Uvod
S brzim razvojem tehnologije javlja se potreba za lakšom, učinkovitijom, manjom, multifunkcionalnom i kvalitetnom laserskom opremom za elektroniku, medicinsku terapiju, biologiju i materijale. Trenutno su uobičajeni laseri dostupni u infracrvenim i vidljivim valnim duljinama. Tradicionalni laserski alati, procesi i tehnologije pate od niske učinkovitosti, složenog rada, visokih troškova, ograničenog dometa, velikih gubitaka i niske točnosti. Znanstvenici su zadnjih desetljeća više puta istraživali UV lasere zbog njihove relativno visoke koherencije, praktičnosti, stabilnosti i pouzdanosti, niske cijene, mogućnosti podešavanja, male veličine, visoke učinkovitosti, točnosti i praktičnosti.
2. UV laseri
UV laseri se uglavnom dijele na plinske UV lasere i čvrste UV lasere u čvrstom stanju. Radni medij doseže pobuđeno stanje apsorbiranjem vanjske energije pod djelovanjem izvora pumpe, a nakon što je dobitak inverzije broja čestica veći od gubitka, svjetlost se pojačava, a dio pojačane svjetlosti vraća se natrag kako bi se nastavila pobuda tako generiranje oscilacija u rezonantnoj šupljini za proizvodnju lasera. Plinoviti mediji uglavnom se koriste u pulsnim pražnjenjima ili pražnjenjima elektronskim snopom, gdje sudari između elektrona pobuđuju čestice plina s niskih razina energije na visoke razine energije kako bi se proizveli pobuđeni skokovi za dobivanje UV lasera. Čvrsti medij je nelinearni kristal s udvostručenjem frekvencije koji proizvodi UV lasersko svjetlo koje zrači prema van nakon jedne ili više frekvencijskih prijelaza. Excimer i kruti UV laseri obično se koriste za lasersku obradu i rukovanje.
2.1. Excimer laseri
Glavni plinski UV laseri su excimer laseri, argon ionski laseri, dušikovi molekularni laseri, fluor molekularni laseri, helij kadmijevi laseri itd. Excimer laseri itd. obično se koriste za lasersku obradu. Excimer laseri su plinski laseri s excimerom kao radnom tvari. Oni su također pulsirajući laseri i od velikog su istraživačkog interesa otkad je prvi excimer laser stvoren 1971. Excimer je nestabilna složena molekula koja se pod određenim okolnostima raspada na atome. Frekvencija ponavljanja i prosječna snaga osnova su za ocjenu excimer lasera. Određeni udio rijetkih plinova kao što su Ar, Kr i Xe pomiješani s halogenim elementima kao što su F, Cl i Br glavne su radne tvari UV plinskih lasera, koji se pumpaju pomoću elektronskih zraka ili pulsirajućih pražnjenja. Kada su atomi plemenitih i rijetkih plinova u osnovnom stanju pobuđeni, elektroni izvan jezgre su na taj način pobuđeni na više orbitale tako da je najudaljeniji sloj elektrona ispunjen i kombiniran s drugim atomima u obliku kvazi-molekula, koje zatim skaču natrag u osnovno stanje i raspadaju se na izvorne atome. Tekući ksenon bio je radna tvar za rane excimer lasere. Današnji excimer laseri također uključuju ArF laser na 193 nm, KrF laser na 248 nm i XeCl laser na 308 nm.
2.2. Solid-state UV laseri
Izvanredne prednosti UV lasera u čvrstom stanju su njihova prikladna mala veličina, visoka pouzdanost i radna stabilnost. Najčešće se koristi uobičajeni Nd:YAG kristal za LD pumpanje, koji se tada udvostručuje frekvencijom.
Glavni koraci u stvaranju UV lasera u čvrstom stanju su prvo pumpanje izvora svjetlosti u laseru na medij za pojačavanje kako bi se postigla inverzija broja čestica, formiranje i osciliranje osnovne crvene svjetlosti u rezonantnoj šupljini, zatim udvostručenje frekvencije u šupljini pomoću jednog ili više nelinearnih kristala, i konačno izlaz željenog UV lasera iz rezonantne šupljine nakon prijenosa i refleksije. UV laseri u čvrstom stanju obično se dobivaju korištenjem metoda pumpanja LD diodom i pumpanja lampom. Potpuno kruti UV laseri su UV kruti laseri s LD pumpom.
