségek, a korlátozott hatótáv, a súlyos veszteségek és az alacsony pontosság miatt szenvednek. Az UV lézereket a tudósok az elmúlt évtizedekben többször is kutatták viszonylag magas koherenciájuk, kényelmük, stabilitásuk és megbízhatóságuk, alacsony költségük, hangolhatóságuk, kis méretük, nagy hatékonyságuk, pontosságuk és praktikumuk miatt.
2. UV lézerek
Az UV-lézereket főként gáz-UV-lézerekre és szilárdtest-UV-lézerekre osztják. A munkaközeg úgy ér el gerjesztett állapotot, hogy a szivattyúforrás hatására külső energiát nyel el, és miután a részecskeszám inverziós nyeresége nagyobb, mint a veszteség, a fény felerősödik, és a felerősített fény egy része visszacsatolva folytatódik a gerjesztés. oszcillációt generál a rezonáns üregben a lézer előállításához. A gázközegeket főként impulzusos vagy elektronsugaras kisüléseknél használják, ahol az elektronok közötti ütközések során a gázrészecskéket alacsony energiaszintről magas energiaszintre gerjesztik, hogy gerjesztett ugrásokat hozzanak létre UV-lézerek előállításához. A szilárd közeg egy nemlineáris frekvenciakettőző kristály, amely egy vagy több frekvenciaátmenet után kifelé sugárzó UV lézerfényt állít elő. Az excimer és a teljesen szilárdtest UV lézereket általában lézeres feldolgozásra és kezelésre használják.
2.1. Excimer lézerek
A fő gáz-UV lézerek az excimer lézerek, argonion lézerek, nitrogén molekuláris lézerek, fluor molekuláris lézerek, hélium-kadmium lézerek stb. Az excimer lézereket stb. általában használják lézeres feldolgozásra. Az excimer lézerek olyan gázlézerek, amelyek munkaanyaga excimer. Emellett impulzuslézerek, és az első excimer lézer 1971-es megalkotása óta nagy kutatási érdeklődés övezi őket. Az excimer egy instabil összetett molekula, amely bizonyos körülmények között atomokra bomlik. Az ismétlési gyakoriság és az átlagos teljesítmény az excimer lézerek megítélésének alapja. A halogénelemekkel, például F, Cl és Br által kevert ritka gázok egy része, mint az Ar, Kr és Xe, az UV-gázlézerek fő munkaanyaga, amelyeket elektronsugarakkal vagy impulzuskisülésekkel szivattyúznak. Amikor a nemes- és ritkagázok alapállapotú atomjait gerjesztjük, az atommagon kívüli elektronok magasabb pályákra gerjesztődnek, így a legkülső elektronréteg megtelik, és más atomokkal kombinálva kvázi molekulákat képez, amelyek aztán visszaugrálnak a alapállapotba kerül, és az eredeti atomokra bomlik fel. A folyékony xenon volt a korai excimer lézerek munkaanyaga. A mai excimer lézerek közé tartozik még a 193 nm-es ArF lézer, a 248 nm-es KrF lézer és a 308 nm-es XeCl lézer.
2.2. Szilárdtest UV lézerek
A szilárdtest UV-lézerek kiemelkedő előnyei a kényelmes kis méret, a nagy megbízhatóság és a működési stabilitás. A leggyakrabban használt Nd:YAG kristály az LD szivattyúzáshoz, amelynek frekvenciáját megduplázzák.
Az UV szilárdtestlézer létrehozásának fő lépései először a lézerben lévő fényforrásnak az erősítő közegre pumpálása a részecskeszám inverziója érdekében, a rezonáns üregben az alapvető vörös fény kialakulása és rezgése, majd a a frekvencia megkétszerezése az üregben egy vagy több nemlineáris kristállyal, és végül a kívánt UV-lézer kimenete a rezonáns üregből az átvitel és a visszaverődés után. Az UV szilárdtest-lézereket általában LD-dióda-szivattyúzási és lámpaszivattyús módszerekkel állítják elő. A teljesen szilárdtest UV lézerek LD-szivattyús UV szilárdtestlézerek.
