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前景广阔 准分子激光器在三大领域的应用

导读: 准分子激光器是以准分子作为工作物质的一类气体激光器。准分子激光之所以被称为准分子,因为它并不是由稳定的分子产生,而是惰性气体和卤素气体相结合的混合气体受电子束激发,形成的分子向其基态跃迁时发射所产生的激光。准分子激光是一种冷激光,完全没有热效应,这是一种非常少见的特性。

准分子激光器是以准分子作为工作物质的一类气体激光器准分子激光之所以被称为准分子,因为它并不是由稳定的分子产生,而是惰性气体和卤素气体相结合的混合气体受电子束激发,形成的分子向其基态跃迁时发射所产生的激光。准分子激光是一种冷激光,完全没有热效应,这是一种非常少见的特性。此外,准分子激光是一种方向性强、波长纯度高、输出功率大的脉冲激光。

准分子激光器应用广泛

准分子激光器同时拥有紫外波长输出和高脉冲能量的特点,高脉冲能量是其得以广泛应用的关键所在。而短波长的特性则有利于生产出高精度产品,这是基于衍射效应下光学分辨率随波长比例缩小的原理来实现的。高脉冲能量与高重频的结合,可以实现生产量的大幅提高。

其实,早在40多年前,相干公司的前身——Lambda Physik公司便推出了世界上第一台商用准分子激光器。其开发者Bernd Steyer和Dirk Basting都是化学家,这台激光器不是为工业用途开发,则是作为光化学和染料激光抽运源。

虽然相较于光纤激光器半导体激光器CO2激光器而言,准分子激光器被提及的并不算多。但是,实际上准分子早已深入到我们的日常生活中。由于准分子激光拥有众多优良特性,在许多领域获得高度重视,其中最具代表性的有视力矫正、光刻、以及显示领域等。

医疗:突出特性助力视力矫正

在医疗领域,准分子激光已经获得了极为广泛的应用,这项技术为近视患者们带来福音。准分子激光治疗近视最早于1985年开始在临床上应用,而最早使用这一技术的是美国医生。近三十多年来,由于市场需求的不断增长,该项技术获得了迅速发展,于上世纪九十年代初开始传入中国。据相关数据统计,每年有超过百万人接收准分子激光技术的LASIK手术。

准分激光是一种气体脉冲激光,产生的是波长为193nm的准分子激光,这是一种超紫外线光波。该波长的激光吸收范围较窄,激光的能量几乎完全被角膜上皮细胞和基质所吸收。超过这个范围内的组织则不会吸收到激光,每一个激光脉冲可以切削0.2到0.25um厚度的生物组织,周围的组织不会损伤。

此外,由于准分子激光与生物组织作用时发生的不是热效应,而是光化反应,组织受到远紫外光激光作用时,分子之间的结合键会发生断裂,将组织直接分离成挥发性的碎片,对周围组织不产生影响,达到对角膜的重塑目的。

由于在应用上巨大优势,准分子激光技术已经受到了全球各国的高度重视。早在2013年,美国前总统奥巴马曾给IBM三位科学家颁发美国国家科技创新奖章,表彰他们在医疗准分子激光器技术上所做出的突出贡献。

光刻:高性能集成电路关键技术

准分子激光器对于制造高度小型化的集成电路IC也是至关重要的。美国IBM公司很早便开始采用准分子激光技术,并且不断改进这项技术,主要应用于计算机芯片的制造。此外,便是在塑料物质上进行精确图形的蚀刻。

248 nm和193 nm的准分子激光器都可以用于光刻,特别是193 nm的准分子激光使得电路特性降至10 nm,远远低于衍射极限。随着消费者对电子产品性能要求的不断提升,市场对更紧凑、节能、功能更强大电路封装需求更为迫切,准分子激光器已经成为制造集成电路中的关键技术。

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