Nd:YAG (itrij aluminijski granat dopiran neodimijem) i Nd:YVO4 (itrij vanadat dopiran neodimijem) dvije su uobičajene vrste kristala ojačanog medija. Uobičajena metoda poboljšanja rezonantnih šupljina je korištenje male poluvodičke laserske diode LD koja se pumpa s laserskim kristalom Nd:YVO4 na valnoj duljini od 808 nm za proizvodnju bliskog infracrvenog svjetla na 1064 nm. U usporedbi s Nd:YAG, laserski kristal Nd:YVO4 ima veći presjek pojačanja, četiri puta veći od Nd:YAG, veći koeficijent apsorpcije, pet puta veći od Nd:YAG, i niži laserski prag. U usporedbi s Nd:YAG, laserski kristal Nd:YVO4 ima veći presjek pojačanja, četiri puta veći od Nd:YAG, veći koeficijent apsorpcije, pet puta veći od Nd:YAG, i niži laserski prag. Kristali Nd:YAG imaju visoku mehaničku čvrstoću, visoku propusnost svjetla, dug životni vijek fluorescencije i ne zahtijevaju jaku disipaciju topline i sustav hlađenja.
3. Primjena UV lasera
Obrada UV laserom ima mnoge prednosti i trenutno je tehnologija izbora u razvoju tehnoloških informacija. Prvo, UV laser može emitirati ultra-kratke valne duljine laserskog svjetla, koje se može precizno nositi s ultra-malim i finim materijalima; drugo, "hladna obrada" UV lasera ne uništava sam materijal u cjelini, već samo tretira njegovu površinu; nadalje, u osnovi nema učinka toplinskog oštećenja. Neki materijali ne apsorbiraju učinkovito vidljive i infracrvene lasere, što ih čini nemogućima za obradu. Najveća prednost UV zraka je ta što u osnovi svi materijali šire apsorbiraju UV svjetlost. UV laseri, posebice UV laseri u čvrstom stanju, kompaktni su i mali, jednostavni za održavanje i lako se proizvode u velikim količinama. UV laseri se koriste u širokom rasponu primjena u obradi medicinskih biomaterijala, forenzici u kaznenim slučajevima, pločama s integriranim krugovima, industriji poluvodiča, mikrooptičkim komponentama, kirurgiji, komunikacijama i radaru te laserskoj obradi i rezanju.
3.1. Modifikacija površinskih svojstava bioloških materijala
U nekim tretmanima mnogi medicinski materijali moraju biti kompatibilni s ljudskim tkivom ili čak popravljeni, kao što je ultraljubičasto lasersko liječenje intraokularnih bolesti i eksperimenti na rožnicama kunića koji ponekad zahtijevaju promjene u svojstvima bioloških proteina i biomolekularnim strukturama. Nakon podešavanja optimalnih parametara pulsa excimer UV lasera, eksperimentatori su zatim ozračili površinu medicinskih biomaterijala laserima od 100 nm, 120 nm i 200 nm, čime su poboljšali fizikalno-kemijsku strukturu površine materijala, a ne promijenili ukupnu kemijsku strukturu materijala, te čineći tretirane organske biomaterijale značajno kompatibilnijim i hidrofilnijim s ljudskim tkivima kroz usporedne pokuse s kultiviranim biološkim stanicama, što je od velike pomoći u medicinskim biološkim primjenama.
