Įvadas
Sparčiai tobulėjant technologijoms, atsiranda lengvesnės, efektyvesnės, mažesnės, daugiafunkcinės ir kokybiškos lazerinės įrangos, skirtos elektronikai, medicininei terapijai, biologijai ir medžiagoms, poreikis. Šiuo metu įprasti lazeriai yra infraraudonųjų ir matomų bangų ilgių. Tradiciniai lazeriniai įrankiai, procesai ir technologijos kenčia dėl mažo efektyvumo, sudėtingo veikimo, didelių sąnaudų, riboto diapazono, didelių nuostolių ir mažo tikslumo. Pastaraisiais dešimtmečiais mokslininkai ne kartą tyrinėjo UV lazerius dėl jų santykinai didelio darnumo, patogumo, stabilumo ir patikimumo, mažos kainos, suderinamumo, mažo dydžio, didelio efektyvumo, tikslumo ir praktiškumo.
2. UV lazeriai
UV lazeriai daugiausia skirstomi į dujinius UV lazerius ir kietojo kūno UV lazerius. Darbinė terpė pasiekia sužadinimo būseną, absorbuodama išorinę energiją veikiant siurblio šaltiniui, o kai dalelių skaičiaus inversijos padidėjimas yra didesnis nei nuostolis, šviesa sustiprinama ir dalis sustiprintos šviesos grąžinama atgal, kad būtų tęsiamas sužadinimas. generuojantis virpesius rezonansinėje ertmėje, kad būtų sukurtas lazeris. Dujinės terpės daugiausia naudojamos impulsiniams arba elektronų pluošto iškrovimams, kai susidūrimai tarp elektronų sužadina dujų daleles nuo mažo energijos lygio iki didelio energijos lygio, kad būtų sužadinti šuoliukai, siekiant gauti UV lazerius. Kietoji terpė yra netiesinis dažnį padvigubinantis kristalas, kuris po vieno ar kelių dažnių perėjimų sukuria į išorę spinduliuojančią UV lazerio šviesą. Lazeriniam apdorojimui ir tvarkymui dažniausiai naudojami eksimeriniai ir kietojo kūno UV lazeriai.
2.1. Eksimeriniai lazeriai
Pagrindiniai dujiniai UV lazeriai yra eksimeriniai lazeriai, argono jonų lazeriai, azoto molekuliniai lazeriai, fluoro molekuliniai lazeriai, helio kadmio lazeriai ir kt. Lazeriniam apdorojimui dažniausiai naudojami eksimeriniai lazeriai ir kt. Eksimeriniai lazeriai yra dujiniai lazeriai, kurių darbinė medžiaga yra eksimeras. Jie taip pat yra impulsiniai lazeriai ir sulaukė didelio mokslinių tyrimų susidomėjimo nuo pirmojo eksimerinio lazerio sukūrimo 1971 m. Eksimeras yra nestabili junginio molekulė, kuri tam tikromis aplinkybėmis skyla į atomus. Pasikartojimo dažnis ir vidutinė galia yra pagrindas vertinant eksimerinius lazerius. Tam tikra dalis retųjų dujų, tokių kaip Ar, Kr ir Xe, sumaišytos su halogeniniais elementais, tokiais kaip F, Cl ir Br, yra pagrindinės UV dujų lazerių darbinės medžiagos, kurios pumpuojamos elektronų pluoštu arba impulsiniu išlydžiu. Kai sužadinami pagrindinės būsenos tauriųjų ir retųjų dujų atomai, elektronai, esantys už branduolio, sužadinami į aukštesnes orbitales, todėl atokiausias elektronų sluoksnis užpildomas ir susijungia su kitais atomais, kad susidarytų kvazimolekulės, kurios vėliau grįžta į pagrindinę būseną ir suskaidyti į pradinius atomus. Skystas ksenonas buvo ankstyvųjų eksimerinių lazerių darbinė medžiaga. Šiuolaikiniai eksimeriniai lazeriai taip pat apima 193 nm ArF lazerį, 248 nm KrF lazerį ir 308 nm XeCl lazerį.
