Увод
Брзим развојем технологије јавља се потреба за лакшом, ефикаснијом, мањом, мултифункционалном и квалитетном ласерском опремом за електронику, медицинску терапију, биологију и материјале. Тренутно уобичајени ласери су доступни у инфрацрвеним и видљивим таласним дужинама. Традиционални ласерски алати, процеси и технологије пате од ниске ефикасности, сложеног рада, високих трошкова, ограниченог домета, великих губитака и ниске прецизности. Научници су последњих деценија више пута истраживали УВ ласере због њихове релативно високе кохерентности, практичности, стабилности и поузданости, ниске цене, могућности подешавања, мале величине, високе ефикасности, тачности и практичности.
2. УВ ласери
УВ ласери се углавном деле на гасне УВ ласере и чврсте УВ ласере у чврстом стању. Радни медијум достиже побуђено стање апсорбовањем спољне енергије под дејством извора пумпе, а након што је повећање инверзије броја честица веће од губитка, светлост се појачава и део појачане светлости се враћа назад да би наставио побуду. генерисање осцилација у резонантној шупљини за производњу ласера. Гасни медији се углавном користе у импулсним пражњењима или пражњењима електронског снопа, где судари између електрона побуђују честице гаса са ниских енергетских нивоа на високе енергетске нивое да би се произвели побуђени скокови за добијање УВ ласера. Чврсти медијум је нелинеарни кристал удвостручавања фреквенције који производи УВ ласерско светло које зрачи споља након једне или више фреквенцијских прелаза. Ексимер и УВ ласери на потпуно чврстом стању се обично користе за ласерску обраду и руковање.
2.1. Ексцимер ласери
Главни гасни УВ ласери су ексцимер ласери, аргон јонски ласери, молекуларни ласери азота, молекуларни ласери флуора, хелијум кадмијум ласери, итд. Ексцимер ласери итд. се обично користе за ласерску обраду. Ексимер ласери су гасни ласери са ексцимером као радном материјом. Они су такође пулсни ласери и од великог су истраживачког интереса од када је први ексцимер ласер створен 1971. Ексимер је нестабилни молекул једињења који се под одређеним околностима распада на атоме. Фреквенција понављања и просечна снага су основа за процену ексцимер ласера. Одређени удео ретких гасова као што су Ар, Кр и Ксе помешани са халогеним елементима као што су Ф, Цл и Бр су главне радне супстанце УВ гасних ласера, који се пумпају помоћу електронских зрака или импулсних пражњења. Када су атоми племенитих и ретких гасова у основном стању побуђени, електрони изван језгра се тако побуђују на више орбитале тако да се најудаљенији електронски слој напуни и комбинује са другим атомима да формирају квазимолекуле, који затим скачу назад у основном стању и распадају се на првобитне атоме. Течни ксенон је био радна супстанца за ране ексцимер ласере. Данашњи ексцимер ласери такође укључују АрФ ласер на 193 нм, КрФ ласер на 248 нм и КсеЦл ласер на 308 нм.
2.2. УВ ласери у чврстом стању
Изузетне предности УВ ласера у пуном стању су њихова погодна мала величина, висока поузданост и оперативна стабилност. Најчешће се користи уобичајени Нд:ИАГ кристал за ЛД пумпање, који се затим удвостручује.
Главни кораци у генерисању УВ ласера у чврстом стању су прво пумпање извора светлости у ласеру на медијум појачавача да би се постигла инверзија броја честица, формирање и осциловање основне црвене светлости у резонантној шупљини, затим удвостручавање фреквенције у шупљини за један или више нелинеарних кристала, и коначно излаз жељеног УВ ласера из резонантне шупљине након трансмисије и рефлексије. УВ ласери у чврстом стању се обично добијају коришћењем метода пумпања ЛД диода и лампе. Потпуно чврсти УВ ласери су УВ ласери у чврстом стању са ЛД пумпом.
Нд:ИАГ (итријум-алуминијум гранат допиран неодимијумом) и Нд:ИВО4 (итријум ванадат допиран неодимијумом) су два уобичајена типа кристала ојачаних медија. Уобичајена метода за побољшање резонантних шупљина је употреба мале полупроводничке ласерске диоде ЛД пумпане са Нд:ИВО4 ласерским кристалом на таласној дужини од 808 нм да би се произвела инфрацрвена светлост на 1064 нм. У поређењу са Нд:ИАГ, ласерски кристал Нд:ИВО4 има већи пресек појачања, четири пута већи од Нд:ИАГ, већи коефицијент апсорпције, пет пута већи од Нд:ИАГ и нижи праг ласера. У поређењу са Нд:ИАГ, ласерски кристал Нд:ИВО4 има већи пресек појачања, четири пута већи од Нд:ИАГ, већи коефицијент апсорпције, пет пута већи од Нд:ИАГ и нижи праг ласера. Нд:ИАГ кристали имају високу механичку чврстоћу, високу трансмисију светлости, дуг век трајања флуоресценције и не захтевају оштру дисипацију топлоте и систем хлађења.
