Introduzzjoni
Bl-iżvilupp mgħaġġel tat-teknoloġija, hemm bżonn ta 'tagħmir tal-lejżer eħfef, aktar effiċjenti, iżgħar, multifunzjonali u ta' kwalità għolja għall-elettronika, terapija medika, bijoloġija u materjali. Bħalissa lejżers komuni huma disponibbli f'wavelengths infra-aħmar u viżibbli. Għodod, proċessi u teknoloġiji tradizzjonali tal-laser ibatu minn effiċjenza baxxa, tħaddim kumpless, spejjeż għoljin, firxa ristretta, telf serju u preċiżjoni baxxa. Lejżers UV ġew riċerkati ripetutament minn xjenzati f'dawn l-aħħar deċennji għall-koerenza, konvenjenza, stabbiltà u affidabbiltà relattivament għolja tagħhom, spiża baxxa, tunability, daqs żgħir, effiċjenza għolja, preċiżjoni u prattiċità.
2. Lejżers UV
Lejżers UV huma prinċipalment maqsuma f'lejżers UV tal-gass u lejżers solidi UV solidi. Il-mezz tax-xogħol jilħaq stat eċċitati billi jassorbi l-enerġija esterna taħt l-azzjoni tas-sors tal-pompa, u wara li l-gwadann tal-inverżjoni tan-numru tal-partiċelli huwa akbar mit-telf, id-dawl jiġi amplifikat u parti mid-dawl amplifikat tiġi mitmugħa lura biex tkompli l-eċitazzjoni b'hekk tiġġenera oxxillazzjoni fil-kavità reżonanti biex tipproduċi l-lejżer. Il-midja tal-gass huma prinċipalment użati fi skariki ta 'raġġ pulsat jew elettroni, fejn il-ħabtiet bejn l-elettroni eċitati l-partiċelli tal-gass minn livelli ta' enerġija baxxi għal livelli ta 'enerġija għolja biex jipproduċu qbiż eċċitati biex jiksbu lejżers UV. Il-mezz solidu huwa kristall li jirduppja l-frekwenza mhux lineari li jipproduċi dawl tal-lejżer UV li jirradja 'l barra wara tranżizzjoni ta' frekwenza waħda jew aktar. Excimer u lejżers UV ta 'stat solidu huma komunement użati għall-ipproċessar u l-immaniġġjar tal-lejżer.
2.1. Lejżers excimer
Il-lejżers UV tal-gass prinċipali huma lejżers excimer, lejżers tal-jone argon, lejżers molekulari tan-nitroġenu, lejżers molekulari tal-fluworin, lejżers tal-elju kadmju, eċċ Lejżers eċċimer eċċ huma komunement użati għall-ipproċessar tal-lejżer. Lejżers Excimer huma lejżers tal-gass bl-excimer bħala s-sustanza tax-xogħol. Huma wkoll lasers pulsati u kienu ta 'interess kbir ta' riċerka peress li l-ewwel laser excimer inħoloq fl-1971. Excimer hija molekula kompost instabbli li tinqasam f'atomi taħt ċerti ċirkostanzi. Il-frekwenza tar-ripetizzjoni u l-qawwa medja huma l-bażi għall-ġudizzju tal-lejżers excimer. Ċertu proporzjon ta 'gassijiet rari bħal Ar, Kr u Xe mħallta ma' elementi aloġeni bħal F, Cl u Br huma s-sustanzi tax-xogħol ewlenin tal-lasers tal-gass UV, li huma ppumpjati permezz ta 'raġġi ta' elettroni jew skariki pulsati. Meta l-atomi ta 'gassijiet nobbli u rari fl-istat fundamentali huma eċċitati, l-elettroni barra n-nukleu huma għalhekk eċċitati għal orbitali ogħla sabiex is-saff ta' l-elettroni l-aktar 'il barra jkun mimli u kkombinat ma' atomi oħra biex jiffurmaw kważi-molekuli, li mbagħad jaqbżu lura lejn il- stat bażiku u jkissru fl-atomi oriġinali. Il-kseno likwidu kien is-sustanza tax-xogħol għall-lasers excimer bikrija. Il-lejżers excimer tal-lum jinkludu wkoll il-laser ArF f'193 nm, il-laser KrF f'248 nm u l-laser XeCl f'308 nm.
2.2. Lejżers UV fi stat solidu
Il-vantaġġi pendenti tal-lejżers UV ta 'stat solidu kollha huma d-daqs żgħir konvenjenti tagħhom, affidabilità għolja u stabbiltà operattiva. L-aktar komunement użat huwa l-kristall Nd:YAG tas-soltu għall-ippumpjar LD, li mbagħad il-frekwenza rdoppja.
