紫外激光器的发展及应用

紫外激光器的产生源于光 电子技 术的产生 以及发展 ， 从它 的原理来说 ， 首先 紫外光 波之所 以优于红外光波 以及可见光波主要是 由于紫外 激 光可 以直接破坏 连接 物质原子组分 的化 学键 加 工物质而不会破 坏周 围环境 。而 以准分 子激 光 器和离子激光 器为代 表的气体激光器是 很多 年 来运用广泛对 工业技 术具有很大影 响的紫外 激 光 。近十年 中用 激光 二极管抽运 的固体 激光 器 技术不仅提 高了功率 ，优化了模式质 量而且
４最新成果及发 展前景
在 国家 自然科学基金 委 、 技寰和中 哥科 科 学 院的支持下 ， 化学 所光化学 院重点实验 室姚 建年 院士课题组 开发 了一种 吸附剂 辅助的物理 气相沉 积技术 ， 色谱用 的吸附剂 引入 气相沉 将 积 体系 ，从而显 著改善 了有机纳米材料 的结晶 性 和尺寸均匀性 。这种方法 已经 被证明是一种
２， － ３ ０ ９８） ７ 。结果表明， 所制备的单晶纳米线表现 出 了与块 体材料 不同的光学性质 ，纳米线 在室 温下就 明显出现 了发射光谱 的窄化 பைடு நூலகம் 为研究 纳 米线 的受 激发射 行为提供 了可能性 。因此有机 纳米材料 有望成 为下 一代微型光 电器件 的组成
单元 。
参考文献 『 ｒ ｔｎ ｊ ，Ｓ ｓｍａ Ｋｏ ｎ ｔａ．ｐ ｌｔ １ ｅｓ ｏ Ｋｏｉ ］ ｍａ ｎｎ ｎ ｏ ｅ １ ｔ ｔ Ｏ ｅ． ２ （０ ０５ ５２ ０ ）８ ［ ｒ ｏａｉ，ｎｔ ｌ Ａ Ｈ Ｋｎ ；Ｏｐ Ｌ ｔ，２ ２ ｏｅ ｉ？ ｉｏ， ． ． ￣ ，Ｋ ｔ ｎ Ｌ ｅ． ｔ ２
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紫外 激光 器 的发展 及 应 用
高 海 瑞
（ 尔滨 学 院物 理 系， 龙 江 哈 尔滨 １０ ８ ） 哈 黑 ５０ ６
摘 要： 本文 收 集记 录 了随 着光 电子 技 术 的发 展 中紫外 激光 器 的革 命过 程 以及 最 新激 光仪 器 ， 同的激 光 仪 器 各有 千秋 ， 免 了上 不 避 代仪 器的缺 点 ， 以高重 复率 激光 器和 高功 率 激光 器 为例 ， 别代表 了两种 不 同的脉 冲激 光 器 产品 。 多年 来紫 外激 光 由 气体激 光 器到 分 固体 激光 器产 生 了一 大飞跃 ， 目前人 们广 泛使 用的 对 宽禁 带半导 体进 行打 标 的高 重复 率 紫外 激 光 器对 半 导体 工 业 市场产 生 了巨大 的影 响 。未 来科 学家将努 力把 纳 米技 术运 用到微 型 光 电器件 的组 成 中 。 关键 词 ： 紫外 激光 器 ； 高重复 率激 光 器 ； 高功 率激 光 器 ； 禁带 半导 体 宽
迁 特性。
而我们所说的紫外激光器是按 照输 出波段 的范 围分类 的 ，主要 与红外激光和可见 激光做 比较，红外激光和可见光通常靠局部的加热使 物 质熔化或者气 化的方式来加工 ，但是这 种加 热 会使物质周 围遭到破坏因而 限制 了边 缘强度 和产生小精 细特 征的能力。紫外激光 直接破坏 连接 物质原子 组分 的化学键 ， 被称 为 “ ” 这种 冷 过程 的方式 不产生对外 围的加热而是 直接将物 质分离成原子 。 ２激光器 的产生及发展 激光 器 的发明是 ２ ０世纪科 学技 术 的一项 重 大成就。 它使人们终于有能力驾驶 尺度极小 、 数 量极大 、运动及其混 乱的分子和原子 的发光 工艺上大规模化和阵列化， 这样 ， 半导体激光器 过程 ， 而获得产 生 、 大相 干的红 外线 、 从 放 可见 也 能输 出大功 率激光 ，而且进一步 降低半导体 利于激光器的普及应用。 我 光线和紫外线（ 以至 ｘ射线和 射线 ） 的能力 。 激光器的生产成本，
激光 科学技术 的兴起 使人类对光 的认 识和利用 达 到了—个崭新 的水平 。 激光器 的诞生大 致分为几个 阶段 ， １１ 从 ９６ 年爱 因斯坦提 出的受 激辐射 的理论基 础到量子 力学 的建立为激 光器的诞生奠定 了有 力的科学 理论基 础 ，９０ １ 月 ，出生于伊朗的美 国科 １６ 年 ２ 学 家贾万率人终 于成功地制造并运转 了全世界 第一 台气体激光器—氦氖激光器 。９ ２ ， １６ 年 有三 组科 学家几乎 同时发明 了半导体激 光器 。１６ ９６ 年 ，科学 家们又研制成 了波长可在一段 范围 内 连续 调节 的有机染料激光器 。 此外 ， 还有输 出能 量大 、 率高 ， 功 而且不依赖 电网的化学激光 器等 纷纷 问世 。由于激光器具备 的种种突 出特点 ， 因 而 被很快 运用 于工业 、 农业 、 精密测 量和 探测 、 通 讯与信 息处 理 、 医疗 、 等各 方面 ， 在许 军事 并 多领 域引起 了革命性的突破 。 