An article to understand what is UV DPSS Laser Source

 

1 Introduction

 

With the rapid development of science and technology, more portable, efficient, miniaturized, multi-functional and high-quality laser instruments and equipment are required in electronics, medical treatment, biology and materials. At present, the wavelengths of common lasers are infrared and visible light. Traditional laser tools, processes and technologies have problems such as low efficiency, complex operation, high cost, limited range, serious loss, and low accuracy. In recent decades, ultraviolet lasers have been repeatedly researched and breakthroughs by scientists because of their relatively high coherence, more convenience, stability and reliability, low cost, tunability, small size, high efficiency, high precision and practicality.

 

2. Ultraviolet Laser

 

Ultraviolet lasers are mainly divided into gas ultraviolet lasers and solid ultraviolet solid-state lasers. Under the action of the pump source, the working medium reaches the excited state by absorbing the external energy. After the population inversion, the gain is greater than the loss, and the light is amplified. Part of the amplified light feedback continues to be excited to generate oscillation in the resonant cavity to generate laser light. The gas medium mainly uses pulse or electron beam discharge, and the gas particles are excited from the low energy level to the high energy level through the collision between electrons to generate excited transitions to obtain ultraviolet laser light. The solid medium is a non-linear frequency-doubling crystal to generate an ultraviolet laser that radiates outward after one or more frequency conversions. Excimer and all-solid-state UV lasers are commonly used in laser processing and processing [1]. The classification of UV lasers is shown in Table 1.

 

 

 

2.1. Excimer-Laser

 

Gas-UV-Laser umfassen hauptsächlich Excimer-Laser, Argon-Ionen-Laser, Stickstoff-Molekular-Laser, Fluor-Molekular-Laser, Helium-Cadmium-Laser usw. Excimer-Laser usw. werden üblicherweise für die Laserbearbeitung verwendet [2]. Der Excimerlaser ist ein Gaslaser mit Excimer als Arbeitssubstanz. Es ist auch ein gepulster Laser. Seit der Geburt des ersten Excimer-Lasers im Jahr 1971 [3] hat er eine große Bedeutung für die Forschung. Ein Excimer ist ein instabiles zusammengesetztes Molekül, das unter bestimmten Umständen in Atome zerfällt. Wiederholfrequenz und mittlere Leistung sind die Kriterien zur Beurteilung von Excimer-Lasern. Ein gewisser Anteil an Ar, Kr, Xe und anderen Edelgasen gemischt mit F, Cl, Br und anderen Halogenelementen sind die Hauptarbeitsstoffe von UV-Gaslasern. Das Pumpverfahren wird durch Elektronenstrahl- oder Impulsentladung erreicht. Nachdem die Edelgasatome und Edelgasatome im Grundzustand angeregt sind, werden die außerkernigen Elektronen auf eine höhere Umlaufbahn angeregt, so dass die äußerste Elektronenschicht gefüllt wird, und mit anderen Atomen kombiniert, um Excimere zu bilden, die dann wieder in den übergehen Grundzustand und zerfallen dann in Das ursprüngliche Atom und die verbleibende Energie werden in Form von Photonen getrennt und schließlich wird der ultraviolette Laser durch die Verstärkung des Resonanzhohlraums erhalten, wie in Abb. 1 [1] gezeigt. Flüssiges Xenon war die Arbeitssubstanz früher Excimerlaser. Zu den Excimer-Lasern gehören jetzt ArF-Laser bei 193 nm, KrF-Laser bei 248 nm und XeCl-Laser bei 308 nm. die dann wieder in den Grundzustand übergehen und dann zerfallen in Das ursprüngliche Atom und die verbleibende Energie werden in Form von Photonen getrennt und schließlich wird der ultraviolette Laser durch die Verstärkung des Resonanzhohlraums erhalten, wie in Abb. 1 [1] gezeigt. . Flüssiges Xenon war die Arbeitssubstanz früher Excimerlaser. Zu den Excimer-Lasern gehören jetzt ArF-Laser bei 193 nm, KrF-Laser bei 248 nm und XeCl-Laser bei 308 nm. die dann wieder in den Grundzustand übergehen und dann zerfallen in Das ursprüngliche Atom und die verbleibende Energie werden in Form von Photonen getrennt und schließlich wird der ultraviolette Laser durch die Verstärkung des Resonanzhohlraums erhalten, wie in Abb. 1 [1] gezeigt. . Flüssiges Xenon war die Arbeitssubstanz früher Excimerlaser. Zu den Excimer-Lasern gehören jetzt ArF-Laser bei 193 nm, KrF-Laser bei 248 nm und XeCl-Laser bei 308 nm.

