Uvod
Brzim razvojem tehnologije javlja se potreba za lakšom, efikasnijom, manjom, multifunkcionalnom i kvalitetnom laserskom opremom za elektroniku, medicinsku terapiju, biologiju i materijale. Trenutno uobičajeni laseri dostupni su u infracrvenim i vidljivim talasnim dužinama. Tradicionalni laserski alati, procesi i tehnologije pate od niske efikasnosti, složenog rada, visokih troškova, ograničenog dometa, velikih gubitaka i niske preciznosti. Naučnici su poslednjih decenija više puta istraživali UV lasere zbog njihove relativno visoke koherentnosti, praktičnosti, stabilnosti i pouzdanosti, niske cene, mogućnosti podešavanja, male veličine, visoke efikasnosti, tačnosti i praktičnosti.
2. UV laseri
UV laseri se uglavnom dijele na plinske UV lasere i čvrste UV lasere u čvrstom stanju. Radni medij dolazi u pobuđeno stanje apsorbirajući vanjsku energiju pod djelovanjem izvora pumpe, a nakon što je povećanje inverzije broja čestica veće od gubitka, svjetlost se pojačava i dio pojačane svjetlosti se vraća kako bi se nastavilo pobuđivanje. generiranje oscilacija u rezonantnoj šupljini za proizvodnju lasera. Plinski mediji se uglavnom koriste u impulsnim pražnjenjima ili pražnjenjima elektronskih zraka, gdje sudari između elektrona pobuđuju čestice plina od niskih do visokih energetskih nivoa kako bi se proizvele pobuđene skokove kako bi se dobili UV laseri. Čvrsti medij je nelinearni kristal udvostručavanja frekvencije koji proizvodi UV lasersko svjetlo koje zrači prema van nakon jedne ili više frekvencijskih prijelaza. Excimer i UV laseri u punom stanju obično se koriste za lasersku obradu i rukovanje.
2.1. Excimer laseri
Glavni gasni UV laseri su ekscimer laseri, argon jonski laseri, azotni molekularni laseri, fluorni molekularni laseri, helijum kadmijum laseri, itd. Ekscimer laseri itd. se obično koriste za lasersku obradu. Eksimer laseri su gasni laseri sa ekscimerom kao radnom materijom. Oni su također pulsni laseri i od velikog su istraživačkog interesa od kada je prvi eksimer laser stvoren 1971. Excimer je nestabilna molekula jedinjenja koja se pod određenim okolnostima raspada na atome. Frekvencija ponavljanja i prosječna snaga su osnova za ocjenjivanje ekscimer lasera. Određeni udio rijetkih plinova kao što su Ar, Kr i Xe pomiješan sa halogenim elementima kao što su F, Cl i Br su glavne radne tvari UV gasnih lasera, koji se pumpaju pomoću snopa elektrona ili impulsnih pražnjenja. Kada su atomi plemenitih i rijetkih plinova u osnovnom stanju pobuđeni, elektroni izvan jezgra se na taj način pobuđuju na više orbitale tako da se najudaljeniji elektronski sloj napuni i kombinuje s drugim atomima da formiraju kvazi-molekule, koje zatim skaču nazad u osnovnom stanju i raspadaju se na originalne atome. Tečni ksenon je bio radna supstanca za rane ekscimer lasere. Današnji excimer laseri takođe uključuju ArF laser na 193 nm, KrF laser na 248 nm i XeCl laser na 308 nm.
2.2. Solid-state UV laseri
Izvanredne prednosti UV lasera u punom stanju su njihova pogodna mala veličina, visoka pouzdanost i radna stabilnost. Najčešće se koristi uobičajeni Nd:YAG kristal za LD pumpanje, koji se zatim udvostručuje.
Glavni koraci u stvaranju UV lasera u čvrstom stanju su prvo pumpanje izvora svjetlosti u laseru na medij za pojačavanje kako bi se postigla inverzija broja čestica, formiranje i oscilacija osnovne crvene svjetlosti u rezonantnoj šupljini, zatim udvostručavanje frekvencije u šupljini za jedan ili više nelinearnih kristala i konačno izlaz željenog UV lasera iz rezonantne šupljine nakon transmisije i refleksije. UV laseri u čvrstom stanju se obično dobijaju korišćenjem metoda pumpanja LD dioda i lampe. Potpuno čvrsti UV laseri su UV laseri u čvrstom stanju sa LD pumpom.