Az Nd:YAG (neodímiummal adalékolt ittrium-alumínium-gránát) és az Nd:YVO4 (neodímiummal adalékolt ittrium-vanadát) a megerősített közegkristályok két leggyakoribb típusa. A rezonáns üregek fokozásának elterjedt módszere egy 808 nm hullámhosszú Nd:YVO4 lézerkristállyal pumpált kisméretű LD félvezető lézerdióda használata 1064 nm-es közeli infravörös fény előállítására. Az Nd:YAG-hoz képest az Nd:YVO4 lézerkristály erősítési keresztmetszete nagyobb, négyszerese az Nd:YAG-énak, nagyobb abszorpciós együtthatója, ötszöröse az Nd:YAG-énak, és alacsonyabb a lézerküszöbe. Az Nd:YAG-hoz képest az Nd:YVO4 lézerkristály erősítési keresztmetszete nagyobb, négyszerese az Nd:YAG-énak, nagyobb abszorpciós együtthatója, ötszöröse az Nd:YAG-énak, és alacsonyabb a lézerküszöbe. Az Nd:YAG kristályok nagy mechanikai szilárdsággal, nagy fényáteresztő képességgel, hosszú fluoreszcens élettartammal rendelkeznek, és nem igényelnek durva hőelvezetést és hűtőrendszert.
3. UV lézerek alkalmazásai
Az UV lézeres feldolgozásnak számos előnye van, és jelenleg ez a választott technológia a technológiai információk fejlesztésében. Először is, az UV-lézer ultrarövid hullámhosszú lézerfényt képes kibocsátani, ami pontosan képes kezelni az ultra-kicsi és finom anyagokat; másodszor, az UV-lézer "hidegkezelése" nem magát az anyagot mint egészet roncsolja, hanem csak a felületét kezeli; továbbá alapvetően nincs hőkárosodás hatása. Egyes anyagok nem nyeli el hatékonyan a látható és infravörös lézereket, így lehetetlen megmunkálni őket. Az UV legnagyobb előnye, hogy alapvetően minden anyag szélesebb körben nyeli el az UV fényt. Az UV-lézerek, különösen a szilárdtest-UV-lézerek, kompaktak és kicsik, egyszerűen karbantarthatók és nagy mennyiségben is könnyen előállíthatók. Az UV-lézereket széles körben használják orvosi bioanyagok feldolgozásában, bűnügyi kriminalisztika, integrált áramköri lapok, félvezetőipar, mikro-optikai alkatrészek, sebészet, kommunikáció és radar, valamint lézeres feldolgozás és vágás területén.
3.1. Biológiai anyagok felületi tulajdonságainak módosítása
Egyes kezeléseknél sok orvosi anyagnak kompatibilisnek kell lennie az emberi szövettel, vagy akár javítani is kell, ilyen például az intraokuláris betegségek ultraibolya lézeres kezelése és a nyúl szaruhártyáján végzett kísérletek, amelyek néha megváltoztatják a biológiai fehérje tulajdonságait és a biomolekuláris struktúrákat. Az excimer UV lézer optimális impulzusparamétereinek beállítása után a kísérleti szakemberek 100 nm-es, 120 nm-es, illetve 200 nm-es lézerrel sugározták be az orvosi bioanyagok felületét, javítva ezzel az anyag felületének fizikai-kémiai szerkezetét, és nem változtatták meg az anyag általános kémiai szerkezetét. az anyagot, valamint a kezelt szerves bioanyagok lényegesen kompatibilisebbé és hidrofilebbé tételét az emberi szövetekkel tenyésztett biológiai sejtekkel végzett összehasonlító kísérletekkel, ami nagy segítséget jelent az orvosbiológiai alkalmazásokban.