Il-passi ewlenin fil-ġenerazzjoni ta 'lejżer ta' stat solidu UV huma l-ewwelnett l-ippumpjar tas-sors tad-dawl fil-lejżer fuq il-medju intensifikatur biex tinkiseb inverżjoni tan-numru tal-partiċelli, il-formazzjoni u l-oxxillazzjoni tad-dawl aħmar fundamentali fil-kavità reżonanti, imbagħad il- irduppjar tal-frekwenza fil-kavità b'kristall wieħed jew aktar mhux lineari, u finalment l-output tal-laser UV mixtieq mill-kavità reżonanti wara t-trasmissjoni u riflessjoni. Lejżers ta 'stat solidu UV ġeneralment jinkisbu bl-użu ta' metodi ta 'ippumpjar tad-dijodu LD u l-ippumpjar tal-bozoz. Lejżers UV ta 'stat solidu kollha huma lejżers ta' stat solidu UV ippumpjati b'LD.
Nd:YAG (granata tal-aluminju tal-ittriju drogat b'neodimju) u Nd:YVO4 (vanadat tal-ittriju drogat b'neodimju) huma tnejn mit-tipi l-aktar komuni ta 'kristalli tal-midja rinfurzati. Metodu komuni ta 'titjib tal-kavitajiet reżonanti huwa l-użu ta' dajowd tal-lejżer semikonduttur żgħir LD ippumpjat b'kristall tal-laser Nd:YVO4 f'tul ta 'mewġ ta' 808 nm biex jipproduċi dawl infra-aħmar qrib f'1064 nm. Meta mqabbel ma 'Nd:YAG, il-kristall tal-laser Nd:YVO4 għandu sezzjoni trasversali ta' qligħ akbar, erba 'darbiet dik ta' Nd:YAG, koeffiċjent ta 'assorbiment akbar, ħames darbiet dak ta' Nd:YAG, u limitu tal-laser aktar baxx. Meta mqabbel ma 'Nd:YAG, il-kristall tal-laser Nd:YVO4 għandu sezzjoni trasversali ta' qligħ akbar, erba 'darbiet dik ta' Nd:YAG, koeffiċjent ta 'assorbiment akbar, ħames darbiet dak ta' Nd:YAG, u limitu tal-laser aktar baxx. Il-kristalli Nd:YAG għandhom saħħa mekkanika għolja, trasmissjoni ta 'dawl għolja, ħajja twila ta' fluworexxenza u ma jeħtieġux sistema ta 'dissipazzjoni u tkessiħ ħarxa tas-sħana.
3. Applikazzjonijiet ta 'lejżers UV
L-ipproċessar tal-lejżer UV għandu ħafna vantaġġi u bħalissa huwa t-teknoloġija tal-għażla fl-iżvilupp tal-informazzjoni teknoloġika. L-ewwelnett, il-lejżer UV jista 'jagħti tul ta' mewġ ultra-qosra ta 'dawl tal-lejżer, li jista' jittratta b'mod preċiż materjali ultra-żgħar u fini; it-tieni, it-"trattament kiesaħ" tal-lejżer UV ma jeqredx il-materjal innifsu kollu kemm hu, iżda jittratta biss il-wiċċ tiegħu; barra minn hekk, bażikament m'hemm l-ebda effett ta 'ħsara termali. Xi materjali ma jassorbux lejżers viżibbli u infra-aħmar b'mod effettiv, u jagħmluhom impossibbli li jiġu pproċessati. L-akbar vantaġġ tal-UV huwa li bażikament il-materjali kollha jassorbu d-dawl UV b'mod aktar wiesa '. Lejżers UV, speċjalment lejżers UV fi stat solidu, huma kompatti u żgħar, sempliċi biex jinżammu u faċli biex jipproduċu fi kwantitajiet kbar. Lejżers UV jintużaw f'firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet fl-ipproċessar ta' bijomaterjali mediċi, forensika f'każijiet kriminali, bordijiet ta 'ċirkwiti integrati, l-industrija tas-semikondutturi, komponenti mikro-ottiċi, kirurġija, komunikazzjonijiet u radar, u ipproċessar u qtugħ bil-lejżer.
