pengenalan
Dengan perkembangan pesat teknologi, terdapat keperluan untuk peralatan laser yang lebih ringan, cekap, lebih kecil, pelbagai fungsi dan berkualiti tinggi untuk elektronik, terapi perubatan, biologi dan bahan. Pada masa ini laser biasa tersedia dalam panjang gelombang inframerah dan boleh dilihat. Alat, proses dan teknologi laser tradisional mengalami kecekapan rendah, operasi kompleks, kos tinggi, julat terhad, kerugian teruk dan ketepatan yang rendah. Laser UV telah berulang kali dikaji oleh saintis dalam beberapa dekad kebelakangan ini untuk keselarasan, kemudahan, kestabilan dan kebolehpercayaan yang agak tinggi, kos rendah, kebolehtunaian, saiz kecil, kecekapan tinggi, ketepatan dan kepraktisan.
2. Laser UV
Laser UV terbahagi terutamanya kepada laser UV gas dan laser keadaan pepejal UV pepejal. Medium kerja mencapai keadaan teruja dengan menyerap tenaga luaran di bawah tindakan sumber pam, dan selepas keuntungan penyongsangan nombor zarah lebih besar daripada kehilangan, cahaya dikuatkan dan sebahagian daripada cahaya yang dikuatkan disuap semula untuk meneruskan pengujaan dengan itu menghasilkan ayunan dalam rongga resonans untuk menghasilkan laser. Media gas digunakan terutamanya dalam pelepasan pancaran denyut atau elektron, di mana perlanggaran antara elektron merangsang zarah gas dari tahap tenaga rendah ke tahap tenaga tinggi untuk menghasilkan lompatan teruja untuk mendapatkan laser UV. Medium pepejal ialah kristal pengganda frekuensi bukan linear yang menghasilkan cahaya laser UV yang memancar ke luar selepas satu atau lebih peralihan frekuensi. Laser Excimer dan semua keadaan pepejal UV biasanya digunakan untuk pemprosesan dan pengendalian laser.
2.1. Laser excimer
Laser UV gas utama ialah laser excimer, laser ion argon, laser molekul nitrogen, laser molekul fluorin, laser helium kadmium, dll. Laser Excimer dsb. biasanya digunakan untuk pemprosesan laser. Laser excimer ialah laser gas dengan excimer sebagai bahan kerja. Ia juga merupakan laser berdenyut dan telah menarik minat penyelidikan yang hebat sejak laser excimer pertama dicipta pada tahun 1971. Excimer ialah molekul sebatian tidak stabil yang terurai menjadi atom dalam keadaan tertentu. Kekerapan pengulangan dan kuasa purata adalah asas untuk menilai laser excimer. Sebilangan besar gas nadir seperti Ar, Kr dan Xe bercampur dengan unsur halogen seperti F, Cl dan Br adalah bahan kerja utama laser gas UV, yang dipam melalui pancaran elektron atau nyahcas berdenyut. Apabila atom gas mulia dan nadir dalam keadaan dasar teruja, elektron di luar nukleus dengan itu teruja ke orbital yang lebih tinggi supaya lapisan elektron terluar diisi dan digabungkan dengan atom lain untuk membentuk molekul kuasi, yang kemudian melompat kembali ke keadaan tanah dan pecah menjadi atom asal. Xenon cecair ialah bahan yang berfungsi untuk laser excimer awal. Laser excimer hari ini juga termasuk laser ArF pada 193 nm, laser KrF pada 248 nm dan laser XeCl pada 308 nm.
2.2. Laser keadaan pepejal UV
Kelebihan cemerlang laser UV semua keadaan pepejal adalah saiznya yang kecil yang mudah, kebolehpercayaan yang tinggi dan kestabilan operasi. Yang paling biasa digunakan ialah kristal Nd:YAG biasa untuk pengepaman LD, yang kemudiannya frekuensi digandakan.
Langkah-langkah utama dalam penjanaan laser keadaan pepejal UV adalah mula-mula mengepam sumber cahaya dalam laser ke medium penguat untuk mencapai penyongsangan nombor zarah, pembentukan dan ayunan cahaya merah asas dalam rongga resonans, kemudian penggandaan kekerapan dalam rongga oleh satu atau lebih kristal bukan linear, dan akhirnya keluaran laser UV yang dikehendaki daripada rongga resonan selepas penghantaran dan pantulan. Laser keadaan pepejal UV biasanya diperoleh dengan menggunakan kaedah pengepaman diod LD dan pengepam lampu. Laser UV keadaan pepejal semua ialah laser keadaan pepejal UV yang dipam LD.