Nd:YAG (itrijum-aluminijum granat dopiran neodimijumom) i Nd:YVO4 (itrijum vanadat dopiran neodimijumom) su dva uobičajena tipa kristala ojačanih medija. Uobičajena metoda za poboljšanje rezonantnih šupljina je korištenje male poluvodičke laserske diode LD pumpane sa Nd:YVO4 laserskim kristalom na talasnoj dužini od 808 nm za proizvodnju bliskog infracrvenog svjetla na 1064 nm. U poređenju sa Nd:YAG, laserski kristal Nd:YVO4 ima veći poprečni presek pojačanja, četiri puta veći od Nd:YAG, veći koeficijent apsorpcije, pet puta veći od Nd:YAG i niži prag lasera. U poređenju sa Nd:YAG, laserski kristal Nd:YVO4 ima veći poprečni presek pojačanja, četiri puta veći od Nd:YAG, veći koeficijent apsorpcije, pet puta veći od Nd:YAG i niži prag lasera. Nd:YAG kristali imaju visoku mehaničku čvrstoću, visoku transmisiju svjetlosti, dugi vijek trajanja fluorescencije i ne zahtijevaju oštro rasipanje topline i sistem hlađenja.
3. Primjena UV lasera
UV laserska obrada ima brojne prednosti i trenutno je tehnologija izbora u razvoju tehnoloških informacija. Prvo, UV laser može da emituje ultra-kratke talasne dužine laserske svetlosti, što može precizno da se nosi sa ultra-malim i finim materijalima; drugo, "hladna obrada" UV lasera ne uništava sam materijal u cjelini, već samo tretira njegovu površinu; osim toga, u osnovi nema efekta termičkog oštećenja. Neki materijali ne apsorbuju efikasno vidljive i infracrvene lasere, što ih čini nemogućim za obradu. Najveća prednost UV zračenja je u tome što svi materijali apsorbiraju UV svjetlo šire. UV laseri, posebno UV laseri u čvrstom stanju, su kompaktni i mali, jednostavni za održavanje i laki za proizvodnju u velikim količinama. UV laseri se koriste u širokom spektru primjena u obradi medicinskih biomaterijala, forenzici u krivičnim slučajevima, integriranim pločama, industriji poluvodiča, mikro-optičkim komponentama, hirurgiji, komunikacijama i radarima, te laserskoj obradi i rezanju.
3.1. Modifikacija površinskih svojstava bioloških materijala
U nekim tretmanima, mnogi medicinski materijali moraju biti kompatibilni s ljudskim tkivom ili čak popravljeni, kao što je tretman intraokularnih bolesti ultraljubičastim laserom i eksperimenti na rožnjačima kunića koji ponekad zahtijevaju promjene u svojstvima bioloških proteina i biomolekularnih struktura. Nakon podešavanja optimalnih pulsnih parametara excimer UV lasera, eksperimentatori su zatim zračili površinu medicinskih biomaterijala laserima od 100 nm, 120 nm i 200 nm, čime su poboljšali fizičko-hemijsku strukturu površine materijala i ne promijenili ukupnu hemijsku strukturu materijala. materijala, i čineći tretirane organske biomaterijale značajno kompatibilnijim i hidrofilnijim sa ljudskim tkivima kroz uporedne eksperimente sa kultivisanim biološkim ćelijama, što je od velike pomoći u medicinsko-biološkim primenama.