 

 

 

2.2. Festkörper-UV-Laser

 

Die herausragenden Vorteile von All-Solid-State-UV-Lasern sind Komfort, geringe Größe, hohe Zuverlässigkeit und stabiler Betrieb. Der am häufigsten verwendete Nd:YAG-Kristall wird zum LD-Pumpen verwendet, und die anschließende Frequenzverdopplung ist in Abbildung 2 dargestellt [4].

 

 

 

Die Hauptschritte zur Erzeugung von UV-Festkörperlasern sind: Erstens wird die Pumplichtquelle im Laser auf das Verstärkungsmedium gestrahlt, um eine Besetzungsinversion zu erreichen [5], das grundlegende rote Licht wird gebildet und im Resonator oszilliert und dann durchgelassen durch eine oder mehrere nichtlineare Nichtlinearitäten. Frequenzverdopplung im Kristallhohlraum, nach Transmission und Reflexion wird schließlich der gewünschte ultraviolette Laser aus dem Resonanzhohlraum ausgegeben. Ultraviolette Festkörperlaser werden üblicherweise durch LD-Diodenpumpen und Lampenpumpen erhalten. Der Festkörper-UV-Laser ist ein LD-gepumpter UV-Festkörperlaser, und sein optisches Schaltungsprinzip ist in Abbildung 3 [1] dargestellt.

 

Nd:YAG (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat) und Nd:YVO4 (Neodym-dotiertes Yttriumvanadat) sind zwei der gebräuchlicheren dielektrischen Verstärkungskristalle. Das häufig verwendete Verfahren zur Verbesserung des Resonanzhohlraums besteht darin, eine kleine Halbleiterlaserdiode LD mit einer Wellenlänge von 808 nm zu verwenden, um einen Nd:YVO4-Laserkristall zu pumpen, um Nahinfrarotlicht bei 1064 nm zu erzeugen, und eine Frequenzverdopplung im Hohlraum zur Ausgabe grünes Licht mit einer Wellenlänge von 532 nm, das dann in den erweiterten Hohlraum eingespeist wird. Die Resonatorfrequenz vervierfacht sich, die Ausgangswellenlänge des tiefultravioletten Lasers beträgt 266 nm und die Eingangsschwelle des grünen Lichts mit der Grundfrequenz kann bis zu 215 mW betragen [6]. Im Vergleich zu Nd:YAG hat der Nd:YVO4-Laserkristall einen größeren Verstärkungsquerschnitt, der viermal so groß ist wie der von Nd:YAG; Der Absorptionskoeffizient ist groß und beträgt das 5-fache von Nd: YAG und hat die Vorteile einer niedrigen Laserschwelle. Nd:YAG-Kristalle haben eine relativ hohe mechanische Festigkeit, eine hohe Lichtdurchlässigkeit, eine lange Fluoreszenzlebensdauer und erfordern kein übermäßig strenges Kühlsystem. Gegenwärtig werden im In- und Ausland üblicherweise UV-Festkörperlaser verwendet, und als Verstärkungsmedium wird ein Nd:YAG-Kristall ausgewählt.

