Klasyfikacja laserów ultrafioletowych

Laser ultrafioletowy w stanie stałym
Lasery ultrafioletowe ciała stałego można podzielić na lasery ultrafioletowe pompowane lampą ksenonową, lasery ultrafioletowe pompowane lampą kryptonową i nowe typy laserów półprzewodnikowych pompowanych diodą laserową w zależności od ich metod pompowania. Lasery ultrafioletowe ciała stałego mają zazwyczaj niską wydajność konwersji fotoelektrycznej, podczas gdy LD wszystkie lasery ultrafioletowe ciała stałego mają takie cechy, jak wysoka wydajność, wysoka częstotliwość powtarzania, niezawodna wydajność, mały rozmiar, dobra jakość wiązki i stabilna moc.
Ze względu na wysoką energię fotonów ultrafioletowych trudno jest wygenerować pewną ilość lasera ultrafioletowego o dużej mocy poprzez zewnętrzne źródła wzbudzenia. Dlatego realizacja lasera ultrafioletowego o ciągłej fali jest zazwyczaj osiągana poprzez zastosowanie nieliniowej metody konwersji częstotliwości efektów materiałów krystalicznych. Istnieją zasadniczo dwie metody generowania linii widmowych lasera ultrafioletowego w stanie stałym. Jedna polega na bezpośrednim wykonaniu wewnątrzkomorowej lub wewnątrzkomorowej generacji 3. lub 4. harmonicznej na podczerwonym laserze całkowicie stałym w celu uzyskania linii widmowych lasera ultrafioletowego; Druga polega na pierwszym użyciu technologii podwajania częstotliwości w celu uzyskania drugiej harmonicznej, a następnie wykorzystaniu technologii częstotliwości sumy w celu uzyskania linii widmowych lasera ultrafioletowego. Pierwsza metoda ma mały efektywny współczynnik nieliniowy i niską wydajność konwersji, podczas gdy druga metoda ma znacznie wyższą wydajność konwersji ze względu na zastosowanie kwadratowej nieliniowej polaryzowalności. Podwojenie częstotliwości kryształu może osiągnąć ciągły ultrafioletowy laser, a jego kształt wiązki jest gaussowski, więc plamka jest okrągła, a energia stopniowo maleje od środka do krawędzi. Ze względu na krótką długość fali i ograniczenia jakości wiązki wiązkę można skupić w zakresie 10 mikrometrów.
Laser gazowy ultrafioletowy
Lasery gazowe obejmują lasery excimerowe, które działają w sposób impulsowy, lasery jonowe, które działają w sposób ciągły, lasery helowo-kadmowe i lasery ultrafioletowe z parą metalu. Długość fali lasera ultrafioletowego gazowego zależy od rodzaju użytej mieszanki gazowej.
Laser excimerowy to rodzaj lasera impulsowego, który wytwarza nieprostokątną wiązkę o mniej więcej jednolitym przekroju poprzecznym wiązki i stromych krawędziach plamek. Jego wyjście może być generowane przy użyciu technologii maski w celu wytwarzania różnych geometrycznych kształtów plamek lub holografii w celu generowania określonych wzorów energii wiązki. Generowanie lasera excimerowego można podzielić na trzy procesy: proces wzbudzania gazu laserowego, proces reakcji generowania excimeru i proces dysocjacji excimeru. Metody wzbudzania obejmują wzbudzenie wiązki elektronów, wzbudzenie wyładowania, wzbudzenie światłem, wzbudzenie mikrofalami i wzbudzenie wiązką protonów. Różne substancje czynne wytwarzają lasery excimerowe o różnych długościach fal, na ogół w pasmach ultrafioletowych, dalekiego ultrafioletu i próżniowego ultrafioletu. Lasery excimerowe to nowa generacja laserów po laserach dwutlenku węgla i laserach YAG. Ultrafioletowy laser krótkoimpulsowy emitowany przez niego ma zalety długiej długości fali i wysokiej energii fotonów. Do powszechnie stosowanych laserów excimerowych należą ArF, KrCl, KrF itp. Częstotliwość impulsów lasera wynosi zazwyczaj od 10-100Hz, a w niektórych zastosowaniach specjalnych może osiągnąć 1000Hz. Średnia moc wynosi zazwyczaj od 10-100W, a szerokość impulsu mieści się zazwyczaj w zakresie ns.
Laser ultrafioletowy z parą metalu odnosi się głównie do lasera ultrafioletowego z parą miedzi, który wytwarza światło o długościach fal 511 nm i 578 nm. Poprzez mieszanie i podwajanie można wygenerować promieniowanie ultrafioletowe o długościach fal 255 nm, 271 nm i 289 nm. Rozkład wiązki laserowej jest zgodny z rozkładem Gaussa.
Główne problemy w stosowaniu laserów gazowych to duży rozmiar sprzętu, ograniczona niezawodność, krótka żywotność, wysokie zużycie energii i wysoki koszt. Ponadto jakość wiązki lasera excimerowego jest słaba, a strata maski jest duża. Lasery jonowe i lasery helowo-kadmowe mają wadę w postaci słabej stabilności kierunku wiązki.
Dioda laserowa półprzewodnikowa
Od połowy lat 90. rozwój technologii produkcji półprzewodników i jej integracja z technologią laserową doprowadziły do ​​powstania półprzewodnikowych diod laserowych. Tego typu źródła laserowe, które łączą cechy półprzewodników i laserów, mają wyższą moc szczytową i niższe zużycie energii, a ich szerokość impulsu emisyjnego jest również wąska. Nie wymagają kompensacji temperatury i optycznej i mają oczywiste zalety w porównaniu z tradycyjnymi źródłami światła emisyjnego. Stały się kluczowym kierunkiem rozwoju AlGaN w paśmie średniego ultrafioletu. Ponieważ wydajność wzbudzenia promieniowania ultrafioletowego w tym paśmie jest najwyższa, a jego wydajność wyjściowa jest również stosunkowo wysoka.
Aby uczynić źródła promieniowania ultrafioletowego bardziej praktycznymi, jednym z kierunków rozwoju półprzewodnikowych diod ultrafioletowych jest znaczne zmniejszenie głośności i poboru mocy istniejących laserów ultrafioletowych i ich zasilaczy. Innym kierunkiem jest opracowanie diod elektroluminescencyjnych o długości fali emisji 280 nm i poborze mocy mniejszym niż 10 mW, a także diod laserowych o długości fali emisji 340 nm i poborze mocy mniejszym niż 25 mW.