Klassifizierung von Ultraviolettlasern

Festkörper-Ultraviolettlaser
Festkörper-Ultraviolettlaser können je nach Pumpmethode in mit Xenonlampen gepumpte Ultraviolettlaser, mit Kryptonlampen gepumpte Ultraviolettlaser und neue Arten von mit Laserdioden gepumpten Festkörperlasern unterteilt werden. Festkörper-Ultraviolettlaser haben im Allgemeinen eine geringe photoelektrische Umwandlungseffizienz, während Festkörper-Ultraviolettlaser mit LD-Technologie Eigenschaften wie hohe Effizienz, hohe Wiederholungsrate, zuverlässige Leistung, geringe Größe, gute Strahlqualität und stabile Leistung aufweisen.
Aufgrund der hohen Energie von Ultraviolettphotonen ist es schwierig, eine bestimmte Menge an Hochleistungs-Dauerstrich-Ultraviolettlasern durch externe Anregungsquellen zu erzeugen. Daher wird die Realisierung von Dauerstrich-Ultraviolettlasern im Allgemeinen durch Verwendung der Frequenzumwandlungsmethode mit nichtlinearem Effekt von Kristallmaterialien erreicht. Es gibt im Allgemeinen zwei Methoden zur Erzeugung von Ultraviolettlaser-Spektrallinien in Festkörpern. Eine besteht darin, direkt intrakav oder intrakav die 3. oder 4. Harmonische an einem Infrarot-Festkörperlaser zu erzeugen, um Ultraviolettlaser-Spektrallinien zu erhalten; die zweite besteht darin, zuerst die Frequenzverdopplungstechnologie zu verwenden, um die 2. Harmonische zu erhalten, und dann die Summenfrequenztechnologie zu verwenden, um Ultraviolettlaser-Spektrallinien zu erhalten. Die erste Methode hat einen kleinen effektiven nichtlinearen Koeffizienten und eine niedrige Umwandlungseffizienz, während die zweite Methode aufgrund der Verwendung der quadratischen nichtlinearen Polarisierbarkeit eine viel höhere Umwandlungseffizienz aufweist. Durch Frequenzverdopplung von Kristallen kann ein Dauerstrich-Ultraviolettlaser erzeugt werden, und seine Strahlform ist gaußförmig, sodass der Punkt kreisförmig ist und die Energie von der Mitte zum Rand hin allmählich abnimmt. Aufgrund der kurzen Wellenlänge und der Einschränkungen hinsichtlich der Strahlqualität kann der Strahl im Bereich von 10 Mikrometern fokussiert werden.
Gas-Ultraviolett-Laser
Zu den Gaslasern gehören gepulste Excimerlaser, kontinuierlich arbeitende Ionenlaser, Helium-Cadmium-Laser und Metalldampf-Ultraviolettlaser. Die Wellenlänge eines Gas-Ultraviolettlasers hängt von der Art des verwendeten Gasgemischs ab.
Excimerlaser sind gepulste Laser, die einen nicht rechteckigen Strahl mit einem annähernd gleichmäßigen Strahlquerschnitt und steilen Punkträndern erzeugen. Die Ausgabe kann mithilfe von Maskentechnologie erzeugt werden, um verschiedene geometrische Formen von Punkten zu erzeugen, oder mithilfe von Holografie, um spezifische Strahlenergiemuster zu erzeugen. Die Erzeugung von Excimerlasern kann in drei Prozesse unterteilt werden: den Anregungsprozess des Lasergases, den Reaktionsprozess der Excimererzeugung und den Dissoziationsprozess des Excimers. Die Anregungsmethoden umfassen Elektronenstrahlanregung, Entladungsanregung, Lichtanregung, Mikrowellenanregung und Protonenstrahlanregung. Verschiedene aktive Substanzen erzeugen Excimerlaser mit unterschiedlichen Wellenlängen, im Allgemeinen im Ultraviolett-, Fernultraviolett- und Vakuumultraviolettband. Excimerlaser sind eine neue Lasergeneration nach Kohlendioxidlasern und YAG-Lasern. Der von ihnen emittierte ultraviolette Kurzpulslaser hat die Vorteile einer langen Wellenlänge und einer hohen Photonenenergie. Häufig verwendete Excimerlaser sind ArF, KrCl, KrF usw. Die Laserpulsfrequenz liegt im Allgemeinen zwischen 10-100Hz und kann bei einigen speziellen Anwendungen 1000Hz erreichen. Die durchschnittliche Leistung liegt im Allgemeinen bei 10-100W und die Pulsbreite bewegt sich im Allgemeinen im ns-Bereich.
Unter Metalldampf-Ultraviolettlasern versteht man hauptsächlich Kupferdampf-Ultraviolettlaser, die Licht mit Wellenlängen von 511 nm und 578 nm erzeugen. Durch Mischen und Verdoppeln kann Ultraviolettstrahlung mit Wellenlängen von 255 nm, 271 nm und 289 nm erzeugt werden. Die Laserstrahlverteilung folgt einer Gauß-Verteilung.
Die größten Probleme bei der Anwendung von Gaslasern sind der große Platzbedarf, die begrenzte Zuverlässigkeit, die kurze Lebensdauer, der hohe Energieverbrauch und die hohen Kosten. Darüber hinaus ist die Qualität des Excimerlaserstrahls schlecht und der Maskenverlust groß. Ionenlaser und Helium-Cadmium-Laser haben den Nachteil einer schlechten Strahlrichtungsstabilität.
Halbleiterlaserdiode
Seit Mitte der 1970er Jahre hat die Entwicklung der Halbleiterfertigungstechnologie und ihre Integration mit der Lasertechnologie zur Entwicklung von Halbleiterlaserdioden geführt. Diese Arten von Laserquellen, die Halbleiter- und Lasereigenschaften vereinen, haben eine höhere Spitzenleistung und einen geringeren Energieverbrauch, und ihre Emissionsimpulsbreite ist zudem schmal. Sie erfordern keine Temperatur- und optische Kompensation und haben gegenüber herkömmlichen Emissionslichtquellen klare Vorteile. Sie sind zu einer Schlüsselrichtung für die Entwicklung von AlGaN im mittleren Ultraviolettband geworden. Denn die Anregungseffizienz der Ultraviolettstrahlung in diesem Band ist am höchsten und auch ihre Ausgangseffizienz ist relativ hoch.
Um ultraviolette Strahlungsquellen praktischer zu machen, besteht eine Entwicklungsrichtung für Halbleiter-Ultraviolettdioden darin, das Volumen und den Stromverbrauch bestehender Ultraviolettlaser und ihrer Stromversorgungen deutlich zu reduzieren. Eine andere Richtung besteht darin, Leuchtdioden mit Emissionswellenlängen von 280 nm und einem Stromverbrauch von weniger als 10 mW sowie Laserdioden mit Emissionswellenlängen von 340 nm und einem Stromverbrauch von weniger als 25 mW zu entwickeln.