3.2. U području kriminalističkog istraživanja
U području kriminalističkih istraživanja otisci prstiju korišteni su kao važan biološki dokaz koji su osumnjičenici u kaznenim predmetima ostavili na mjestu zločina otkako je otkriveno da su otisci prstiju jedinstveni poput DNK. Nekada stare metode mogu dovesti do oštećenja uzoraka i otežati prikupljanje i pohranjivanje eksponata. Trenutačno istraživanje ima izvanredne rezultate za otiske prstiju na površini objekata koji ne prodiru, kao što su trake, fotografije, staklo itd. UV luminescence imaging" i "UV laser refleksivna slika" koriste se za promatranje i bilježenje otkrivanja i prikupljanja otisaka prstiju UV laserskim zračenjem potencijalnih otisaka prstiju kroz pojasne filtre na 266 nm odnosno 340 nm. Sedamdeset posto od 120 uzoraka testirani u eksperimentu uspješno su detektirani. Kratkovalna UV tehnika povećava stopu uspjeha potencijalnih otisaka prstiju, a lakoća i brzina kojom se optička svojstva mogu kontrolirati čini je obećavajućom za upotrebu u sudnici. Mrlje od sline na licu mjesta, ljuštene stanice, mrlje od krvi, kosa s folikulima dlake i drugi uobičajeni biološki uzorci mogu se detektirati UV detekcijom. Međutim, kada je kratkovalni 266 nm UV laser korišten za ozračivanje bioloških uzoraka na fiksnoj udaljenosti i u različitim trajanjima, a zatim za ekstrakciju DNK, otkriveno je da je kratkovalni 266 nm UV laser imao ozbiljan učinak na rezultate DNK pet uobičajenih vrsta bioloških dokaza: otisaka prstiju, b mrlje od krvi, mrlje od sline, izlivene stanice i dlaka s folikulima dlake, ali samo u manjoj mjeri na otkrivanje biološkog DAN-a za kosu uključujući folikule dlake, slinu i mrlje od krvi. Kratkovalni UV laseri mogu utjecati na neke DNA biomaterijale, stoga metodu ekstrakcije treba pažljivo odabrati zbog njezine dokazne vrijednosti tijekom forenzičkih istraživanja.
3.3. Primjena UV lasera na integriranim pločama
Proizvodnja širokog spektra sklopova u industriji, od početnog ožičenja do proizvodnje sićušnih preciznih ugrađenih čipova koji zahtijevaju napredne procese, fleksibilnih krugova unutar integriranih sklopova, laminiranih sklopova u polimerima i bakru, svi oni zahtijevaju bušenje i rezanje mikrorupa, kao i popravak i pregled materijala na pločama, često zahtijevajući korištenje mikroproizvodnje i obrade. Tehnologija laserske mikrostrojne obrade očito je najbolji izbor za obradu tiskanih ploča. Laser ne dolazi u dodir s proizvodom koji se obrađuje tijekom procesa, čime se učinkovito izbjegavaju mehaničke sile, što rezultira brzom obradom, visokom fleksibilnošću i bez posebnih zahtjeva za radno mjesto, koje mogu doseći veličine ispod mikrona preciznim podešavanjem lasera. parametri i dizajn istraživanja. Tradicionalnije metode bušenja koje se koriste na tiskanim pločama su korištenje UV lasera i CO2 lasera za označavanje nemetala (CO2 laseri s valnom duljinom od 10,6 μm koriste se za označavanje nemetalnih materijala; valne duljine od 1064 nm ili 532 nm općenito su koristi se za označavanje metalnih materijala). Trenutačno se još uvijek uglavnom koristi tehnologija UV laserske obrade, koja može postići obradu na mikronskoj razini, visoku točnost, može proizvesti ultra-fine mikro-nulte uređaje, može se primijeniti na manje od 1 μm točke laserske zrake mikro-rupe. obrada. Međutim, CO2 laseri se uglavnom koriste za rupe između 75 i 150 mm i skloni su neusklađenosti u malim rupama, dok se UV laseri mogu koristiti za rupe do 25 mm s visokom točnošću i bez neusklađenosti. Na primjer, u "hladnoj" obradi ploča obloženih bakrom s UV femtosekundnim laserima, sveobuhvatna metoda balansiranja koristi se za postizanje optimalnih parametara procesa, a svojstva selektivnog jetkanja zatim se koriste za postizanje visoke kvalitete, visoke učinkovitosti mikrolinijsko jetkanje površina obloženih bakrom s širinom linije od 50 μm i korakom linije od 20 μm.