3. Примене УВ ласера
УВ ласерска обрада има многе предности и тренутно је технологија избора у развоју технолошких информација. Прво, УВ ласер може да емитује ултра-кратке таласне дужине ласерске светлости, што може прецизно да се бави ултра-малим и финим материјалима; друго, "хладни третман" УВ ласера не уништава сам материјал у целини, већ само третира његову површину; штавише, у основи нема ефекта термичког оштећења. Неки материјали не апсорбују ефикасно видљиве и инфрацрвене ласере, што их чини немогућим за обраду. Највећа предност УВ зрачења је у томе што сви материјали шире апсорбују УВ светлост. УВ ласери, посебно УВ ласери у чврстом стању, су компактни и мали, једноставни за одржавање и лаки за производњу у великим количинама. УВ ласери се користе у широком спектру примена у обради медицинских биоматеријала, форензици у кривичним случајевима, интегрисаним плочама, индустрији полупроводника, микро-оптичким компонентама, хирургији, комуникацијама и радарима, и ласерској обради и сечењу.
3.1. Модификација површинских својстава биолошких материјала
У неким третманима, многи медицински материјали морају бити компатибилни са људским ткивом или чак поправљени, као што је третман интраокуларних болести ултраљубичастим ласером и експерименти на рожњачи зечева који понекад захтевају промене у својствима биолошких протеина и биомолекуларних структура. Након подешавања оптималних параметара импулса ексцимерног УВ ласера, експериментатори су затим зрачили површину медицинских биоматеријала ласерима од 100 нм, 120 нм и 200 нм, респективно, чиме су побољшали физичко-хемијску структуру површине материјала и не променили укупну хемијску структуру материјала. материјала, и чинећи третиране органске биоматеријале значајно компатибилнијим и хидрофилнијим са људским ткивима кроз упоредне експерименте са култивисаним биолошким ћелијама, што је од велике помоћи у медицинско-биолошким применама.
3.2. У области криминалистичке истраге
У области криминалистичке истраге, отисци прстију су коришћени као важан биолошки доказ који су осумњичени у кривичним предметима оставили на месту злочина од када је откривено да су отисци прстију јединствени као и ДНК. Некада старе методе могу довести до оштећења узорака и отежати прикупљање и чување експоната. Тренутно истраживање има изванредне резултате за отиске прстију на површини објеката који не продиру, као што су траке, фотографије, стакло итд. УВ луминесцентно снимање" и "УВ ласерско рефлектовање слике" се користе за посматрање и снимање детекције и прикупљања отисака прстију УВ ласерским зрачењем потенцијалних отисака прстију кроз филтере за пропусни опсег на 266 нм и 340 нм респективно. Седамдесет одсто од 120 узорака тестирани у експерименту су успешно откривени. УВ техника кратког таласа повећава стопу успеха потенцијалних отисака прстију, а лакоћа и брзина којом се оптичка својства могу контролисати чине је обећавајућим за употребу у науци у судници. Тачке пљувачке на лицу места, ољуштене ћелије, мрље од крви, длаке са фоликулима длаке и други уобичајени биолошки узорци могу се открити УВ детекцијом. Међутим, када је краткоталасни УВ ласер од 266 нм коришћен за озрачивање биолошких узорака на фиксној удаљености и у различитом трајању, а затим за екстракцију ДНК, утврђено је да је краткоталасни УВ ласер од 266 нм имао озбиљан утицај на ДНК резултате пет уобичајених врста биолошких доказа: отисци прстију, б мрље, флеке од пљувачке, осипане ћелије и длаке са фоликулима длаке, али само у мањој мери на детекцију биолошког ДАН-а за косу укључујући фоликуле длаке, пљувачку и крвне мрље. Краткоталасни УВ ласери могу утицати на неке ДНК биоматеријале, тако да метод екстракције треба пажљиво одабрати због његове доказне вредности током форензичких истрага.
3.3. Примене УВ ласера на интегрисаним плочама
Производња широког спектра штампаних плоча у индустрији, од почетног ожичења до производње ситних прецизних уграђених чипова који захтевају напредне процесе, флексибилна кола унутар интегрисаних плоча, ламинирана кола од полимера и бакра, све захтева бушење и сечење микро рупа, као и поправке и провере материјала на плочама које често захтевају употребу микрофабрикације и обраде. Технологија ласерске микромашинске обраде је очигледно најбољи избор за обраду штампаних плоча. Ласер не долази у контакт са производом који се обрађује током процеса, ефикасно избегавајући механичке силе, што резултира брзом обрадом, високом флексибилношћу и без посебних захтева за радно место, које може достићи субмикронске величине кроз прецизно подешавање ласера параметри и дизајн истраживања. Традиционалније методе бушења које се користе на штампаним плочама су употреба УВ ласера и ЦО2 ласера за неметално обележавање (ЦО2 ласери са таласном дужином од 10,6 μм се користе за обележавање неметалних материјала; таласне дужине од 1064 нм или 532 нм су генерално користи се за обележавање металних материјала). Тренутно се и даље углавном користи УВ ласерска технологија обраде, која може постићи обраду на нивоу микрона, високу тачност, може произвести ултра-фине микро-нулте уређаје, може се применити на мање од 1 μм тачке ласерског зрака микро-рупа обрада. Међутим, ЦО2 ласери се углавном користе за рупе између 75 и 150 мм и склони су неусклађености у малим рупама, док се УВ ласери могу користити за рупе до 25 мм са високом прецизношћу и без неусклађености. На пример, у „хладној“ обради бакра обложених плоча са УВ фемтосекундним ласерима, користи се свеобухватна метода балансирања да би се добили оптимални параметри процеса, а селективна својства јеткања се затим користе за постизање високог квалитета и високе ефикасности. микролинијско нагризање бакром обложених површина са ширином линије од 50 μм и кораком линије од 20 μм.