3.2. U oblasti kriminalističke istrage
U oblasti kriminalističke istrage, otisci prstiju su korišćeni kao važan biološki dokaz koji su osumnjičeni u krivičnim predmetima ostavili na mestu zločina od kada je otkriveno da su otisci prstiju jedinstveni kao i DNK. Nekada stare metode mogu dovesti do oštećenja uzoraka i otežati prikupljanje i skladištenje eksponata. Trenutno istraživanje ima izvanredne rezultate za otiske prstiju na površini objekata koji ne prodiru, kao što su trake, fotografije, staklo, itd. izgled. UV luminescentna slika" i "UV laserska reflektirajuća slika" koriste se za posmatranje i snimanje detekcije i prikupljanja otisaka prstiju UV laserskim zračenjem potencijalnih otisaka prstiju kroz filtere za propuštanje na 266 nm odnosno 340 nm. Sedamdeset posto od 120 uzoraka Testirani u eksperimentu su uspješno otkriveni. UV kratkotalasna tehnika povećava stopu uspješnosti potencijalnih otisaka prstiju, a lakoća i brzina kojom se optička svojstva mogu kontrolisati čine je obećavajućim za upotrebu u nauci u sudnici. oljuštene ćelije, mrlje od krvi, dlake sa folikulima dlake i drugi uobičajeni biološki uzorci mogu se otkriti UV detekcijom. Međutim, kada je kratkotalasni 266 nm UV laser korišten za ozračivanje bioloških uzoraka na fiksnoj udaljenosti i u različitom trajanju, a zatim za ekstrakciju DNK, otkriveno je da je kratkotalasni UV laser od 266 nm imao ozbiljan uticaj na DNK rezultate pet uobičajenih vrsta bioloških dokaza: otisci prstiju, b mrlje od pljuvačke, otpuštene ćelije i dlake sa folikulima dlake, ali samo u manjoj mjeri na detekciju biološkog DAN-a za kosu uključujući folikule dlake, pljuvačku i krvne mrlje. Kratkotalasni UV laseri mogu utjecati na neke DNK biomaterijale, tako da metodu ekstrakcije treba pažljivo odabrati zbog njene dokazne vrijednosti tokom forenzičkih istraga.
3.3. Primene UV lasera na integrisanim pločama
Proizvodnja širokog spektra ploča u industriji, od početnog ožičenja do proizvodnje sitnih, preciznih ugrađenih čipova koji zahtijevaju napredne procese, fleksibilna kola unutar integriranih ploča, laminirana kola od polimera i bakra zahtijevaju bušenje i rezanje mikro rupa, kao i popravke i inspekcije materijala na pločama, što često zahtijeva korištenje mikro-proizvodnje i obrade. Tehnologija laserske mikromašinske obrade je očigledno najbolji izbor za obradu ploča. Laser ne dolazi u kontakt sa proizvodom koji se obrađuje tokom procesa, efikasno izbegavajući mehaničke sile, što rezultira brzom obradom, visokom fleksibilnošću i bez posebnih zahteva za radno mesto, koje može dostići submikronske veličine kroz precizno podešavanje lasera parametri i dizajn istraživanja. Tradicionalnije metode bušenja koje se koriste na štampanim pločama su upotreba UV lasera i CO2 lasera za nemetalno označavanje (CO2 laseri sa talasnom dužinom od 10,6 μm koriste se za obeležavanje nemetalnih materijala; talasne dužine od 1064 nm ili 532 nm su uglavnom koristi se za označavanje metalnih materijala). Trenutno se još uvijek uglavnom koristi UV laserska tehnologija obrade, koja može postići obradu na nivou mikrona, visoku preciznost, može proizvesti ultra-fine mikro-nulte uređaje, može se primijeniti na manje od 1 μm tačke laserskog snopa mikro-rupa obrada. Međutim, CO2 laseri se uglavnom koriste za rupe između 75 i 150 mm i skloni su neusklađenosti u malim rupama, dok se UV laseri mogu koristiti za rupe do 25 mm s visokom preciznošću i bez neusklađenosti. Na primjer, u "hladnoj" obradi bakrenih ploča sa UV femtosekundnim laserima, koristi se sveobuhvatna metoda balansiranja kako bi se dobili optimalni parametri procesa, a selektivna svojstva jetkanja se zatim koriste za postizanje visokog kvaliteta i visoke efikasnosti. mikrolinijsko nagrizanje bakrom obloženih površina sa širinom linije od 50 μm i korakom linije od 20 μm.