3.2. A bűnügyi nyomozás területén
A bûnügyi nyomozás területén az ujjlenyomatokat fontos biológiai bizonyítékként használták, amelyet a bûnügy gyanúsítottai hagytak a bûn helyszínén, mióta kiderült, hogy az ujjlenyomatok ugyanolyan egyediek, mint a DNS. A régi módszerek a minták sérüléséhez vezethetnek, és megnehezíthetik a kiállítási tárgyak összegyűjtését és tárolását. A jelenlegi kutatások kiemelkedő eredményeket értek el a nem áthatoló tárgyfelületi ujjlenyomatok, például szalagok, fényképek, üvegek stb. Az UV-lumineszcencia képalkotás" és az "UV-lézerreflexiós képalkotás" az ujjlenyomatok észlelésének és rögzítésének megfigyelésére és rögzítésére szolgál a potenciális ujjlenyomatok UV-lézeres besugárzásával sáváteresztő szűrőkön keresztül 266 nm-en, illetve 340 nm-en. A 120 minta hetven százaléka A kísérletben tesztelt UV-rövidhullámú technika növeli a potenciális ujjlenyomatok sikerességi arányát, az optikai tulajdonságok szabályozásának egyszerűsége és gyorsasága pedig ígéretessé teszi a tárgyalótermi tudományban való felhasználást. Helyszíni nyálfoltok, A hámló sejtek, vérfoltok, szőrtüszős haj és más elterjedt biológiai minták UV-detektálással kimutathatók, azonban amikor a rövidhullámú 266 nm-es UV-lézert biológiai minták meghatározott távolságban és különböző időtartamú besugárzására, majd kinyerésére alkalmazták DNS vizsgálat során azt találták, hogy a rövidhullámú, 266 nm-es UV-lézer komoly hatással volt öt gyakori biológiai bizonyíték DNS-eredményére: ujjlenyomatok, b. bőrfoltok, nyálfoltok, leváló sejtek és szőrtüszős haj, de csak kisebb mértékben a biológiai DAN kimutatására a hajra, beleértve a hajhagymákat, a nyál- és vérfoltokat. A rövidhullámú UV-lézerek hatással lehetnek bizonyos DNS-bioanyagokra, ezért az extrakciós módszert gondosan kell megválasztani annak bizonyító ereje érdekében a törvényszéki vizsgálatok során.
3.3. UV lézeres alkalmazások integrált áramköri lapokon
Az áramköri lapok széles skálájának gyártása az iparban, a kezdeti huzalozástól a fejlett folyamatokat igénylő apró, precíziós beágyazott chipek, az integrált áramköri lapokon belüli rugalmas áramkörök, a polimerekből és rézből készült laminált áramkörök gyártásáig mind mikrolyukak fúrását és vágását igénylik, valamint a táblákon lévő anyagok javítása és ellenőrzése, amely gyakran mikrogyártást és feldolgozást igényel. A lézeres mikromegmunkálási technológia egyértelműen a legjobb választás az áramköri lapok feldolgozásához. A lézer a folyamat során nem érintkezik a feldolgozandó termékkel, hatékonyan elkerüli a mechanikai erőhatásokat, ami gyors feldolgozást, nagy rugalmasságot és nem támaszt különleges munkahelyi követelményeket, amelyek a lézer pontos beállításával szubmikron nagyságrendűek is lehetnek. paraméterek és kutatási tervezés. Az áramköri lapokon használt hagyományosabb fúrási módszerek az UV lézerek és a CO2 lézerek használata a nem fémes jelölésekre (a nem fémes anyagok jelölésére 10,6 μm hullámhosszú CO2 lézert használnak, általában 1064 nm vagy 532 nm hullámhosszúak). fémes anyagok jelölésére használják). Jelenleg még mindig főként az UV lézeres feldolgozási technológiát használják, amely mikron szintű feldolgozást, nagy pontosságot érhet el, ultrafinom mikro-nulla eszközöket képes előállítani, és a mikrolyuk lézersugara kevesebb mint 1 μm-es pontjára alkalmazható. feldolgozás. A CO2 lézereket azonban főként 75 és 150 mm közötti furatok esetén használják, és kis lyukak esetén hajlamosak az eltolódásra, míg az UV lézerek nagy pontossággal és eltolódás nélkül használhatók 25 mm-es lyukakig. Például a rézbevonatú áramköri kártyák UV femtoszekundumos lézerekkel történő "hideg" feldolgozása során átfogó kiegyensúlyozási módszert alkalmaznak az optimális folyamatparaméterek elérése érdekében, majd a szelektív maratási tulajdonságokat használják fel a kiváló minőségű, nagy hatásfok elérésére. rézbevonatú felületek mikro vonalmarása 50 μm vonalszélességgel és 20 μm vonalosztással.