3.4 Обрада и припрема микрооптичких компоненти
У доба информационих технологија и брзог развоја модерне индустрије, потреба за изградњом више експерименталних система на мањем простору и постизањем више функција захтева убрзани развој информационих технологија и, што је још важније, производњу мањих, минијатуризованих и потпуно функционални уређаји који само обрађују хемијске везе на површини материјала. Има значајне примене и истраживачку вредност у областима војне радарске комуникације, медицинске терапије, ваздухопловства и биохемије. Могуће је дубље сечење и оптимизација и истраживање и развој апликација на микрооптичким компонентама на наноскали, трансформишући функције и својства традиционалних оптичких компоненти. Микрооптика има предност што је лака за масовну производњу, лако се поставља, мала, лагана и флексибилна, али главни материјал је кварцно стакло. Кварц стакло је склоно пуцању и стварању кратера током наношења и руковања и тврд је и крт материјал, што значајно смањује његова оптичка својства. Као резултат тога, технологија "хладне" обраде директног писања УВ ласера увелико је побољшала ефикасност микрооптичких уређаја, омогућавајући брзу обраду микрооптичких компоненти са високом прецизношћу и фином структуром без оштећења материјала и омогућавајући флексибилну обраду велике и мале серије са различитим захтевима. Док су страни истраживачки институти раније проучавали УВ-УВ обраду силицијумских плочица, домаћа истраживања технологије и фасета резања силицијумских плочица спроведена су тек након релативно касног почетка. Оптимизовано сечење три силицијумске плочице од истог материјала (0.18 мм, 0.38 мм и 0.6 мм) са минималним отвором од 45 μм и прецизношћу обраде од 20 μм, без пукотина у материјалу, мање топлотног утицаја ласера и мање прскања.
3.4. Примена УВ ласера у индустрији полупроводника
Микромашинска обрада полупроводничких материјала УВ ласерима добија све већу пажњу последњих година. Хиљаде компоненти густих кола су веома честе у интегрисаним колима, тако да су потребне неке методе високопрецизног руковања и обраде, као и неки високопрецизни инструменти и уређаји као што су силицијумски и сафирни полупроводнички материјали и други полупроводнички танки филмови прецизне микропроцесирања од стране УВ ласером и проучавањем спектралних својстава филма, док УВ ласер може повећати искоришћавање светлосне енергије силицијумских материјала, али и извршити промене микроструктуре површине силикона, што је погодно за развој соларних панела, као што су дво- димензионалне микрорешетке итд.
4. закључна разматрања
Кроз деценије развоја и истраживања, технологија и примена УВ ласера су постајале све распрострањеније и зрелије, а њена најкарактеристичнија фина „хладна“ технологија обраде микро обрађује и обрађује површине без промене физичких својстава објекта, те је широко се користи у различитим индустријама и областима као што су комуникације, оптика, војска, кривична истрага и медицински третман. 5Г ера, на пример, ствара потражњу за ФПЦ обрадом. Са даљим развојем 5Г индустрије и потрагом за флексибилним ОЛЕД екранима од стране великих произвођача електронике, потражња за ФПЦ флексибилним плочама брзо расте, а са њом и потражња за УВ ласерима. Надамо се да ће овај тренд довести до брзог развоја саме УВ технологије како би се постигао већи напредак у снази и ширини импулса, као и до нових области примене. Примена УВ ласерских машина је омогућила прецизну хладну обраду материјала као што је ФПЦ, док је постепено повећање ФПЦ довело до примене 5Г, чије карактеристике ниске латенције пружају неограничене могућности за нове таласе технолошког развоја као што су цлоуд технологија, Интернет ствари, недостатак возача и ВР. Ово је наравно комплементаран концепт, а нове технологије и апликације ће на крају покренути даљи развој УВ ласера.
Како се појављује све више нових кристала за удвостручавање фреквенције и медија за појачавање, што је краћа таласна дужина то ће се већа снага УВ ласера користити у будућности у више индустрија за промовисање развоја свих сфера живота, УВ ласери у области обраде интелигентнији, ефикаснији и тачнији, висока стопа понављања, висока стабилност је тренд будућег развоја.