 

3. Anwendung von UV-Laser

 

Die Ultraviolett-Laserbearbeitung hat viele Vorteile und ist auch die bevorzugte Technologie bei der Entwicklung wissenschaftlicher und technologischer Informationen. Erstens kann der Ultraviolettlaser ultrakurzes Wellenlängenlaserlicht ausgeben, das ultrakleine und feine Materialien genau verarbeiten kann; Zweitens wird durch die „Kältebehandlung“ des UV-Lasers das Material selbst nicht als Ganzes zerstört, sondern nur die Oberfläche behandelt; und im Grunde keine thermischen Schäden betroffen sind [7] ; Einige Materialien können sichtbares Licht und Infrarotlaser nicht effektiv absorbieren und können nicht verarbeitet werden. Der größte Vorteil von Ultraviolett besteht darin, dass im Grunde alle Materialien ein breites Spektrum an UV-Lichtabsorption aufweisen [8]. Ultraviolettlaser, insbesondere Festkörper-Ultraviolettlaser, sind kompakt in der Struktur, klein in der Größe, leicht zu warten und leicht in Massenproduktion herzustellen.

 

3.1. Veränderung der Oberflächeneigenschaften von Biomaterialien

 

Bei einigen Behandlungen müssen viele medizinische Materialien mit menschlichem Gewebe kompatibel sein oder sogar repariert werden, wie z ] und biologische Makromoleküle Molekularstruktur [13], stellen Sie die optimalen Impulsparameter des Excimer-UV-Lasers ein, die Experimentatoren verwenden dann einen 100-nm-, 120-nm-, 200-nm-Laser, um die Oberfläche des medizinischen biologischen Materials zu bestrahlen, um die zu verbessern physikalische und chemische Struktur der Materialoberfläche, ohne die chemische Gesamtstruktur des Materials zu verändern, durch das Vergleichsexperiment von kultivierten biologischen Zellen,verbessert signifikant die Kompatibilität und Hydrophilie des verarbeiteten organisch-biologischen Materials mit menschlichem Gewebe, was bei medizinisch-biologischen Anwendungen eine große Hilfe ist [14].

 

3.2. Ermittlungsverfahren

 

Wenn im Bereich der strafrechtlichen Ermittlungen festgestellt wird, dass Fingerabdrücke die gleichen einzigartigen Merkmale wie DNA aufweisen, können Fingerabdrücke als wichtiges biologisches Beweismittel verwendet werden, das von kriminellen Verdächtigen am Tatort hinterlassen wird. Die einst alte Methode führte zu Probenschäden, was die Sammlung und Aufbewahrung von Beweismitteln erschwerte. Die aktuelle Forschung hat herausragende Auswirkungen auf die Oberflächen-Fingerabdrücke von nicht durchlässigen Objekten wie Bändern, Fotos und Glas. "Ultraviolett-Lumineszenz-Bildgebungstechnologie" und "Ultraviolett-Laserreflexions-Bildgebungstechnologie" bedeutet, dass der UV-Laser mit einer Wellenlänge von 266 nm den latenten Fingerabdruck bestrahlt und durch die Bandpassfilter von 266 nm bzw. 340 nm läuft, um den UV-Laser zu beobachten und aufzuzeichnen auf dem Fingerabdruck. Erkennungs- und Adoptionssammlung [15]. Siebzig Prozent der 120 experimentellen Proben im Experiment wurden erfolgreich erkannt. Die Ultraviolett-Kurzwellentechnologie verbessert die Erfolgsrate potenzieller Fingerabdrücke, und ihre optischen Eigenschaften lassen sich bequem, schnell und einfach steuern, und sie hat breite Anwendungsperspektiven im Bereich der Forensik. Der UV-Nachweis kann zum Nachweis gängiger biologischer Materialien wie Speichelflecken, abgeblätterter Zellen, Blutflecken und Haaren mit Follikeln verwendet werden. Der kurzwellige 266-nm-Ultraviolettlaser wurde jedoch verwendet, um die biologischen Proben in einem festgelegten Abstand und für unterschiedliche Zeiträume zu bestrahlen, um DNA für die Analyse zu extrahieren. Es wurde festgestellt, dass der kurzwellige 266-nm-Ultraviolettlaser fünf übliche Arten von Fingerabdrücken, Blutflecken, Speichelflecken, abgestoßenen Zellen und Haaren mit Follikeln aufwies. Die DNA-Testergebnisse biologischer Beweise haben schwerwiegende Auswirkungen, aber der Nachweis biologischer DNA für Haare, einschließlich Haarfollikel, Körperflüssigkeiten, Speichel und Blutflecken, hat nur geringe Auswirkungen. Kurzwellen-UV-Laser beeinträchtigen einige biologische DNA-Proben, daher sollte die Extraktionsmethode entsprechend der Rolle von Beweismitteln bei strafrechtlichen Ermittlungen und Beweiserhebungen sorgfältig ausgewählt werden [16].

