Sissejuhatus
Tehnoloogia kiire arenguga on tekkinud vajadus kergemate, tõhusamate, väiksemate, multifunktsionaalsete ja kvaliteetsete laserseadmete järele elektroonika, meditsiiniteraapia, bioloogia ja materjalide jaoks. Praegu on tavalised laserid saadaval infrapuna- ja nähtava lainepikkusega. Traditsioonilised lasertööriistad, -protsessid ja -tehnoloogiad kannatavad madala efektiivsuse, keeruka töö, kõrgete kulude, piiratud ulatuse, suurte kadude ja madala täpsuse tõttu. UV-lasereid on teadlased viimastel aastakümnetel korduvalt uurinud nende suhteliselt kõrge koherentsuse, mugavuse, stabiilsuse ja töökindluse, madala hinna, häälestatavuse, väiksuse, kõrge efektiivsuse, täpsuse ja praktilisuse poolest.
2. UV laserid
UV-laserid jagunevad peamiselt gaasi-UV laseriteks ja tahkis-UV-laseriteks. Töökeskkond jõuab ergastatud olekusse, neelates välist energiat pumba allika toimel ja pärast seda, kui osakeste arvu inversiooni võimendus on suurem kui kadu, valgust võimendatakse ja osa võimendatud valgusest suunatakse tagasi, et ergastust jätkata. laseri tekitamiseks resonantsõõnes võnkumiste tekitamine. Gaasikeskkonda kasutatakse peamiselt impulss- või elektronkiirlahendustes, kus elektronide vahelised kokkupõrked ergastavad gaasiosakesi madalalt energiatasemelt kõrgele energiatasemele, et tekitada ergastatud hüppeid UV-laserite saamiseks. Tahke keskkond on mittelineaarne sagedust kahekordistav kristall, mis tekitab ühe või mitme sageduse ülemineku järel väljapoole kiirgavat UV-laservalgust. Lasertöötluseks ja käsitsemiseks kasutatakse tavaliselt eksimeer- ja tahkis-UV-lasereid.
2.1. Eksimerlaserid
Peamised gaas-UV laserid on eksimerlaserid, argoonioonlaserid, lämmastiku molekulaarlaserid, fluori molekulaarlaserid, heeliumkaadmiumlaserid jne. Lasertöötluseks kasutatakse tavaliselt eksimeerlasereid jne. Eksimerlaserid on gaaslaserid, mille tööaineks on eksimeer. Need on ka impulsslaserid ja on pakkunud suurt uurimishuvi alates esimese eksimerlaseri loomisest 1971. aastal. Eksimeer on ebastabiilne ühendmolekul, mis laguneb teatud asjaoludel aatomiteks. Kordussagedus ja keskmine võimsus on eksimerlaserite hindamise aluseks. Teatud osa haruldasi gaase nagu Ar, Kr ja Xe, mis on segatud halogeenelementidega nagu F, Cl ja Br, on UV-gaaslaserite peamised tööained, mida pumbatakse elektronkiirte või impulsslahenduste abil. Kui algolekus vääris- ja haruldaste gaaside aatomeid ergastatakse, ergastuvad tuumast väljapoole jäävad elektronid kõrgematele orbitaalidele, nii et välimine elektronkiht täitub ja kombineeritakse teiste aatomitega kvaasimolekulide moodustamiseks, mis seejärel hüppavad tagasi põhiolekusse ja lagunevad algseteks aatomiteks. Vedel ksenoon oli varajaste eksimerlaserite tööaine. Tänapäeva eksimerlaserite hulka kuuluvad ka ArF laser lainepikkusel 193 nm, KrF laser lainepikkusel 248 nm ja XeCl laser lainepikkusel 308 nm.
2.2. Tahkis-UV laserid
Tahkis-UV laserite silmapaistvad eelised on nende mugav väiksus, kõrge töökindlus ja tööstabiilsus. Kõige sagedamini kasutatakse LD pumpamiseks tavalist Nd:YAG kristalli, mille sagedus kahekordistatakse.
UV-pooljuhtlaseri genereerimise peamised etapid on esiteks laseris oleva valgusallika pumpamine võimenduskeskkonnale, et saavutada osakeste arvu inversioon, põhilise punase valguse teke ja võnkumine resonantsõõnes, seejärel sageduse kahekordistamine õõnsuses ühe või mitme mittelineaarse kristalliga ja lõpuks soovitud UV-laseri väljund resonantsõõnsusest pärast edastamist ja peegeldust. UV-pooljuhtlaserid saadakse tavaliselt LD-dioodiga pumpamise ja lampide pumpamise meetodite abil. Tahkis-UV-laserid on LD-pumbatud UV-tahkefaasilaserid.