3.1. Modifika tal-proprjetajiet tal-wiċċ ta 'materjali bijoloġiċi
F'xi trattamenti, ħafna materjali mediċi jeħtieġ li jkunu kompatibbli mat-tessut uman jew saħansitra msewwija, bħal trattament bil-laser ultravjola ta 'mard intraokulari u esperimenti fuq kornea tal-fniek li kultant jeħtieġu bidliet fil-proprjetajiet tal-proteini bijoloġiċi u strutturi bijomolekulari. Wara li aġġustaw il-parametri tal-polz ottimali tal-lejżer UV excimer, l-esperimentali mbagħad irradjaw il-wiċċ tal-bijomaterjali mediċi b'lejżers ta '100 nm, 120 nm u 200 nm rispettivament, u b'hekk itejbu l-istruttura fiżikokimika tal-wiċċ tal-materjal u ma jbiddlux l-istruttura kimika ġenerali ta' il-materjal, u jagħmlu l-bijomaterjali organiċi trattati b'mod sinifikanti aktar kompatibbli u idrofiliċi ma 'tessuti umani permezz ta' esperimenti komparattivi ma 'ċelluli bijoloġiċi kkultivati, li huwa ta' għajnuna kbira fl-applikazzjonijiet bijoloġiċi mediċi.
3.2. Fil-qasam tal-investigazzjoni kriminali
Fil-qasam tal-investigazzjoni kriminali, il-marki tas-swaba’ ntużaw bħala evidenza bijoloġika importanti li tħalla fuq il-post tad-delitt minn suspettati f’każijiet kriminali peress li ġie skopert li l-marki tas-swaba’ huma uniċi daqs id-DNA. Ladarba metodi qodma jistgħu jwasslu għal ħsara fil-kampjun u jagħmluha diffiċli biex jinġabru u jaħżnu l-esebiti. Ir-riċerka attwali għandha riżultati eċċellenti għal marki tas-swaba 'tal-wiċċ ta' l-oġġett li ma jippenetrawx, bħal tejp, ritratti, ħġieġ, eċċ. Immaġini ta 'luminexxenza UV" u "immaġini ta' riflessjoni tal-lejżer UV" huma wżati biex josservaw u jirreġistraw is-sejbien u l-ġbir ta 'marki tas-swaba' permezz ta' irradjazzjoni bil-lejżer UV ta 'marki tas-swaba' potenzjali permezz ta 'filtri band-pass f'266 nm u 340 nm rispettivament. Sebgħin fil-mija tal-120 kampjun ttestjati fl-esperiment ġew skoperti b'suċċess.It-teknika ta 'mewġ qasir UV żżid ir-rata ta' suċċess tal-marki tas-swaba 'potenzjali, u l-faċilità u l-veloċità li biha jistgħu jiġu kkontrollati l-proprjetajiet ottiċi jagħmilha promettenti għall-użu fix-xjenza tal-awla.Spots tal-bżieq fuq il-post, ċelluli mqaxxra, tbajja tad-demm, xagħar b'follikuli tax-xagħar u kampjuni bijoloġiċi komuni oħra jistgħu jiġu skoperti b'detezzjoni UV.Madankollu, meta l-laser UV ta 'mewġ qasir ta' 266 nm intuża biex irradja kampjuni bijoloġiċi f'distanza fissa u f'tul ta 'żmien differenti u mbagħad biex jiġi estratt DNA, instab li l-laser UV ta 'mewġ qasir ta' 266 nm kellu effett serju fuq ir-riżultati tad-DNA ta 'ħames tipi komuni ta' evidenza bijoloġika: marki tas-swaba ', b loodstains, spots tal-bżieq, ċelluli shed u xagħar bil-follikuli tax-xagħar, iżda biss sa ċertu punt fuq l-iskoperta ta 'DAN bijoloġiku għax-xagħar inklużi follikuli tax-xagħar, bżieq u spots tad-demm. Lejżers UV b'mewġ qasir jistgħu jaffettwaw xi bijomaterjali tad-DNA, għalhekk il-metodu ta 'estrazzjoni għandu jintgħażel bir-reqqa għall-valur evidenzjarju tiegħu waqt investigazzjonijiet forensiċi.