2.2. Kietojo kūno UV lazeriai
Išskirtiniai kietojo kūno UV lazerių pranašumai yra patogus mažas dydis, didelis patikimumas ir veikimo stabilumas. Dažniausiai naudojamas įprastas Nd:YAG kristalas LD siurbimui, kurio dažnis padvigubinamas.
Pagrindiniai UV kietojo kūno lazerio generavimo žingsniai yra pirmiausia lazerio šviesos šaltinio pumpavimas į stiprintuvo terpę, kad būtų pasiektas dalelių skaičiaus inversija, pagrindinės raudonos šviesos susidarymas ir virpesiai rezonansinėje ertmėje, tada dažnio ertmėje padvigubinimas vienu ar keliais netiesiniais kristalais ir galiausiai norimo UV lazerio išėjimas iš rezonansinės ertmės po perdavimo ir atspindžio. UV kietojo kūno lazeriai dažniausiai gaunami naudojant LD diodų siurbimo ir lempos siurbimo metodus. Visiškai kietojo kūno UV lazeriai yra LD pumpuojami UV kietojo kūno lazeriai.
Nd:YAG (neodimiu legiruotas itrio aliuminio granatas) ir Nd:YVO4 (neodimiu legiruotas itrio vanadatas) yra du labiau paplitę sustiprintų terpės kristalų tipai. Įprastas rezonansinių ertmių stiprinimo būdas yra naudoti mažą puslaidininkinį lazerinį diodą LD, pumpuojamą Nd:YVO4 lazerio kristalu, kurio bangos ilgis yra 808 nm, kad būtų sukurta artima infraraudonoji šviesa esant 1064 nm. Palyginti su Nd:YAG, Nd:YVO4 lazerinis kristalas turi didesnį stiprinimo skerspjūvį, keturis kartus didesnį nei Nd:YAG, didesnį sugerties koeficientą, penkis kartus didesnį nei Nd:YAG ir žemesnę lazerio slenkstį. Palyginti su Nd:YAG, Nd:YVO4 lazerinis kristalas turi didesnį stiprinimo skerspjūvį, keturis kartus didesnį nei Nd:YAG, didesnį sugerties koeficientą, penkis kartus didesnį nei Nd:YAG ir žemesnę lazerio slenkstį. Nd:YAG kristalai turi didelį mechaninį stiprumą, didelį šviesos pralaidumą, ilgą fluorescencijos tarnavimo laiką ir nereikalauja atšiaurios šilumos išsklaidymo ir aušinimo sistemos.
3. UV lazerių taikymas
UV lazerinis apdorojimas turi daug privalumų ir šiuo metu yra pasirenkama technologija kuriant technologinę informaciją. Pirma, UV lazeris gali išvesti itin trumpų bangų ilgio lazerio šviesą, kuri gali tiksliai susidoroti su itin mažomis ir smulkiomis medžiagomis; antra, UV lazerio „apdorojimas šaltu“ nesunaikina pačios medžiagos kaip visumos, o apdoroja tik jos paviršių; be to, šiluminės žalos iš esmės nėra. Kai kurios medžiagos efektyviai nesugeria matomų ir infraraudonųjų spindulių lazerių, todėl jų neįmanoma apdoroti. Didžiausias UV privalumas yra tas, kad iš esmės visos medžiagos plačiau sugeria UV šviesą. UV lazeriai, ypač kietojo kūno UV lazeriai, yra kompaktiški ir maži, juos paprasta prižiūrėti ir lengva gaminti dideliais kiekiais. UV lazeriai naudojami labai įvairiai apdorojant medicinines biomedžiagas, kriminalistiką baudžiamosiose bylose, integrinių grandynų plokštes, puslaidininkių pramonę, mikrooptinius komponentus, chirurgiją, ryšius ir radarą, lazerinį apdorojimą ir pjovimą.