Nd:YAG (neodüümiga legeeritud ütriumalumiiniumgranaat) ja Nd:YVO4 (neodüümiga legeeritud ütriumvanadaat) on kaks levinumat tugevdatud kandja kristalli tüüpi. Levinud meetod resonantsõõnsuste suurendamiseks on kasutada väikest pooljuht-laserdioodi LD, mida pumbatakse Nd:YVO4 laserkristalliga lainepikkusel 808 nm, et tekitada 1064 nm lähiinfrapunavalgust. Võrreldes Nd:YAG-ga on Nd:YVO4 laserkristallidel suurem võimenduse ristlõige, neli korda suurem kui Nd:YAG, suurem neeldumistegur, viis korda suurem kui Nd:YAG ja madalam laserlävi. Võrreldes Nd:YAG-ga on Nd:YVO4 laserkristallidel suurem võimenduse ristlõige, neli korda suurem kui Nd:YAG, suurem neeldumistegur, viis korda suurem kui Nd:YAG ja madalam laserlävi. Nd:YAG kristallidel on kõrge mehaaniline tugevus, kõrge valguse läbilaskvus, pikk fluorestsentsi eluiga ja need ei vaja karmi soojuse hajutamise ja jahutussüsteemi.
3. UV laserite rakendused
UV-lasertöötlusel on palju eeliseid ja see on praegu tehnoloogilise teabe arendamise tehnoloogia valik. Esiteks saab UV-laser väljastada ülilühikese lainepikkusega laservalgust, mis suudab täpselt toime tulla üliväikeste ja peente materjalidega; teiseks, UV-laseri "külmtöötlus" ei hävita materjali ennast tervikuna, vaid töötleb ainult selle pinda; lisaks puudub põhimõtteliselt termiline kahjustus. Mõned materjalid ei neela nähtavaid ja infrapunalasereid tõhusalt, mistõttu on nende töötlemine võimatu. UV-kiirguse suurim eelis on see, et põhimõtteliselt kõik materjalid neelavad UV-valgust laiemalt. UV-laserid, eriti tahkis-UV laserid, on kompaktsed ja väikesed, neid on lihtne hooldada ja neid on lihtne toota suurtes kogustes. UV-lasereid kasutatakse laialdaselt meditsiiniliste biomaterjalide töötlemisel, kriminaalasjade ekspertiisis, integraaltrükkplaatidel, pooljuhtidetööstuses, mikro-optilistes komponentides, kirurgias, side- ja radaritööstuses ning lasertöötluses ja -lõikamises.
3.1. Bioloogiliste materjalide pinnaomaduste muutmine
Mõnede ravimeetodite puhul peavad paljud meditsiinilised materjalid olema inimkoega ühilduvad või isegi parandatud, näiteks silmasiseste haiguste ultraviolettlaserravi ja küüliku sarvkesta katsed, mis mõnikord nõuavad valgu bioloogiliste omaduste ja biomolekulaarsete struktuuride muutmist. Pärast eksimeer-UV-laseri optimaalsete impulsiparameetrite reguleerimist kiiritasid eksperimentalistid meditsiiniliste biomaterjalide pinda vastavalt 100 nm, 120 nm ja 200 nm laseritega, parandades seega materjali pinna füüsikalis-keemilist struktuuri ega muutnud selle üldist keemilist struktuuri. materjali ning töödeldud orgaaniliste biomaterjalide muutmine inimese kudedega oluliselt ühilduvamaks ja hüdrofiilsemaks läbi kultiveeritud bioloogiliste rakkudega tehtud võrdluskatsete, millest on palju abi meditsiinibioloogilistes rakendustes.