3.4 Obrada i priprema mikrooptičkih komponenti
U doba informacijske tehnologije i ubrzanog razvoja suvremene industrije, potreba za izgradnjom više eksperimentalnih sustava na manjem prostoru i postizanjem većeg broja funkcija zahtijeva ubrzani razvoj informacijske tehnologije i, što je još važnije, proizvodnju manjih, minijaturiziranih i potpuno funkcionalnih sustava. funkcionalni uređaji koji obrađuju samo kemijske veze na površini materijala. Ima važnu primjenu i istraživačku vrijednost u područjima vojne radarske komunikacije, medicinske terapije, zrakoplovstva i biokemije. Moguće je dublje rezanje i optimizacija te istraživanje i razvoj aplikacija na mikrooptičkim komponentama na nanoskali, transformirajući funkcije i svojstva tradicionalnih optičkih komponenti. Mikrooptika ima prednost jer je jednostavna za masovnu proizvodnju, lako se slaže, mala je, lagana i fleksibilna, ali glavni materijal je kvarcno staklo. Kvarcno staklo je sklono pucanju i krateriranju tijekom nanošenja i rukovanja te je tvrd i krt materijal, što značajno smanjuje njegova optička svojstva. Kao rezultat toga, tehnologija "hladne" obrade izravnog pisanja UV lasera uvelike je poboljšala učinkovitost mikrooptičkih uređaja, omogućujući brzu obradu mikrooptičkih komponenti s visokom preciznošću i finom strukturom bez oštećenja materijala, te omogućavajući fleksibilnu obradu velike i male serije s različitim zahtjevima. Dok su inozemni istraživački instituti ranije proučavali UV-UV obradu silicijskih pločica, domaća istraživanja tehnologije rezanja silicijskih pločica i faseta provedena su tek nakon relativno kasnog početka. Optimizirano rezanje triju silikonskih pločica od istog materijala (0.18 mm, 0.38 mm i 0.6 mm) s minimalnim otvorom od 45 μm i preciznošću obrade od 20 μm, bez pukotina u materijalu, manji toplinski utjecaj lasera i manje prskanja.
3.4. Primjena UV lasera u industriji poluvodiča
Mikrostrojna obrada poluvodičkih materijala s UV laserima posljednjih je godina dobila sve veću pozornost. Tisuće komponenti gustih sklopova vrlo su uobičajene u integriranim krugovima, pa su potrebne neke visokoprecizne metode rukovanja i obrade, kao i neki visokoprecizni instrumenti i uređaji kao što su silikonski i safirni poluvodički materijali i drugi poluvodički tanki filmovi precizne mikroprocesure UV laserom i proučavajte spektralna svojstva filma, dok UV laser također može povećati iskorištenje svjetlosne energije silicijskih materijala, ali također napraviti promjene mikrostrukture površine silicija, što je pogodno za razvoj solarnih panela, kao što su dva- dimenzionalna mikrorešetka itd.
4. zaključna razmatranja
Desetljećima razvoja i istraživanja, tehnologija i primjena UV lasera postaje sve raširenija i zrelija, a njegova najkarakterističnija tehnologija fine „hladne“ obrade mikroprocesira i tretira površine bez promjene fizičkih svojstava predmeta, te je naširoko se koristi u raznim industrijama i područjima kao što su komunikacije, optika, vojska, kriminalističke istrage i liječenje. Era 5G, na primjer, stvara potražnju za FPC obradom. S daljnjim razvojem 5G industrije i težnjom velikih proizvođača elektronike za fleksibilnim OLED zaslonima, potražnja za FPC fleksibilnim sklopnim pločama brzo raste, a s njom i potražnja za UV laserima. Nadamo se da će ovaj trend dovesti do brzog razvoja same UV tehnologije kako bi se postigli veći prodori u snazi i širini pulsa, kao i do novih područja primjene. Primjena UV laserskih strojeva omogućila je preciznu hladnu obradu materijala kao što je FPC, dok je postupno povećanje FPC-a potaknulo uvođenje 5G, čije karakteristike niske latencije pružaju neograničene mogućnosti za nove valove tehnološkog razvoja kao što su tehnologija oblaka, Internet stvari, bez vozača i VR. Ovo je naravno komplementaran koncept, a nove tehnologije i primjene će na kraju potaknuti daljnji razvoj UV lasera.
Kako se pojavljuje sve više i više novih kristala za udvostručenje frekvencije i medija za pojačanje, što je kraća valna duljina, to će se veća snaga UV lasera koristiti u budućnosti u više industrija za promicanje razvoja svih sfera života, UV laseri u polju obrade inteligentniji, učinkovitiji i precizniji, visoka stopa ponavljanja, visoka stabilnost trend je budućeg razvoja.