3.3. Applikazzjonijiet tal-lejżer UV fuq bordijiet ta 'ċirkwiti integrati
Il-produzzjoni ta 'firxa wiesgħa ta' bordijiet taċ-ċirkwiti fl-industrija, mill-wajers inizjali sal-produzzjoni ta 'ċipep inkorporati ta' preċiżjoni ċkejkna li jeħtieġu proċessi avvanzati, ċirkwiti flessibbli fi ħdan bordijiet ta 'ċirkwiti integrati, ċirkwiti laminati f'polimeri u ram kollha jeħtieġu tħaffir u qtugħ ta' mikro-toqba, kif ukoll it-tiswija u l-ispezzjoni ta 'materjali fuq il-bordijiet, ħafna drabi jeħtieġu l-użu ta' mikro-fabbrikazzjoni u pproċessar. It-teknoloġija tal-micromachining bil-lejżer hija b'mod ċar l-aħjar għażla għall-ipproċessar tal-bordijiet taċ-ċirkwiti. Il-lejżer ma jiġix f'kuntatt mal-prodott li jrid jiġi pproċessat matul il-proċess, jevita b'mod effettiv forzi mekkaniċi, li jirriżulta fi proċessar rapidu, flessibilità għolja u l-ebda rekwiżiti speċjali għall-post tax-xogħol, li jistgħu jilħqu kobor sub-micron permezz tal-issettjar preċiż tal-laser parametri u disinn tar-riċerka. Il-metodi tat-tħaffir aktar tradizzjonali użati fuq il-bords taċ-ċirkwiti huma l-użu ta 'lejżers UV u lejżers CO2 għall-immarkar mhux metalliku (lejżers CO2 b'wavelength ta' 10.6 μm jintużaw għall-immarkar ta 'materjali mhux metalliċi; wavelengths ta' 1064 nm jew 532 nm huma ġeneralment użati għall-immarkar ta’ materjali metalliċi). Fil-preżent, it-teknoloġija tal-ipproċessar tal-lejżer UV għadha tintuża prinċipalment, li tista 'tikseb ipproċessar fil-livell tal-mikron, preċiżjoni għolja, tista' tipproduċi apparati mikro-żero ultra-multa, tista 'tiġi applikata għal inqas minn 1 μm post tar-raġġ tal-lejżer ta' mikro-toqba ipproċessar. Madankollu, il-lejżers tas-CO2 jintużaw prinċipalment għal toqob bejn 75 u 150 mm u huma suxxettibbli għal allinjament ħażin f'toqob żgħar, filwaqt li lejżers UV jistgħu jintużaw għal toqob sa 25 mm bi preċiżjoni għolja u mingħajr allinjament ħażin. Pereżempju, fl-ipproċessar "kiesaħ" ta 'bordijiet ta' ċirkwiti miksijin bir-ram b'lejżers UV femtosecond, jintuża metodu ta 'ibbilanċjar komprensiv biex jinkisbu l-aħjar parametri tal-proċess, u l-proprjetajiet tal-inċiżjoni selettiva mbagħad jintużaw biex jiksbu kwalità għolja, effiċjenza għolja inċiżjoni tal-linja mikro ta 'uċuħ miksija bir-ram b'wisa' ta 'linja ta' 50 μm u pitch tal-linja ta '20 μm.
3.4 Ipproċessar u preparazzjoni ta 'komponenti mikro-ottiċi
Fl-era tat-teknoloġija tal-informazzjoni u l-iżvilupp mgħaġġel tal-industrija moderna, il-ħtieġa li jinbnew aktar sistemi sperimentali fi spazju iżgħar u li jinkisbu aktar funzjonijiet teħtieġ l-iżvilupp aċċellerat tat-teknoloġija tal-informazzjoni u, aktar importanti, il-produzzjoni ta 'iżgħar, minjaturizzati u kompletament. apparati funzjonali li jipproċessaw biss ir-rabtiet kimiċi fuq il-wiċċ tal-materjal. Għandu applikazzjonijiet importanti u valur ta 'riċerka fl-oqsma tal-komunikazzjoni tar-radar militari, terapija medika, aerospazjali u bijokimika. Qtugħ u ottimizzazzjoni aktar fil-fond u riċerka u żvilupp ta 'applikazzjonijiet fuq komponenti mikro-ottiċi fin-nanoskala huma possibbli, li jittrasformaw il-funzjonijiet u l-proprjetajiet tal-komponenti ottiċi tradizzjonali. Il-mikro-ottika għandha l-vantaġġ li tkun faċli biex tipproduċi bil-massa, faċli biex tirranġa, żgħira, ħafifa u flessibbli, iżda l-materjal ewlieni huwa ħġieġ tal-kwarz. Il-ħġieġ tal-kwarz huwa suxxettibbli għal qsim u cratering waqt l-applikazzjoni u l-immaniġġjar u huwa materjal iebes u fraġli, li jnaqqas b'mod sinifikanti l-proprjetajiet ottiċi tiegħu. Bħala riżultat, it-teknoloġija tal-ipproċessar "kiesħa" tal-kitba diretta tal-lejżer UV tejbet ħafna l-effiċjenza tal-apparat mikro-ottiku, li ppermettiet l-ipproċessar rapidu ta 'komponenti mikro-ottiċi bi preċiżjoni għolja u struttura fina mingħajr ma tagħmel ħsara lill-materjal, u tippermetti ipproċessar flessibbli ta' lottijiet kbar u żgħar b'rekwiżiti differenti. Filwaqt li istituti ta 'riċerka barranin studjaw l-ipproċessar UV-UV ta' wejfers tas-silikon qabel, ir-riċerka domestika dwar it-teknoloġija u l-aspetti tat-tqattigħ tal-wejfers tas-silikon saret biss wara bidu relattivament tard. Qtugħ ottimizzat ta' tliet wejfers tas-silikon tal-istess materjal (0.18 mm, 0.38 mm u 0.6 mm) b'apertura minima ta' 45 μm u preċiżjoni tal-magni ta' 20 μm, li ma juru l-ebda xquq fil-materjal, inqas influwenza termali tal-laser u inqas spatter.