3.2. Kriminaaluurimise valdkonnas
Kriminaaluurimise valdkonnas on sõrmejälgi kasutatud oluliste bioloogiliste tõenditena, mille on kriminaalasjades kahtlustatavad jätnud kuriteopaigale alates sellest, kui avastati, et sõrmejäljed on sama ainulaadsed kui DNA. Vanad meetodid võivad põhjustada proovide kahjustusi ja raskendada eksponaatide kogumist ja säilitamist. Käesoleval uurimistööl on silmapaistvaid tulemusi mitteläbiva objektipinna sõrmejälgede, nagu lint, fotod, klaas jne välimus. UV-luminestsentskujutist" ja "UV-laser-peegelduskuvamist" kasutatakse sõrmejälgede tuvastamise ja kogumise jälgimiseks ja salvestamiseks potentsiaalsete sõrmejälgede UV-laserkiirgusega läbi ribapääsfiltrite lainepikkustel vastavalt 266 nm ja 340 nm. Seitsekümmend protsenti 120 proovist katses testitud, tuvastati edukalt. UV-lühilaine tehnika suurendab potentsiaalsete sõrmejälgede õnnestumise määra ning optiliste omaduste kontrollimise lihtsus ja kiirus muudab selle kasutamiseks kohtusaaliteaduses paljulubavaks. Kohapealsed süljelaigud, UV-detektoriga saab tuvastada koorunud rakke, vereplekke, juuksefolliikuliga juukseid ja muid tavalisi bioloogilisi proove.Kui aga lühilaine 266 nm UV-laserit kasutati bioloogiliste proovide kiiritamiseks kindlal kaugusel ja erineva kestusega ning seejärel ekstraheerimiseks DNA-st leiti, et lühilaineline 266 nm UV-laser avaldas tõsist mõju viie levinud bioloogilise tõendi tüübi DNA tulemustele: sõrmejäljed, b. loodeplekid, süljelaigud, eraldunud rakud ja karvanääpsudega juuksed, kuid ainult vähesel määral bioloogilise DAN-i tuvastamisel juustele, sealhulgas juuksefolliikulistele, süljele ja verelaikudele. Lühilainelised UV-laserid võivad mõjutada mõningaid DNA biomaterjale, nii et ekstraheerimismeetod tuleks kohtuekspertiisi uurimise käigus hoolikalt valida selle tõendusliku väärtuse jaoks.
3.3. UV-laserrakendused integraaltrükkplaatidel
Laia valiku trükkplaatide tootmine tööstuses, alates esialgsest juhtmestikust kuni väikeste täpsete sisseehitatud kiipide tootmiseni, mis nõuavad täiustatud protsesse, integreeritud trükkplaatide paindlike vooluahelate, polümeeride ja vase lamineeritud vooluringide tootmiseks on vaja mikroaukude puurimist ja lõikamist, samuti plaatidel olevate materjalide parandamine ja kontrollimine, mis sageli nõuavad mikrotootmise ja -töötluse kasutamist. Laser-mikrotöötlustehnoloogia on selgelt parim valik trükkplaatide töötlemiseks. Laser ei puutu protsessi ajal kokku töödeldava tootega, vältides tõhusalt mehaanilisi jõude, mille tulemuseks on kiire töötlemine, suur paindlikkus ja töökohale ei esitata erinõudeid, mis võivad laseri täpse seadistuse tõttu jõuda alla mikroni suuruse. parameetrid ja uurimistöö ülesehitus. Traditsioonilisemad puurimismeetodid trükkplaatidel on UV-laserite ja CO2-laserite kasutamine mittemetallilise märgistuse jaoks (mittemetalliliste materjalide märgistamiseks kasutatakse CO2 lasereid lainepikkusega 10,6 μm, lainepikkused 1064 nm või 532 nm kasutatakse metallmaterjalide märgistamiseks). Praegu kasutatakse endiselt peamiselt UV-lasertöötlustehnoloogiat, mis võimaldab saavutada mikronitasemel töötlemise, suure täpsuse, suudab toota ülipeeneid mikronullseadmeid, mida saab rakendada mikroaugu laserkiire vähem kui 1 μm kaugusele. töötlemine. CO2-lasereid kasutatakse aga peamiselt 75–150 mm aukude puhul ja need võivad väikestes aukudes kalduda kõrvalekaldumisele, samas kui UV-lasereid saab kasutada kuni 25 mm aukude puhul suure täpsusega ja nihketeta. Näiteks vaskkattega trükkplaatide "külmtöötlemisel" UV-femtosekundiliste laseritega kasutatakse optimaalsete protsessiparameetrite saamiseks kõikehõlmavat tasakaalustamismeetodit ning selektiivseid söövitusomadusi kasutatakse seejärel kvaliteetse ja suure tõhususe saavutamiseks. vasega kaetud pindade mikrojoonsöövitus joone laiusega 50 μm ja joonesammuga 20 μm.