 

3.3. Anwendung von UV-Lasern auf integrierten Leiterplatten

 

Im Produktionsprozess verschiedener Leiterplatten im industriellen Bereich, von der anfänglichen Verdrahtung bis zur Herstellung winziger und präziser eingebetteter Chips, die fortschrittliche Technologie erfordern, werden flexible Schaltungen, Polymer- und Kupferschichtschaltungen in integrierten Leiterplatten alle Mikrolochbohrungen und Schneiden sind erforderlich [17], sowie die Reparatur und Inspektion von Materialien auf Leiterplatten, die häufig eine Mikrobearbeitung und -bearbeitung erfordern. Die Lasermikrobearbeitungstechnologie ist offensichtlich die beste Wahl in der Leiterplattenbearbeitung. Bei der Laserbearbeitung berührt die Arbeitsmaschine das bearbeitete Produkt nicht, wodurch mechanische Kräfte effektiv vermieden werden, die Bearbeitung schnell erfolgt, hohe Flexibilität und keine besonderen Anforderungen an den Arbeitsplatz. Durch die präzise Einstellung und Erforschung und Gestaltung von Laserparametern, der Mikrometer in der folgenden Größenordnung [18]. Die traditionellere Bohrmethode, die auf Leiterplatten verwendet wird, ist die Verwendung von UV-Lasern und CO2-Lasern für die Markierung von nichtmetallischen Materialien (CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 10,6 μm werden für die Markierung von nichtmetallischen Materialien verwendet; im Allgemeinen werden Wellenlängen von 1064 nm oder 532 nm verwendet für Metalle Materialkennzeichnung [19]). Gegenwärtig wird hauptsächlich Ultraviolett-Laserbearbeitungstechnologie verwendet, die eine Bearbeitung im Mikrometerbereich mit hoher Präzision erreichen kann, ultrafeine Nullvorrichtungen herstellen kann und auf die Mikrolochbearbeitung von Laserstrahlen mit einem Fleck kleiner als 1 μm angewendet werden kann . Der CO2-Laser stanzt jedoch hauptsächlich Löcher von 75-150 mm, und die kleinen Löcher lassen sich leicht verschieben, während der UV-Laser Löcher unter 25 mm mit hoher Präzision und ohne Versetzung stanzen kann [20]. Zum Beispiel in der "Kälte" Bei der Bearbeitung von kupferkaschierten Leiterplatten mit UV-Femtosekundenlasern wird das Comprehensive-Balance-Verfahren verwendet, um die optimalen Prozessparameter zu erhalten, und dann werden die Eigenschaften des selektiven Ätzens verwendet, um hochwertige und hocheffiziente Linienbreiten von 50 μm und Linienabständen zu erzielen von 20 µm. Abbildung 4 und Abbildung 5 zeigen den Ätzprozess von feinen Linien auf der Oberfläche von CCL [21].