3.4. Applikazzjonijiet tal-lejżer UV fl-industrija tas-semikondutturi
Il-mikromachining ta 'materjali semikondutturi b'lejżers UV irċieva attenzjoni dejjem akbar f'dawn l-aħħar snin. Eluf ta 'komponenti ta' ċirkwit dens huma komuni ħafna f'ċirkwiti integrati, għalhekk huma meħtieġa xi metodi ta 'ġestjoni u pproċessar ta' preċiżjoni għolja, kif ukoll xi strumenti u apparati ta 'preċiżjoni għolja bħal materjali semikondutturi tas-silikon u żaffir u films irqaq semikondutturi oħra ta' mikroproċessar ta 'preċiżjoni minn Lejżer UV u tistudja l-proprjetajiet spettrali tal-film, filwaqt li l-lejżer UV jista 'wkoll iżid l-użu ta' enerġija ħafifa ta 'materjali tas-silikon, iżda wkoll jagħmel il-bidliet fil-mikrostruttura tal-wiċċ tas-silikon, li jwassal għall-iżvilupp ta' pannelli solari, bħal żewġ- mikro-ħakk dimensjonali, eċċ.
4. rimarki ta’ konklużjoni
Permezz ta 'għexieren ta' snin ta 'żvilupp u riċerka, it-teknoloġija u l-applikazzjonijiet tal-lejżers UV saru aktar u aktar mifruxa u maturi, u t-teknoloġija ta' l-ipproċessar multa "kiesħa" l-aktar karatteristika tagħha tipproċessa mikro-proċess u tittratta l-uċuħ mingħajr ma tbiddel il-proprjetajiet fiżiċi ta 'l-oġġett, u hija użat ħafna f'diversi industriji u oqsma bħal komunikazzjonijiet, ottika, militari, investigazzjoni kriminali u trattament mediku. L-era 5G, pereżempju, qed tiġġenera domanda għall-ipproċessar FPC. Bl-iżvilupp ulterjuri tal-industrija 5G u l-insegwiment ta 'wirjiet OLED flessibbli minn manifatturi ewlenin tal-elettronika, id-domanda għal bordijiet ta' ċirkwiti flessibbli FPC qed tikber malajr, u magħha, id-domanda għal lasers UV. Din it-tendenza nisperaw li twassal għal żvilupp mgħaġġel tat-teknoloġija UV nnifisha biex tikseb skoperti akbar fil-qawwa u l-wisa 'tal-polz, kif ukoll għal oqsma ġodda ta' applikazzjoni. L-applikazzjoni ta 'magni tal-lejżer UV għamlet l-ipproċessar kiesaħ ta' preċiżjoni ta 'materjali bħal FPC possibbli, filwaqt li ż-żieda gradwali fl-FPC wasslet l-iskjerament ta' 5G, li l-karatteristiċi ta 'latency baxx tiegħu jipprovdu opportunitajiet illimitati għal mewġ ġdid ta' żvilupp teknoloġiku bħat-teknoloġija tas-sħab, il- Internet tal-Oġġetti, bla sewwieq u VR. Dan naturalment huwa kunċett kumplimentari, u teknoloġiji u applikazzjonijiet ġodda eventwalment se jmexxu aktar żvilupp tal-lejżers UV.
Hekk kif jitfaċċaw aktar u aktar kristalli ġodda li jirduppjaw il-frekwenza u l-midja tal-qligħ, iktar ma jkun iqsar il-wavelength iktar ikun għoli l-qawwa tal-laser UV se tintuża fil-futur f'aktar industriji biex jippromwovu l-iżvilupp ta 'kull aspett tal-ħajja, lejżers UV fil-qasam tal-ipproċessar aktar intelliġenti, effiċjenti u preċiża, rata ta 'ripetizzjoni għolja, stabbiltà għolja hija t-tendenza ta' żvilupp futur.
