紫外雷射器

紫外雷射器是一種產生紫外光束的雷射器；紫外雷射器從結構分為固體紫外雷射器（光纖紫外雷射器），氣體紫外雷射器，半導體紫外雷射器。

基本介紹

• 中文名：紫外雷射器
• 外文名：uvlaser

簡介

405nm波長的紫光二極體已有商品出售，它是建立在三元系化合物銦鎵砷基礎上的，但如果不加鋁，就不可能讓其將波長縮短到360nm。但添加鋁，會影響器件的壽命。向更短波長發展，還會在光子限制、非輻射過程、維持粒子數反轉等方面帶來新的難題。

所有這些因素都使雷射二極體的室溫運轉波長不得不比LED波長長得多。對毫瓦級雷射器來說，最短波長在370nm,壽命為數百小時。在CLEO 2004(舊金山,加州)會議上，Cree(Durham, NC)報導：他們研製的雷射二極體，可在348nm波長連續運轉和在343nm波長脈衝運轉，但輸出功率和運轉壽命都非常低。DARPA希望雷射器的運轉壽命，在室溫，能達到數千小時。

對半導體雷射器的主要興趣在於：它能用於高端生物感測器，能比LED的預警系統提供更精確的信息。雷射是可以調諧的，可以將其波長調諧到與峰值吸收波長匹配。這樣，便可用雷射器感測器來監視某種特殊的製劑，這種特殊的製劑在該波長發射的螢光最強。這些感測器可用來保護重要目標，如重要建築或軍事設施。對可能已經遭受生物製劑襲擊的人進行診斷，確定特定病毒，也許還需要採用其它生物技術和其它實驗室條件，這大約需要幾個小時。

Palo Alto研究中心(PARC; Palo Alto, CA)一直努力工作，希望二極體雷射器能在320nm波長運轉。現在，他們已經演示了光學泵浦的雷射異質結，可在308nm波長工作。他們正在改善它們的電學性質。PARC的Noble Johnson認為：他們小組離獲得電驅動的320nm雷射器已經不遠了，但還不能預言何時才能使它們真正受激。他補充說：“現在，困難是如何才能將閾值電壓、閾值電流降到合理水平，我們正在穩步前進”。

分類

固體紫外雷射器

固體紫外雷射器按泵浦方式分為氙燈泵浦紫外雷射器、氪燈泵浦紫外雷射器以及新型的雷射二極體泵浦全固態雷射器。固體紫外雷射器光電轉換效率一般較低，而LD全固態紫外雷射器則具有效率高、重頻高、性能可靠、體積小、光束質量較好及功率穩定等特點。

由於紫外光子能量大，難以通過外激勵源激勵產生一定高功率的連續紫外雷射，故實現紫外連續波雷射一般是套用晶體材料非線性效應變頻方法產生。全固態紫外雷射譜線產生的方法一般有兩種，一是直接對紅外全固體雷射器進行腔內或腔外3倍頻或4倍頻來得到紫外雷射譜線；二是先利用倍頻技術得到二次諧波然後再利用和頻技術得到紫外雷射譜線。前一種方法有效非線性係數小，轉換效率低，後一種方法由於利用的是二次非線性極化率，轉換效率比前一種高很多。晶體倍頻可實現連續紫外雷射，其光束形狀為高斯型，所以光斑呈圓形，能量從中心到邊緣逐漸下降。由於波長短和光束質量限制，光束可以聚焦在10微毫米量級範圍。

氣體紫外雷射器

氣體雷射器包括以脈衝方式工作的準分子雷射器、以連續方式工作的離子雷射器和氦-鎘雷射器以及金屬蒸氣紫外雷射器。氣體紫外雷射器的波長依賴於所使用的氣體混合物類型。

準分子雷射器是一種脈衝雷射器，產生的光束呈非矩形，光束截面強度大致均勻且光斑邊緣陡，其輸出可使用掩膜技術來產生不同幾何形狀的光斑，也可使用全息術來產生具體的光束能量圖樣。準分子雷射的產生可分3個過程，即：雷射氣體的激勵過程、準分子生成反應過程和準分子解離過程。其激勵方式有電子束激勵、放電激勵、光激勵、微波激勵和質子束激勵等。不同活性物質產生不同波長的準分子雷射，一般為紫外、遠紫外和真空紫外波段。準分子雷射器是二氧化碳雷射器和YAG雷射器之後的新一代雷射器。其所發出的紫外短脈衝雷射具有波長短、光子能量高等優點。常用的準分子雷射器有ArF、KrCl、KrF等。雷射脈衝頻率一般在10~100Hz，有些特殊用途的能夠達到1000Hz，平均功率一般在10~100W，脈衝寬度一般在ns量級。

金屬蒸氣紫外雷射器主要指銅蒸氣紫外雷射器，它產生波長為511nm和578nm的光，利用混頻和倍頻則可產生波長為255nm，271nm和289nm的紫外輻射。雷射器光束分布服從高斯分布。

氣體雷射器套用中的突出問題是設備占地面積大、可靠性有限、壽命短、高能耗和高費用。而且，準分子雷射光束質量差，掩膜損失大。離子雷射器和氦-鎘雷射器存在光束方向穩定性差的缺點。

半導體雷射二極體

20世紀80年代中期以來，半導體製造技術的發展以及與雷射技術的結合，催生了半導體雷射二極體，這類兼具半導體和雷射器特性的雷射源，具有更高的峰值功率和較低的能耗，且它的發射脈寬也較窄，本身不需要溫度和光學補償，比傳統的發射光源具有明顯的優勢，並成為中紫外波段AlGaN發展的重點方向。因為該波段紫外輻射的激發效率最高，其輸出效率也比較高。

為了使紫外線輻射源更為實用化，半導體紫外二極體發展的一個方向是大幅縮小現有紫外雷射器及其電源的體積和功耗，另一個方向是開發發射波長為280nm、功耗小於10mW的發光二極體以及發射波長為340nm、功耗小於25mW的雷射二極體。

紫外雷射器套用

紫外雷射器(UV laser)，主要套用於先進研究、開發和工業製造裝備，同時廣泛用於生物技術和醫療設備、需要紫外光線輻射的消毒設備。基於Nd:YAG/Nd:YVO4晶體開發的DPSS紫外雷射器是微加工系統的絕佳選擇，並且廣泛用於印刷電路板和消費電子產品。

目前，紫外雷射器非常適合於科研、工業、OEM系統集成開發。科研方面，紫外雷射器可以用於原子/分析光譜、化學動力學等方面的研究。工業方面，基於紫外雷射器生產的磁碟的數據存儲盤空間比藍光雷射器高出20倍。因此，日本計算機硬體製造商正在努力將紫外雷射器和紫外雷射管套用於計算機數據存儲技術，以便大幅增加數據存儲能力。

未來，紫外雷射技術將催生新一代納米技術、材料科學、生物技術、化學分析、電漿物理等學科的發展。紫外雷射到紅外雷射，光電子技術將成為人類發展的根基，而紫外雷射技術正成為新的研究和套用熱點。