What is a UV Laser?

UV Laser or Ultraviolet Laser offer extremely high photon energy which opens up a wide range of applications that can’t be addressed by visible and infrared laser sources.

UV lasers use a highly absorptive wavelength (355 nm) to mark parts. This high absorption rate allows UV lasers to perform "cold marking," ensuring that no extra heat stress is applied to materials, including those with high reflectance such as gold, silver, and copper. This minimizes soot and burrs caused by typical marking and processing.

It’s important to point out that while 355 nm and 266 nm are the most common UV laser wavelengths, there are also several other Nd: YAG lines that can be doubled and tripled to produce a wide variety of UV wavelengths. To achieve these higher-order harmonics, the electric field density of the laser must be extremely high, as a result, these lasers are primarily available with q-switched lasers.  Continuous-wave (CW) UV laser diodes are also available at 375 nm, with both single-mode and multi-mode beam profiles, and with either free space or fibre-coupled outputs. OEM laser packages and CW laser modules are available for both ultraviolet laser diodes and q-switched lasers.

Neben echten UV-Lasern gibt es UV-Laserquellen, die auf einem Laser mit längerer Wellenlänge (im sichtbaren oder nahen Infrarot-Spektralbereich) und einem oder mehreren nichtlinearen Kristallen zur nichtlinearen Frequenzkonversion basieren. Einige Beispiele:

• Die Wellenlänge von 355 nm kann durch Frequenzverdreifachung der Leistung eines 1064-nm-Nd:YAG- oder Nd:YVO4-Lasers erzeugt werden.

• 266-nm-Licht wird mit zwei aufeinanderfolgenden Frequenzverdopplern erzielt, die die Laserfrequenz effektiv vervierfachen.

• Diodenlaser können mit nichtlinearen Frequenzkonversionsstufen ausgestattet werden, um UV-Licht zu erzeugen. Beispielsweise kann man einen Nahinfrarotlaser mit kontinuierlicher Welle verwenden und zweimal eine Resonanzfrequenzverdopplung anwenden, wodurch Wellenlängen um 300 nm erreicht werden. Ein Hauptvorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass ein breiter Bereich von Wellenlängen zugänglich ist, ohne Beschränkungen auf bestimmte Laserlinien.

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Wie funktionieren UV-Laser?

Indem ein Laser mit Standardwellenlänge (1064 nm) durch einen nichtlinearen Kristall geleitet wird, wird die Wellenlänge auf 532 nm reduziert. Dieses Licht wird weiter durch einen anderen Kristall geleitet, wodurch seine Wellenlänge effektiv auf 355 nm reduziert wird. Aus diesem Grund werden UV-Laser allgemein als Laser der dritten harmonischen Generation (THG) bezeichnet.

UV-Laser müssen mit speziellen UV-Optiken hergestellt werden, die eine hohe optische Qualität und (insbesondere für gepulste Laser) eine hohe UV-Beständigkeit aufweisen. In einigen Fällen ist die Lebensdauer eines UV-Lasers durch die Lebensdauer der verwendeten optischen Elemente wie Laserspiegel begrenzt. Für den extremen Ultraviolettbereich gibt es Quellen, die auf der Erzeugung hoher Oberwellen basieren. Solche Quellen können Wellenlängen bis zu wenigen Nanometern erreichen und haben dennoch ein Tischformat. Die durchschnittlichen Ausgangsleistungen sind jedoch ziemlich niedrig.

Vorteile des UV-Lasers

1. Verglichen mit Standard-Laserlicht (1064 nm) und grünem Laserlicht (532 nm) hat UV-Laserlicht eine deutlich höhere Materialabsorptionsrate. Das bedeutet, dass die Leistung nicht erhöht werden muss, um gut sichtbare Markierungen zu erzeugen.

2. UV-Laser können dank der hohen Absorptionsrate von UV-Licht stark reflektierende Materialien wie Gold, Silber und Kupfer mit minimaler Hitzeschädigung markieren. Das minimiert Ruß und Grate, verhindert Oberflächenschäden und ermöglicht eine korrosionsbeständige Markierung.

Anwendungen

Ultraviolette Laser finden verschiedene Anwendungen:

Gepulste Hochleistungs-Ultraviolettlaser können zum effizienten Schneiden und Bohren kleiner Löcher in einer Vielzahl von Materialien verwendet werden, einschließlich Materialien, die für sichtbares Licht durchlässig sind.

Hochenergetische UV-Pulse werden für die Technik der laserinduzierten Breakdown-Spektroskopie verwendet.

Mit weit geringeren Pulsenergien in einem präzise fokussierten Strahl führt man zB Mikrodissektionen biologischer Materialien unter dem Mikroskop durch oder führt Photolumineszenzanalysen (Fluoreszenzlebensdauermessungen) durch.

Dauerstrich-UV-Quellen werden für die Mikrolithographie und für die Waferinspektion zB im Rahmen der Halbleiterchipfertigung benötigt. Eine weitere Anwendung ist die UV-Raman-Spektroskopie.

Zur Herstellung von Faser-Bragg-Gittern werden sowohl Dauerstrich- als auch gepulste UV-Laser verwendet.

Einige Methoden der Augenchirurgie, insbesondere die refraktive Laser-Augenchirurgie der Hornhaut in Form von LASIK, benötigen UV- (teilweise sogar Tief-UV-) Laserquellen.

Ultraviolette Laserquellen bergen einige besondere Sicherheitsrisiken, die hauptsächlich mit dem Risiko von Augenschäden und Hautkrebs verbunden sind.