3.4 Mikrooptikai alkatrészek feldolgozása, előkészítése
Az információtechnológia és a modern ipar rohamos fejlődésének korában a kisebb térben több kísérleti rendszer kiépítésének és a több funkció elérésének igénye az információs technológia felgyorsult fejlődését, és ami még fontosabb, kisebb, miniatürizált és teljes körűen gyártását igényli. funkcionális eszközök, amelyek csak az anyag felületén lévő kémiai kötéseket dolgozzák fel. Fontos alkalmazásai és kutatási értéke van a katonai radarkommunikáció, az orvosi terápia, a repülés és a biokémia területén. Lehetővé válik a nanoméretű mikrooptikai komponensek mélyebb kivágása és optimalizálása, valamint alkalmazások kutatása és fejlesztése, amely átalakítja a hagyományos optikai alkatrészek funkcióit és tulajdonságait. A mikrooptikának megvan az az előnye, hogy könnyen tömegesen gyártható, könnyen tömbösíthető, kicsi, könnyű és rugalmas, de a fő anyag a kvarcüveg. A kvarcüveg hajlamos a felhordás és kezelés során repedésre és kráterre, kemény és törékeny anyag, ami jelentősen csökkenti optikai tulajdonságait. Ennek eredményeként az UV lézer közvetlen írási „hideg” feldolgozási technológiája nagymértékben javította a mikro-optikai eszközök hatékonyságát, lehetővé téve a mikro-optikai alkatrészek gyors, nagy pontosságú és finom szerkezetű feldolgozását anélkül, hogy károsítaná az anyagot, és rugalmasan feldolgozható. nagy és kis tételek különböző követelményekkel. Míg a külföldi kutatóintézetek korábban vizsgálták a szilíciumlapkák UV-UV feldolgozását, addig a szilíciumlapka-vágási technológia és a fazetták hazai kutatása csak viszonylag késői kezdés után történt. Három azonos anyagú szilíciumlapka (0.18 mm, 0.38 mm és 0.6 mm) optimalizált vágása 45 μm-es minimális rekesznyílással és 2,5 mm-es megmunkálási pontossággal 20 μm, nem mutat repedést az anyagban, kisebb a lézer hőhatása és kevesebb fröcskölés.
3.4. UV-lézeres alkalmazások a félvezetőiparban
A félvezető anyagok UV-lézeres mikromegmunkálása az utóbbi években egyre nagyobb figyelmet kapott. Az integrált áramkörökben nagyon elterjedt több ezer sűrű áramköri alkatrész, ezért szükség van néhány nagy pontosságú kezelési és feldolgozási módszerre, valamint néhány nagy pontosságú műszerre és eszközre, például szilícium és zafír félvezető anyagokra és más félvezető vékony filmekre, amelyek precíziós mikrofeldolgozást végeznek. UV lézer és a film spektrális tulajdonságainak tanulmányozása, míg az UV lézer a szilícium anyagok fényenergiájának hasznosítását is növelheti, de megváltoztathatja a szilícium felületi mikroszerkezetét is, ami kedvez a napelemek fejlesztésének, mint pl. dimenziós mikrorács stb.
4. záró megjegyzések
A több évtizedes fejlesztés és kutatás során az UV lézerek technológiája és alkalmazásai egyre elterjedtebbé és kiforrottabbá váltak, legjellemzőbb finom "hideg" feldolgozási technológiája a tárgy fizikai tulajdonságainak megváltoztatása nélkül mikrofeldolgozással és felületkezeléssel végez, ill. széles körben használják különféle iparágakban és területeken, mint például a kommunikáció, az optika, a katonai, a bűnügyi nyomozás és az orvosi kezelés. Az 5G-korszak például keresletet generál az FPC-feldolgozás iránt. Az 5G-ipar további fejlődésével és a nagy elektronikai gyártók hajlékony OLED-kijelzők iránti keresletével gyorsan nő az FPC rugalmas áramköri lapok iránti kereslet, és ezzel együtt az UV-lézerek iránti kereslet is. Ez a tendencia remélhetőleg magának az UV-technológiának a gyors fejlődéséhez vezet, hogy nagyobb áttörést érjen el a teljesítményben és az impulzusszélességben, valamint új alkalmazási területeket. Az UV lézergépek alkalmazása lehetővé tette az olyan anyagok precíziós hideg feldolgozását, mint az FPC, míg az FPC fokozatos növekedése az 5G elterjedését hajtotta végre, amelynek alacsony késleltetési jellemzői korlátlan lehetőségeket kínálnak a technológiai fejlődés új hullámaihoz, mint például a felhőtechnológia, a A dolgok internete, vezető nélküliség és VR. Ez természetesen egy kiegészítő koncepció, és az új technológiák és alkalmazások előbb-utóbb az UV-lézerek további fejlesztését fogják eredményezni.
Ahogy egyre több új frekvenciát megkettőző kristály és erősítő közeg jelenik meg, minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb az UV-lézer teljesítménye a jövőben egyre több iparágban, az élet minden területén, az UV-lézerek a feldolgozás területén. intelligensebb, hatékonyabb és pontosabb, magas ismétlési arány, nagy stabilitás a jövőbeli fejlődés trendje.