今后 ，随着人类 对激光技术 的进一步研究 和 发展 ， 激光器的性 能将 进～步提升 ， 将进 成本 步降低 ， 但是它 的应用 范 围却还将继 续扩大 ， 并将 发挥 出越来越巨大的作用 。 ３几种常见 的紫外激光器 多年 来紫外激光器的唯—来源 是气体激光 器 ，主要有 准分子激光 器这种 以脉 冲方式应 用 的激 光器 和离子 激光器 和氦— 镉激光 器 以连接 方式应 用的激光器 。我 们经常可 以看到 的氦 氖 激 光器发 出的 光束方 向性和单 色性都 很好 ， 多 用于 全息照相 的精密 测量和准直定位上 。氩离 子激 光器发 出的蓝绿 色光正好适用 于医学的眼 科， 并且可 以进行水下作业 。 但是这几种激光器 都有各种 各样的缺点 主要表现在设备设别 占地 面积大可靠 性小 能耗高设备费用高等地方 。 以红 宝石 为典型的 固体激光器 已经开发 出 了许 多新产品 ，这些新 产品种类多激励 的方式 多更 方便 于应用 。固体 激光器 中常用 的还 有钇 铝石 榴石激光器 ， 的工作物质是氧化铝 和氧 它 化钇合成 的晶体 ， 掺有氧化铷。 并 激光是 由晶体 中的钕离子放 出 ， 眼看不见 的红外 光 ， 以 是人 可 连续 工作 ， 可以脉 冲方式工作。由于这种激光 也 器输 出功率 比较 大 ， 不仅在 军事上有用 ， 也可广 泛用 于工业上。 现今的激光器 中为 了适应 半导体工业开发 设计 了半导体激 光器 ， 这种激光器体积 小 ， 使用 寿命 长 ， 励方式 简单 ， 电流低 ， 于规模 激 阈值 易 化 生产 。随着研 究的深入和半导体材 料和结构 的拓 展 ，半导体激光 器家族 中出现 了诸如边发 射 激光器 、 量子 阱激光器 、 垂直腔表 面发射激光 器 等等输 出激 光性能优异 的新 成员 ，输出激光 频 率类型在可见 光区域也广有分布 。尤其 是垂 直 腔表面发射激 光器 ， 除了具有单纵模 输 出、 低 阈值电流起振 等优异特 陛之外 ，还具 有在生产
最好 了选择 。 本文主要介 绍紫外激光器的原理 以及常用 的激光器 ， 紫外激光器 的优 良性能 ， 激光器 的发 展 以及最新的激光器产品。 Ｉ紫外激光器 的原理 除 自由电子激光器外 ，各种激光 器的基本 工作 原理均相 同 ， 产生激光 的必 不可少 的条件
就 是离子数反转或者增 益大于损耗 ，所 以装 置 中必不 可少 的组 成部分 有激励 （ 或抽 运 ） 、 源 具 有 亚稳态能级 的工作介 质两个 部分 。激励是 工 作 介质吸收外来 能量后 激发到激发态 ，为 实现 并 维持粒子数反转创造 条件。激励方式有 光学 激励、 电激励、 化学激励和核能激励等 。 激光工作 物质是指 用来实现粒子数反 转并 产 生光的受激辐射放大作 用的物质体系 ，有 时 也 称为激 光增益 媒质 ， 们可 以是 固体 （ 它 晶体 、 玻璃） 、 （ 气体 原子气体 、 离子气体 、 分子气体 ） 、 半 导 体和液体等媒 质。对激 光工作物质 的主要要 求 ，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现 较 大程度 的粒 子数 反转 ， 使这种反转在 整个 并 激 光 发射 作用过 程 中尽 可能有效 地 保持 下去 ； 为此 ，要求工作物质具有 合适 的能级结构 和跃
制备尺寸均匀的有机小分子单晶纳米线的普适 性 的技术 。 利用该技术 ， 仃 制备 了一系列有机 ｆ ］ 电 维纳 米材料 ， 并研 究 了纳米材料所表 现出的
一
光 学 特 异性 （ｈ ｍ．Ｍａｅ． ０ ， ２ ０ － ３ ６ Ｃｅ ｔｒ ０ ６ ８ ３ ２ ２ ０ ； ２ １
Ａｄ ． ａｅ．００ ，９ ５５ －３ ５８ Ａｄ ． ａｅ２０ ， ｖＭ ｔｒ ２ ７１ ，３ ４ ５ ； ｖＭ ｔｒ ０８
一
们 以人 们广泛使 用的对宽禁 带半导体进 行打标 的高重复率紫 外激光器 为例 ， 这类 激光器不仅 重 复率 高而 且由于它在传 ＾晶片过程中穿透窗 口层在 晶体 的保 护层产生规 则的表 面标记 。由 此科学 家设计 了高重 复率 激光二极 管抽运 Ｎ ： ｄ Ｙ Ｑ 激 光器 。 Ｖ 这种激 光器融 合了半导体激光器 和 固体 激光器 的双重优点 ，是多年来 的研 究热 点。
使 方 向稳定 『更加长期 。在一些工业 中符 合高 生 重 复率的紫外激 光器要 数对宽禁带半导体 进行 打标 的紫外激光器 ， 它避免 了对 晶片的微创 。当 然 激光二极管抽 运的固体激光器还有体 积小易 操 作等多种优点 。而科 学家们更想在性 能和体 积上优化 电子设 备 ， 以纳米技术无 疑成为 了 所