3.4 Mikrooptiliste komponentide töötlemine ja valmistamine
Infotehnoloogia ajastul ja moodsa tööstuse kiirel arengul eeldab vajadus ehitada väiksemasse ruumi rohkem eksperimentaalseid süsteeme ja saavutada rohkem funktsioone infotehnoloogia kiiremat arengut ning, mis veelgi olulisem, väiksemate, miniatuursete ja täisväärtuslike süsteemide tootmist. funktsionaalsed seadmed, mis töötlevad ainult materjali pinnal olevaid keemilisi sidemeid. Sellel on olulised rakendused ja teaduslik väärtus sõjalise radari side, meditsiinilise teraapia, lennunduse ja biokeemia valdkonnas. Nanomõõtmeliste mikrooptiliste komponentide rakenduste põhjalikum lõikamine ja optimeerimine ning uurimis- ja arendustegevus on võimalikud, muutes traditsiooniliste optiliste komponentide funktsioone ja omadusi. Mikrooptika eeliseks on see, et seda on lihtne masstootmine, lihtne massiivida, väike, kerge ja painduv, kuid põhimaterjaliks on kvartsklaas. Kvartsklaas võib pealekandmisel ja käsitsemisel praguneda ja kraatrida ning on kõva ja rabe materjal, mis vähendab oluliselt selle optilisi omadusi. Selle tulemusena on UV-laseri otsekirjutamise "külm" töötlemistehnoloogia oluliselt parandanud mikro-optiliste seadmete efektiivsust, võimaldades kiiresti töödelda ülitäpse ja peene struktuuriga mikro-optilisi komponente ilma materjali kahjustamata ning võimaldades paindlikku töötlemist. suured ja väikesed partiid erinevate nõuetega. Kui välismaised uurimisinstituudid on räniplaatide UV-UV töötlemist uurinud varem, siis räniplaatide lõikamise tehnoloogia ja tahkude kohta tehti kodumaised uuringud alles pärast suhteliselt hilist algust. Kolme samast materjalist räniplaadi (0,18 mm, 0,38 mm ja 0,6 mm) optimeeritud lõikamine minimaalse avaga 45 μm ja töötlustäpsusega 20 μm, ei näita materjalis pragusid, vähem laseri termilist mõju ja vähem pritsmeid.
3.4. UV-laseri rakendused pooljuhtide tööstuses
Viimastel aastatel on üha enam tähelepanu pööratud pooljuhtmaterjalide mikrotöötlusele UV-laseriga. Tuhanded tihedad vooluahela komponendid on integraallülitustes väga levinud, seetõttu on vaja mõningaid ülitäpseid käsitsemis- ja töötlemismeetodeid, aga ka mõningaid ülitäpseid instrumente ja seadmeid, nagu räni ja safiir pooljuhtmaterjalid ning muud pooljuht õhukesed kiled täppismikrotöötluse abil. UV-laser ja kile spektraalsete omaduste uurimine, samas kui UV-laser võib suurendada ka ränimaterjalide valgusenergia kasutamist, kuid muudab ka räni pinna mikrostruktuuri, mis soodustab päikesepaneelide, näiteks kahe- mõõtmetega mikrorest jne.
4. lõppsõna
Aastakümneid kestnud arendustegevuse ja uurimistööga on UV-laserite tehnoloogia ja rakendused muutunud üha laiemaks ja küpsemaks ning selle kõige iseloomulikum peen "külm" töötlemistehnoloogia mikrotöötleb ja töötleb pindu ilma objekti füüsikalisi omadusi muutmata ning on kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes ja valdkondades, nagu side, optika, sõjavägi, kriminaaluurimine ja ravi. Näiteks 5G ajastu tekitab nõudlust FPC töötlemise järele. Seoses 5G tööstuse edasise arenguga ja suuremate elektroonikatootjate paindlike OLED-ekraanide poole püüdlemisega kasvab kiiresti nõudlus FPC painduvate trükkplaatide järele ja koos sellega ka nõudlus UV-laserite järele. See suundumus toob loodetavasti kaasa UV-tehnoloogia enda kiire arengu, et saavutada suuremaid läbimurdeid võimsuse ja impulsi laiuse osas, aga ka uusi rakendusvaldkondi. UV-lasermasinate kasutamine on muutnud võimalikuks selliste materjalide nagu FPC täppis-külmtöötlemise, samas kui FPC järkjärguline suurenemine on ajendanud 5G kasutuselevõttu, mille madalad latentsusnäitajad pakuvad piiramatud võimalused uuteks tehnoloogilise arengu laineteks, nagu pilvetehnoloogia, Asjade internet, juhivabadus ja VR. See on loomulikult üksteist täiendav kontseptsioon ning uued tehnoloogiad ja rakendused viivad lõpuks UV-laserite edasiarendamiseni.
Kuna üha rohkem tekib uusi sagedust kahekordistavaid kristalle ja võimenduskandjaid, mida lühem on lainepikkus, seda suuremat võimsust kasutatakse UV-laserit tulevikus rohkemates tööstusharudes, et edendada kõigi elualade arengut, UV-laserid töötlemisvaldkonnas. intelligentsem, tõhusam ja täpsem, kõrge kordussagedus, kõrge stabiilsus on tulevase arengu suundumus.