 

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3.4. Verarbeitung und Aufbereitung von Low-Light-Komponenten

 

Im Informationszeitalter der rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie und moderner Industrie ist es notwendig, die Entwicklung der Informationstechnologie zu beschleunigen, um mehr experimentelle Systeme zu bauen und mehr Funktionen auf kleinerem Raum zu realisieren. Noch wichtiger ist, dass mehr hergestellt und verarbeitet werden muss Ein voll funktionsfähiges Gerät, das miniaturisiert, miniaturisiert ist und nur chemische Bindungen auf der Oberfläche des Materials handhabt [22]. Es hat einen wichtigen Anwendungs- und Forschungswert in den Bereichen militärische Radarkommunikation [23], medizinische Behandlung, Luft- und Raumfahrt und Biochemie. Es ist möglich, mikrooptische Komponenten im Nanomaßstab tiefer zu schneiden und zu optimieren sowie Anwendungen zu erforschen und zu entwickeln, die die Funktionen und Eigenschaften traditioneller optischer Komponenten verändern. Mikrooptische Elemente haben die Vorteile einfacher Massenproduktion, einfacher Anordnung, Kompaktheit, Leichtigkeit und Flexibilität, aber ihr Hauptmaterial ist Quarzglas. Quarzglas neigt bei der Anwendung und Handhabung zu Rissen und Vertiefungen und ist ein hartes und sprödes Material, das seine optischen Eigenschaften stark beeinträchtigt. Daher verbessert die direkt schreibende „kalte“ Verarbeitungstechnologie des UV-Lasers [24] die Effizienz mikrooptischer Geräte erheblich, schließt die Bearbeitung mikrooptischer Komponenten mit hoher Präzision und Mikrostruktur schnell ab, ohne das Material zu beschädigen, und kann dies flexibel abschließen Verarbeitung unterschiedlicher Bedürfnisse von großen und kleinen Chargen. wird bearbeitet. Die Forschung zur UV-UV-Bearbeitung von Siliziumwafern durch ausländische wissenschaftliche Forschungseinrichtungen ist relativ früh [25], und die Forschung zur Schneidtechnologie und zum Schneiden von Siliziumwafern begann später in China [26]. Vor mehr als zehn Jahren verwendeten Zhang Fei und andere den von ihnen selbst entwickelten UV-Festkörperlaser, um das Mikrobearbeitungssystem zu untersuchen, und optimierten das Schneiden von drei Siliziumwafern aus demselben Material (0,18 mm, 0,38 mm, 0,6 mm). , mit einer Mindestöffnung von 45 mm. μm, die Bearbeitungsgenauigkeit beträgt 20 μm, die Ergebnisse zeigen, dass es keine Risse im Material gibt, der thermische Einfluss des Lasers gering ist und die Spritzer geringer sind [27], wie in Abbildung 6 gezeigt. 6 mm), mit einer Mindestöffnung von 45 mm. μm, die Bearbeitungsgenauigkeit beträgt 20 μm, die Ergebnisse zeigen, dass es keine Risse im Material gibt, der thermische Einfluss des Lasers gering ist und die Spritzer geringer sind [27], wie in Abbildung 6 gezeigt. 6 mm), mit einer Mindestöffnung von 45 mm. μm, die Bearbeitungsgenauigkeit beträgt 20 μm, die Ergebnisse zeigen, dass es keine Risse im Material gibt, der thermische Einfluss des Lasers gering ist und die Spritzer geringer sind [27], wie in Abbildung 6 gezeigt.

 

3.5. Anwendung von UV-Lasern in der Halbleiterindustrie

 

In den letzten Jahren hat die Mikrobearbeitung von Halbleitermaterialien durch UV-Laser immer mehr Aufmerksamkeit erhalten. Tausende von dichten Schaltungskomponenten sind in integrierten Schaltungen sehr verbreitet, daher sind einige hochpräzise Verarbeitungs- und Verarbeitungsverfahren erforderlich [28], und es gibt auch einige hochpräzise Instrumente und Geräte für Halbleitermaterialien wie Silizium und Saphir. Die Mikrobearbeitung stützt sich auf ultraviolette Laser und untersucht die spektralen Eigenschaften von Dünnschichten [29]. Gleichzeitig können UV-Laser auch die Nutzungsrate von Lichtenergie durch Siliziummaterialien erhöhen und auch die Mikrostruktur der Siliziumoberfläche verändern, was für die Forschung und Entwicklung von Solarmodulen von Vorteil ist. Wie zweidimensionales Mikrogitter und so weiter.