Nd:YAG (neodymium doped yttrium aluminium garnet) dan Nd:YVO4 (neodymium doped yttrium vanadate) ialah dua daripada jenis hablur media bertetulang yang lebih biasa. Kaedah biasa untuk meningkatkan rongga resonan ialah menggunakan diod laser semikonduktor kecil LD yang dipam dengan kristal laser Nd:YVO4 pada panjang gelombang 808 nm untuk menghasilkan cahaya inframerah berhampiran pada 1064 nm. Berbanding dengan Nd:YAG, kristal laser Nd:YVO4 mempunyai keratan rentas keuntungan yang lebih besar, empat kali ganda daripada Nd:YAG, pekali penyerapan yang lebih besar, lima kali ganda daripada Nd:YAG, dan ambang laser yang lebih rendah. Berbanding dengan Nd:YAG, kristal laser Nd:YVO4 mempunyai keratan rentas keuntungan yang lebih besar, empat kali ganda daripada Nd:YAG, pekali penyerapan yang lebih besar, lima kali ganda daripada Nd:YAG, dan ambang laser yang lebih rendah. Kristal Nd:YAG mempunyai kekuatan mekanikal yang tinggi, penghantaran cahaya yang tinggi, hayat pendarfluor yang panjang dan tidak memerlukan pelesapan haba dan sistem penyejukan yang keras.
3. Aplikasi laser UV
Pemprosesan laser UV mempunyai banyak kelebihan dan kini merupakan teknologi pilihan dalam pembangunan maklumat teknologi. Pertama, laser UV boleh mengeluarkan panjang gelombang ultra-pendek cahaya laser, yang boleh menangani bahan ultra-kecil dan halus dengan tepat; kedua, "rawatan sejuk" laser UV tidak memusnahkan bahan itu sendiri secara keseluruhan, tetapi hanya merawat permukaannya; tambahan pula, pada asasnya tiada kesan kerosakan haba. Sesetengah bahan tidak menyerap laser yang kelihatan dan inframerah dengan berkesan, menjadikannya mustahil untuk diproses. Kelebihan terbesar UV ialah pada asasnya semua bahan menyerap cahaya UV dengan lebih meluas. Laser UV, terutamanya laser UV keadaan pepejal, adalah padat dan kecil, mudah diselenggara dan mudah dihasilkan dalam kuantiti yang banyak. Laser UV digunakan dalam pelbagai aplikasi dalam pemprosesan biomaterial perubatan, forensik dalam kes jenayah, papan litar bersepadu, industri semikonduktor, komponen mikro-optik, pembedahan, komunikasi dan radar, serta pemprosesan dan pemotongan laser.
3.1. Pengubahsuaian sifat permukaan bahan biologi
Dalam sesetengah rawatan, banyak bahan perubatan perlu serasi dengan tisu manusia atau dibaiki, seperti rawatan laser ultraungu bagi penyakit intraokular dan eksperimen pada kornea arnab yang kadangkala memerlukan perubahan dalam sifat protein biologi dan struktur biomolekul. Selepas melaraskan parameter nadi optimum laser UV excimer, ahli eksperimen kemudian menyinari permukaan biomaterial perubatan dengan laser 100 nm, 120 nm dan 200 nm masing-masing, dengan itu meningkatkan struktur fizikokimia permukaan bahan dan tidak mengubah struktur kimia keseluruhan bahan. bahan, dan menjadikan biomaterial organik yang dirawat dengan ketara lebih serasi dan hidrofilik dengan tisu manusia melalui eksperimen perbandingan dengan sel biologi kultur, yang sangat membantu dalam aplikasi biologi perubatan.