3.1. Biologinių medžiagų paviršiaus savybių modifikavimas
Atliekant kai kuriuos gydymo būdus, daugelis medicininių medžiagų turi būti suderinamos su žmogaus audiniais arba net taisomos, pavyzdžiui, akių ligų gydymas ultravioletiniu lazeriu ir eksperimentai su triušių ragenomis, kuriems kartais reikia pakeisti biologinių baltymų savybes ir biomolekulines struktūras. Sureguliavę optimalius eksimerinio UV lazerio impulsų parametrus, eksperimentatoriai apšvitino medicininių biomedžiagų paviršių atitinkamai 100 nm, 120 nm ir 200 nm lazeriais, taip pagerindami medžiagos paviršiaus fizikinę ir cheminę struktūrą ir nepakeisdami bendros cheminės struktūros. medžiaga, o apdorotos organinės biomedžiagos žymiai labiau suderinamos ir hidrofilinės su žmogaus audiniais, atliekant lyginamuosius eksperimentus su kultivuotomis biologinėmis ląstelėmis, o tai labai padeda medicinos biologiniuose taikymuose.
3.2. Nusikaltimų tyrimo srityje
Nusikaltimų tyrimo srityje pirštų atspaudai buvo naudojami kaip svarbūs biologiniai įrodymai, kuriuos nusikaltimo vietoje paliko įtariamieji baudžiamosiose bylose, nes buvo nustatyta, kad pirštų atspaudai yra tokie pat unikalūs kaip ir DNR. Seni metodai gali sugadinti mėginius ir apsunkinti eksponatų rinkimą ir saugojimą. Dabartinis tyrimas turi puikių rezultatų, susijusių su neprasiskverbiančių objektų paviršiaus pirštų atspaudų, tokių kaip juostos, nuotraukos, stiklas ir kt., išvaizda. UV liuminescencinis vaizdavimas" ir "UV lazerinis atspindžio vaizdavimas" yra naudojami stebėti ir įrašyti pirštų atspaudų aptikimą ir surinkimą UV lazeriu apšvitinant potencialius pirštų atspaudus per juostos pralaidumo filtrus atitinkamai 266 nm ir 340 nm. Septyniasdešimt procentų iš 120 mėginių eksperimente išbandyti buvo sėkmingai aptikti. UV trumpųjų bangų technika padidina galimų pirštų atspaudų sėkmės rodiklį, o optinių savybių valdymo paprastumas ir greitis leidžia jį naudoti moksle teismo salėje. Vietos seilių dėmės, UV aptikimu galima aptikti išsisluoksniavusias ląsteles, kraujo dėmes, plaukus su plaukų folikulais ir kitus įprastus biologinius mėginius, tačiau kai trumpųjų bangų 266 nm UV lazeris buvo naudojamas apšvitinti biologinius mėginius fiksuotu atstumu ir skirtinga trukme, o vėliau išgauti. DNR, buvo nustatyta, kad trumpųjų bangų 266 nm UV lazeris turėjo rimtą poveikį penkių įprastų biologinių įrodymų tipų DNR rezultatams: pirštų atspaudai, b. dėmių, seilių dėmių, išsiliejusių ląstelių ir plaukų su plaukų folikulais, tačiau tik mažesniu mastu nustatant biologinį DAN plaukams, įskaitant plaukų folikulus, seiles ir kraujo dėmes. Trumpųjų bangų UV lazeriai gali paveikti kai kurias DNR biomedžiagas, todėl atliekant teismo ekspertizę, ekstrahavimo metodas turėtų būti kruopščiai parinktas dėl jo įrodomosios vertės.