 

Im Jahr 2018 haben Li Qisi et al. verwendeten einen 355-nm-Festkörper-Ultraviolettlaser, um die Oberfläche und Gravurtiefe, die Glätte der Bodenfläche und die Kanalvertikalität von Borosilikatglas zu untersuchen, und analysierten und optimierten experimentell die Verarbeitungsparameter. , Der vertikale und flache Mikrokanal aus Borosilikatglas [30] ist in Abbildung 7 dargestellt.

 

 

4. Fazit

 

Durch diese jahrzehntelange Entwicklung und Forschung ist die Technik und Anwendung von UV-Lasern immer umfangreicher und ausgereifter geworden. Seine charakteristischste feine "kalte" Verarbeitungstechnologie kann die Oberfläche mikrobearbeiten und behandeln, ohne die physikalischen Eigenschaften des Objekts zu verändern. , weit verbreitet in der Kommunikation, Optik, Militär, Kriminalpolizei, Medizin und anderen Branchen und Bereichen. Beispielsweise hat die 5G-Ära die Marktnachfrage nach FPC-Verarbeitung hervorgebracht. Mit der Weiterentwicklung der 5G-Industrie und dem Streben nach flexiblen OLED-Displays durch große Elektronikprodukthersteller ist die Marktnachfrage nach flexiblen FPC-Leiterplatten schnell gewachsen, und die Nachfrage nach UV-Lasern wird ebenfalls schnell wachsen. . Dieser Entwicklungstrend soll die Entwicklung der UV-Technologie selbst rasant vorantreiben, um größere Durchbrüche bei Leistung und Impulsbreite zu erzielen und weitere neue Anwendungsfelder zu erweitern. Die Anwendung von UV-Lasermaschinen ermöglicht eine präzise Kaltbearbeitung von FPC und anderen Materialien, und die allmähliche Zunahme von FPC hat den Einsatz von 5G gefördert. Die niedrigen Latenzzeiten von 5G haben eine neue Welle von Technologien wie Cloud-Technologie, Internet der Dinge, unbemanntes Fahren und VR hervorgebracht. Die technologische Entwicklung sorgt für unendliche Vitalität. Natürlich ist dies ein komplementäres Konzept, und neue Technologien und neue Anwendungen werden schließlich die Weiterentwicklung von UV-Lasern vorantreiben. Die Anwendung von UV-Lasermaschinen ermöglicht eine präzise Kaltbearbeitung von FPC und anderen Materialien, und die allmähliche Zunahme von FPC hat den Einsatz von 5G gefördert. Die niedrigen Latenzzeiten von 5G haben eine neue Welle von Technologien wie Cloud-Technologie, Internet der Dinge, unbemanntes Fahren und VR hervorgebracht. Die technologische Entwicklung sorgt für unendliche Vitalität. Natürlich ist dies ein komplementäres Konzept, und neue Technologien und neue Anwendungen werden schließlich die Weiterentwicklung von UV-Lasern vorantreiben. Die Anwendung von UV-Lasermaschinen ermöglicht eine präzise Kaltbearbeitung von FPC und anderen Materialien, und die allmähliche Zunahme von FPC hat den Einsatz von 5G gefördert. Die niedrigen Latenzzeiten von 5G haben eine neue Welle von Technologien wie Cloud-Technologie, Internet der Dinge, unbemanntes Fahren und VR hervorgebracht. Die technologische Entwicklung sorgt für unendliche Vitalität. Natürlich ist dies ein komplementäres Konzept, und neue Technologien und neue Anwendungen werden schließlich die Weiterentwicklung von UV-Lasern vorantreiben.

 

Mit dem Aufkommen immer neuer frequenzverdoppelnder Kristalle und Verstärkungsmedien werden Ultraviolettlaser mit kürzeren Wellenlängen und höherer Leistung in Zukunft in immer mehr Branchen eingesetzt und die Entwicklung aller Lebensbereiche vorangetrieben. Intelligenz, hohe Effizienz und Präzision, hohe Wiederholrate und hohe Stabilität sind die Trends der zukünftigen Entwicklung.