3.2. Dalam bidang penyiasatan jenayah
Dalam bidang penyiasatan jenayah, cap jari telah digunakan sebagai bukti biologi penting yang ditinggalkan di tempat kejadian oleh suspek dalam kes jenayah sejak didapati bahawa cap jari adalah unik seperti DNA. Apabila kaedah lama boleh menyebabkan kerosakan sampel dan menyukarkan untuk mengumpul dan menyimpan barang pameran. Penyelidikan semasa mempunyai hasil yang cemerlang untuk cap jari permukaan objek yang tidak menembusi, seperti pita, gambar, kaca, dsb. Pengimejan luminescence UV" dan "Pengimejan pemantulan laser UV" digunakan untuk memerhati dan merekod pengesanan dan pengumpulan cap jari oleh penyinaran laser UV potensi cap jari melalui penapis laluan jalur pada 266 nm dan 340 nm masing-masing. Tujuh puluh peratus daripada 120 sampel diuji dalam eksperimen berjaya dikesan. Teknik gelombang pendek UV meningkatkan kadar kejayaan cap jari yang berpotensi, dan kemudahan serta kelajuan sifat optik boleh dikawal menjadikannya menjanjikan untuk digunakan dalam sains bilik mahkamah. Bintik air liur di tapak, sel terkelupas, kesan darah, rambut dengan folikel rambut dan spesimen biologi biasa yang lain boleh dikesan dengan pengesanan UV. Walau bagaimanapun, apabila laser UV gelombang pendek 266 nm digunakan untuk menyinari sampel biologi pada jarak tetap dan pada tempoh yang berbeza dan kemudian untuk mengekstrak DNA, didapati bahawa gelombang pendek 266 nm laser UV mempunyai kesan serius terhadap keputusan DNA lima jenis bukti biologi yang biasa: cap jari, b kotoran, bintik air liur, sel tumpah dan rambut dengan folikel rambut, tetapi hanya pada tahap yang lebih rendah pada pengesanan DAN biologi untuk rambut termasuk folikel rambut, air liur dan bintik darah. Laser UV gelombang pendek boleh menjejaskan beberapa biomaterial DNA, jadi kaedah pengekstrakan harus dipilih dengan teliti untuk nilai pembuktiannya semasa penyiasatan forensik.
3.3. Aplikasi laser UV pada papan litar bersepadu
Pengeluaran pelbagai papan litar dalam industri, daripada pendawaian awal kepada pengeluaran cip tertanam ketepatan kecil yang memerlukan proses lanjutan, litar fleksibel dalam papan litar bersepadu, litar berlamina dalam polimer dan tembaga semuanya memerlukan penggerudian dan pemotongan lubang mikro, serta pembaikan dan pemeriksaan bahan pada papan, selalunya memerlukan penggunaan fabrikasi mikro dan pemprosesan. Teknologi pemesinan mikro laser jelas merupakan pilihan terbaik untuk pemprosesan papan litar. Laser tidak bersentuhan dengan produk yang akan diproses semasa proses, dengan berkesan mengelakkan daya mekanikal, menghasilkan pemprosesan yang cepat, fleksibiliti tinggi dan tiada keperluan khas untuk tempat kerja, yang boleh mencapai magnitud sub-mikron melalui tetapan laser yang tepat. parameter dan reka bentuk penyelidikan. Kaedah penggerudian yang lebih tradisional digunakan pada papan litar ialah penggunaan laser UV dan laser CO2 untuk penandaan bukan logam (laser CO2 dengan panjang gelombang 10.6 μm digunakan untuk menandakan bahan bukan logam; panjang gelombang 1064 nm atau 532 nm secara amnya digunakan untuk menanda bahan logam). Pada masa ini, teknologi pemprosesan laser UV masih digunakan terutamanya, yang boleh mencapai pemprosesan tahap mikron, ketepatan yang tinggi, boleh menghasilkan peranti mikro-sifar ultra-halus, boleh digunakan pada titik kurang daripada 1 μm pancaran laser lubang mikro. pemprosesan. Walau bagaimanapun, laser CO2 digunakan terutamanya untuk lubang antara 75 dan 150 mm dan terdedah kepada salah jajaran dalam lubang kecil, manakala laser UV boleh digunakan untuk lubang sehingga 25 mm dengan ketepatan yang tinggi dan tiada salah jajaran. Sebagai contoh, dalam pemprosesan "sejuk" papan litar bersalut tembaga dengan laser femtosaat UV, kaedah pengimbangan komprehensif digunakan untuk mendapatkan parameter proses optimum, dan sifat etsa terpilih kemudiannya digunakan untuk mencapai kualiti tinggi, kecekapan tinggi. goresan garisan mikro permukaan bersalut kuprum dengan lebar garisan 50 μm dan pic garisan 20 μm.