3.3. UV lazerio taikymas integruotose grandynų plokštėse
Gaminant įvairiausias grandines plokštes pramonėje, nuo pradinio laidų sujungimo iki mažų tiksliai įterptųjų lustų, kuriems reikalingi pažangūs procesai, lanksčių grandynų integrinių grandynų plokštėse, laminuotų polimerų ir vario grandynų gamybos, reikia gręžti ir išpjauti mikro skylutes, taip pat lentų medžiagų taisymas ir tikrinimas, dažnai reikalaujantis mikrogamybos ir apdorojimo. Lazerinio mikroapdirbimo technologija yra neabejotinai geriausias pasirinkimas apdorojant grandines plokštes. Proceso metu lazeris nesiliečia su apdorojamu gaminiu, efektyviai išvengiant mechaninių jėgų, todėl apdorojimas greitas, lankstumas ir nekeliami specialūs reikalavimai darbo vietai, kuri dėl tikslaus lazerio nustatymo gali pasiekti mažesnį nei mikronų dydį. parametrai ir tyrimo planas. Tradiciškesni gręžimo metodai, naudojami plokštėse, yra UV lazerių ir CO2 lazerių naudojimas nemetaliniam žymėjimui (CO2 lazeriai, kurių bangos ilgis yra 10,6 μm, naudojami nemetalinėms medžiagoms žymėti; 1064 nm arba 532 nm bangos ilgiai paprastai yra naudojamas metalinėms medžiagoms žymėti). Šiuo metu vis dar daugiausia naudojama UV lazerinio apdorojimo technologija, kuri gali pasiekti mikronų lygio apdorojimą, didelį tikslumą, gali pagaminti itin smulkius mikronulio įrenginius, gali būti taikoma mažiau nei 1 μm mikroskylės lazerio spindulio taške. apdorojimas. Tačiau CO2 lazeriai daugiausia naudojami skylėms nuo 75 iki 150 mm ir yra linkę į mažų skylių išlygiavimą, o UV lazeriai gali būti naudojami iki 25 mm skylėms su dideliu tikslumu ir be išlyginimo. Pavyzdžiui, „šaltai“ apdorojant variu dengtas grandines plokštes su UV femtosekundiniais lazeriais, optimaliems proceso parametrams gauti naudojamas visapusiškas balansavimo metodas, o atrankinės ėsdinimo savybės naudojamos siekiant aukštos kokybės ir didelio efektyvumo. variu dengtų paviršių, kurių linijos plotis 50 μm ir linijos žingsnis 20 μm, mikrolinijinis ėsdinimas.
3.4 Mikrooptinių komponentų apdorojimas ir paruošimas
Informacinių technologijų amžiuje ir sparčiai besivystant šiuolaikinei pramonei, poreikis kurti daugiau eksperimentinių sistemų mažesnėje erdvėje ir pasiekti daugiau funkcijų reikalauja paspartinti informacinių technologijų plėtrą ir, dar svarbiau, gaminti mažesnius, miniatiūrinius ir visiškai funkciniai įtaisai, kurie apdoroja tik chemines jungtis medžiagos paviršiuje. Jis turi svarbių pritaikymų ir mokslinių tyrimų vertės karinio radaro ryšio, medicininės terapijos, kosmoso ir biochemijos srityse. Galimas išsamesnis pjovimas ir optimizavimas bei mikrooptinių komponentų taikomųjų programų tyrimas ir plėtra nanoskalėje, keičiant tradicinių optinių komponentų funkcijas ir savybes. Mikrooptikos pranašumas yra tas, kad ją lengva masiškai gaminti, lengva masyvuoti, maža, lengva ir lanksti, tačiau pagrindinė medžiaga yra kvarcinis stiklas. Kvarcinis stiklas yra linkęs įtrūkti ir skilinėti naudojant ir tvarkant, o tai kieta ir trapi medžiaga, o tai žymiai sumažina jo optines savybes. Dėl to UV lazerio tiesioginio rašymo „šalto“ apdorojimo technologija labai pagerino mikrooptinių prietaisų efektyvumą, suteikdama galimybę greitai apdoroti labai tiksliai ir smulkios struktūros mikrooptinius komponentus nepažeidžiant medžiagos ir lanksčiai apdoroti didelės ir mažos partijos su skirtingais reikalavimais. Nors užsienio mokslinių tyrimų institutai anksčiau tyrė silicio plokštelių apdorojimą UV ir UV spinduliais, vietiniai silicio plokštelių pjovimo technologijos ir briaunų tyrimai buvo atlikti tik palyginti vėlai. Optimizuotas trijų tos pačios medžiagos silicio plokštelių (0.18 mm, 0.38 mm ir 0.6 mm) pjovimas su mažiausiai 45 μm apertūra ir apdirbimo tikslumu 20 μm, medžiagoje nėra įtrūkimų, mažesnė lazerio šiluminė įtaka ir mažiau purslų.