3.4 Obrada i priprema mikrooptičkih komponenti
U doba informatičke tehnologije i brzog razvoja moderne industrije, potreba za izgradnjom više eksperimentalnih sistema na manjem prostoru i postizanjem više funkcija zahtijeva ubrzani razvoj informatičke tehnologije i, što je još važnije, proizvodnju manjih, minijaturiziranih i potpuno funkcionalni uređaji koji samo obrađuju kemijske veze na površini materijala. Ima važnu primjenu i istraživačku vrijednost u oblastima vojne radarske komunikacije, medicinske terapije, aeronautike i biohemije. Moguće je dublje sečenje i optimizacija i istraživanje i razvoj aplikacija na mikrooptičkim komponentama na nanoskali, transformišući funkcije i svojstva tradicionalnih optičkih komponenti. Mikrooptika ima prednost što je laka za masovnu proizvodnju, lako se postavlja, mala, lagana i fleksibilna, ali glavni materijal je kvarcno staklo. Kvarcno staklo je sklono pucanju i stvaranju kratera tokom nanošenja i rukovanja i tvrd je i krt materijal, što značajno smanjuje njegova optička svojstva. Kao rezultat toga, tehnologija "hladne" obrade direktnog pisanja UV lasera uvelike je poboljšala efikasnost mikrooptičkih uređaja, omogućavajući brzu obradu mikrooptičkih komponenti sa visokom preciznošću i finom strukturom bez oštećenja materijala i omogućavajući fleksibilnu obradu velike i male serije sa različitim zahtevima. Dok su strani istraživački instituti ranije proučavali UV-UV obradu silicijumskih pločica, domaća istraživanja tehnologije i faseta rezanja silicijumskih pločica sprovedena su tek nakon relativno kasnog početka. Optimizirano rezanje tri silikonske pločice od istog materijala (0.18 mm, 0.38 mm i 0.6 mm) sa minimalnim otvorom od 45 μm i preciznošću obrade od 20 μm, bez pukotina u materijalu, manje toplotnog uticaja lasera i manje prskanja.
3.4. Primena UV lasera u industriji poluprovodnika
Mikromašinska obrada poluprovodničkih materijala UV laserima dobija sve veću pažnju poslednjih godina. Hiljade komponenti gustih kola su vrlo česte u integriranim kolima, tako da su potrebne neke metode visokopreciznog rukovanja i obrade, kao i neki visokoprecizni instrumenti i uređaji kao što su silicijumski i safirni poluvodički materijali i drugi poluvodički tanki filmovi precizne mikroprocesiranja od strane UV laserom i proučavanjem spektralnih svojstava filma, dok UV laser može povećati iskorišćavanje svjetlosne energije silicijskih materijala, ali i izvršiti promjene mikrostrukture površine silikona, što pogoduje razvoju solarnih panela, kao što su dimenzionalne mikro rešetke itd.
4. zaključna razmatranja
Decenijama razvoja i istraživanja, tehnologija i primjena UV lasera sve je raširenija i zrelija, a njena najkarakterističnija fina „hladna“ tehnologija obrade mikro obrađuje i obrađuje površine bez promjene fizičkih svojstava predmeta, te je široko se koristi u raznim industrijama i poljima kao što su komunikacije, optika, vojska, kriminalistička istraga i medicinski tretman. 5G era, na primjer, stvara potražnju za FPC obradom. Sa daljim razvojem 5G industrije i potragom za fleksibilnim OLED ekranima od strane velikih proizvođača elektronike, potražnja za FPC fleksibilnim pločama brzo raste, a sa njom i potražnja za UV laserima. Nadamo se da će ovaj trend dovesti do brzog razvoja same UV tehnologije kako bi se postigao veći napredak u snazi i širini impulsa, kao i do novih područja primjene. Primena UV laserskih mašina omogućila je preciznu hladnu obradu materijala kao što je FPC, dok je postepeno povećanje FPC-a dovelo do primene 5G, čije karakteristike niske latencije pružaju neograničene mogućnosti za nove talase tehnološkog razvoja kao što su cloud tehnologija, Internet stvari, nedostatak vozača i VR. Ovo je naravno komplementaran koncept, a nove tehnologije i aplikacije će na kraju potaknuti dalji razvoj UV lasera.
Kako se pojavljuje sve više novih kristala za udvostručenje frekvencije i medija za pojačavanje, što je kraća valna dužina to će se veća snaga UV lasera koristiti u budućnosti u više industrija za promicanje razvoja svih sfera života, UV laseri u oblasti obrade inteligentniji, efikasniji i precizniji, visoka stopa ponavljanja, visoka stabilnost je trend budućeg razvoja.