3.4 Pemprosesan dan penyediaan komponen mikro-optik
Dalam era teknologi maklumat dan perkembangan pesat industri moden, keperluan untuk membina lebih banyak sistem eksperimen dalam ruang yang lebih kecil dan untuk mencapai lebih banyak fungsi memerlukan pembangunan teknologi maklumat yang dipercepatkan dan, yang lebih penting, pengeluaran yang lebih kecil, miniatur dan sepenuhnya. peranti berfungsi yang hanya memproses ikatan kimia pada permukaan bahan. Ia mempunyai aplikasi penting dan nilai penyelidikan dalam bidang komunikasi radar tentera, terapi perubatan, aeroangkasa dan biokimia. Pemotongan dan pengoptimuman yang lebih mendalam serta penyelidikan dan pembangunan aplikasi pada komponen mikro-optik pada skala nano adalah mungkin, mengubah fungsi dan sifat komponen optik tradisional. Mikro-optik mempunyai kelebihan kerana mudah dihasilkan secara besar-besaran, mudah disusun, kecil, ringan dan fleksibel, tetapi bahan utama adalah kaca kuarza. Kaca kuarza terdedah kepada retak dan kawah semasa penggunaan dan pengendalian dan merupakan bahan keras dan rapuh, yang mengurangkan sifat optiknya dengan ketara. Akibatnya, teknologi pemprosesan "sejuk" tulisan langsung laser UV telah meningkatkan kecekapan peranti mikro-optik, membolehkan pemprosesan pantas komponen mikro-optik dengan ketepatan tinggi dan struktur halus tanpa merosakkan bahan, dan membenarkan pemprosesan yang fleksibel kumpulan besar dan kecil dengan keperluan yang berbeza. Walaupun institut penyelidikan asing telah mengkaji pemprosesan wafer silikon UV-UV lebih awal, penyelidikan domestik mengenai teknologi pemotongan wafer silikon dan faset dijalankan hanya selepas permulaan yang agak lewat. Pemotongan dioptimumkan bagi tiga wafer silikon daripada bahan yang sama (0.18 mm, 0.38 mm dan 0.6 mm) dengan apertur minimum 45 μm dan ketepatan pemesinan sebanyak 20 μm, tidak menunjukkan keretakan pada bahan, kurang pengaruh haba laser dan kurang percikan.
3.4. Aplikasi laser UV dalam industri semikonduktor
Pemesinan mikro bahan semikonduktor dengan laser UV telah mendapat perhatian yang semakin meningkat dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Beribu-ribu komponen litar padat adalah sangat biasa dalam litar bersepadu, jadi beberapa kaedah pengendalian dan pemprosesan berketepatan tinggi diperlukan, serta beberapa instrumen dan peranti berketepatan tinggi seperti bahan semikonduktor silikon dan nilam dan filem nipis semikonduktor lain bagi pemprosesan mikro ketepatan oleh Laser UV dan mengkaji sifat spektrum filem, manakala laser UV juga boleh meningkatkan penggunaan tenaga cahaya bahan silikon, tetapi juga membuat perubahan struktur mikro permukaan silikon, yang kondusif untuk pembangunan panel solar, seperti dua- kisi mikro dimensi, dsb.
4. penutup
Melalui dekad pembangunan dan penyelidikan, teknologi dan aplikasi laser UV telah menjadi semakin meluas dan matang, dan teknologi pemprosesan halus "sejuk" yang paling cirinya memproses mikro dan merawat permukaan tanpa mengubah sifat fizikal objek, dan adalah digunakan secara meluas dalam pelbagai industri dan bidang seperti komunikasi, optik, ketenteraan, penyiasatan jenayah dan rawatan perubatan. Era 5G, sebagai contoh, menjana permintaan untuk pemprosesan FPC. Dengan perkembangan selanjutnya industri 5G dan mengejar paparan OLED fleksibel oleh pengeluar elektronik utama, permintaan untuk papan litar fleksibel FPC berkembang pesat, dan dengan itu, permintaan untuk laser UV. Trend ini diharapkan akan membawa kepada perkembangan pesat teknologi UV itu sendiri untuk mencapai kejayaan yang lebih besar dalam kuasa dan lebar nadi, serta kepada bidang aplikasi baharu. Penggunaan mesin laser UV telah membolehkan pemprosesan sejuk ketepatan bahan seperti FPC, manakala peningkatan beransur-ansur dalam FPC telah mendorong penggunaan 5G, yang ciri kependaman rendahnya memberikan peluang tanpa had untuk gelombang baharu pembangunan teknologi seperti teknologi awan, Internet Perkara, tanpa pemandu dan VR. Ini sudah tentu merupakan konsep pelengkap, dan teknologi serta aplikasi baharu akhirnya akan memacu pembangunan lanjut laser UV.
Apabila semakin banyak kristal penggandaan frekuensi baru dan media perolehan muncul, semakin pendek panjang gelombang semakin tinggi kuasa laser UV akan digunakan pada masa hadapan dalam lebih banyak industri untuk menggalakkan pembangunan semua lapisan masyarakat, laser UV dalam bidang pemprosesan lebih pintar, cekap dan tepat, kadar pengulangan yang tinggi, kestabilan yang tinggi adalah trend pembangunan masa depan.