3.4. UV lazerių taikymas puslaidininkių pramonėje
Pastaraisiais metais vis daugiau dėmesio skiriama puslaidininkinių medžiagų mikroapdirbimui UV lazeriais. Tūkstančiai tankių grandynų komponentų yra labai paplitę integriniuose grandynuose, todėl reikalingi kai kurie didelio tikslumo apdorojimo ir apdorojimo metodai, taip pat kai kurie didelio tikslumo instrumentai ir įtaisai, pavyzdžiui, silicio ir safyro puslaidininkinės medžiagos ir kitos puslaidininkinės plonos plėvelės, kurios tiksliai apdorojamos UV lazeris ir ištirti plėvelės spektrines savybes, o UV lazeris taip pat gali padidinti silicio medžiagų šviesos energijos panaudojimą, bet taip pat pakeisti silicio paviršiaus mikrostruktūrą, kuri yra palanki saulės kolektorių, pvz., dviejų matmenų mikrogroteles ir kt.
4. baigiamosios pastabos
Per dešimtmečius trukusią plėtrą ir tyrimus UV lazerių technologijos ir pritaikymai vis labiau plinta ir brandėja, o būdingiausia smulkaus „šalto“ apdorojimo technologija apdoroja paviršius mikroprocesoriškai ir apdoroja nekeičiant objekto fizinių savybių. plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose ir srityse, tokiose kaip ryšiai, optika, kariuomenė, kriminalinis tyrimas ir medicininis gydymas. Pavyzdžiui, 5G era sukuria FPC apdorojimo paklausą. Toliau tobulėjant 5G pramonei ir didiesiems elektronikos gamintojams ieškant lanksčių OLED ekranų, sparčiai auga FPC lanksčių grandinių plokščių paklausa, o kartu ir UV lazerių paklausa. Tikimasi, kad ši tendencija paskatins spartų pačios UV technologijos vystymąsi, siekiant didesnių galios ir impulsų pločio proveržių, taip pat naujų pritaikymo sričių. UV lazerinių mašinų taikymas leido tiksliai apdoroti šaltas medžiagas, tokias kaip FPC, o laipsniškas FPC augimas paskatino 5G diegimą, kurio mažos delsos charakteristikos suteikia neribotas galimybes naujoms technologinės plėtros bangoms, tokioms kaip debesų technologija, Daiktų internetas, vairuotojų nebuvimas ir VR. Žinoma, tai yra papildoma koncepcija, o naujos technologijos ir programos galiausiai paskatins tolesnį UV lazerių vystymąsi.
Atsiradus vis daugiau naujų dažnį dvigubinančių kristalų ir įgyjančių terpių, kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo didesnė UV lazerio galia ateityje bus naudojama daugiau pramonės šakų, skatinančių visų visuomenės sluoksnių plėtrą, UV lazerių apdirbimo srityje. protingesnis, efektyvesnis ir tikslesnis, didelis pasikartojimo dažnis, didelis stabilumas yra ateities vystymosi tendencija.
