紫外激光器 ultraviolet lasers

2022-10-21 16:38:38 浏览:232

定义

产生紫外线的激光(或其他基于激光的光源)。

用于产生紫外线的激光技术涉及许多挑战:

  • 对于短波长,强烈的自发发射会导致高阈值泵浦功率(除非增益带宽较窄)。
  • 对于低于≈200nm的波长,透明和抗紫外线光学材料的选择相当有限。
  • 即使是微弱的表面粗糙度或光学元件的气泡含量也会导致强烈的波前畸变和散射损失。

然而,有各种各样的激光可以直接产生紫外线:

  • 有激光二极管,通常基于氮化镓(GaN),在近紫外区域发射。但是,可用的功率级别是有限的。
  • 一些固态体激光器,例如基于铈掺杂晶体,如Ce3+:LiCAF or Ce3+:LiLuF4 ,可以发出紫外线。在大多数情况下,铈激光器被来自频率四倍Q开关激光器的纳秒脉冲泵浦,因此本身会发出纳秒脉冲。使用Q开关微芯片激光器,甚至可以实现亚纳秒级的脉冲持续时间。模式锁定操作也已得到证明[14]
  • 很少有光纤激光器可以产生紫外线[10]。例如,一些掺钕氟化物光纤可用于发射约380 nm的激光器,但只能在低功率水平下使用。
  • 虽然大多数染料激光器发射可见光,但一些激光染料适用于紫外线发射。
  • 准分子激光器是非常强大的紫外光源,也发射纳秒脉冲,但平均输出功率在几瓦到几百瓦之间。典型波长介于 157 nm (F2) 和 351 海里 (XeF)。
  • 氩离子激光器可以在334和351 nm的波长下连续发射,即使其功率低于通常的514nm线。其他一些紫外线线可以用氪离子激光器进入。
  • 在极紫外光谱区域也有离子激光器发射。这些可以基于氩气,但与普通氩离子激光器不同,人们使用 Ar8+ ,在更热的等离子体中产生。然后发射发生在46.9nm处。这种激光器可以用毛细管放电或强激光脉冲泵浦。
  • 氮气激光器是在紫外线中发射的分子气体激光器。最强的发射线在337.1 nm处。
  • 自由电子激光器可以发射基本上任何波长的紫外线,并且具有高平均功率。然而,它们是非常昂贵和笨重的来源,因此没有得到非常广泛的使用。

除了真正的紫外激光器外,还有基于具有较长波长(在可见光或近红外光谱区域中)的激光器的紫外激光源,以及一个或多个用于非线性频率转换的非线性晶体。一些例子:

  • 355 nm 的波长可以通过将 1064 nm Nd:YAG 的输出频率提高三倍来产生,或者Nd:YVO4 激光.
  • 使用两个后续倍频器获得266nm光,这实际上是激光频率的四倍。
  • 213nm 光对应于 5千谐波为1064 nm,通过频率三倍或四倍加和频率生成获得。总体而言,这种转换可能不是很有效,但对于某些应用来说,相对较低的输出功率就足够了。
  • 二极管激光器可以配备非线性变频级以产生紫外光。例如,可以使用连续波近红外激光器,并将谐振频率加倍两次,达到300nm左右的波长。这种方法的一个主要优点是可以访问很宽的波长范围,而对某些激光线没有限制。

紫外激光器需要使用特殊的紫外光学元件制成,具有高光学质量和(特别是对于脉冲激光器)对紫外光的高抵抗力。在某些情况下,紫外激光器的寿命受到所用光学元件(如激光镜)寿命的限制。

对于极紫外区域,有基于高谐波产生的源。这种光源可以达到低至几纳米的波长,同时仍然具有桌面格式。然而,平均输出功率相当低。

光纤耦合

即使在相当短的波长下,光纤中的紫外线传输也是可能的,但与可见光或红外光谱区域的源相比,这涉及更严重的限制。例如,二氧化硅纤维在暴露于短波长光时可能表现出实质性的降解(称为日晒),但这种趋势在很大程度上取决于熔融二氧化硅的化学成分。也有人尝试使用空心纤维进行紫外线透射;基本思想是将大部分紫外线放在空气核心中,与提供引导的二氧化硅材料只有很少的重叠。该原理甚至可以在熔融二氧化硅吸收量很大的波长区域使用。

应用

紫外激光器有各种应用:

  • 脉冲高功率紫外激光器可用于在各种材料(包括对可见光透明的材料)上高效切割和钻孔小孔。它们在激光微加工领域占有相当大的市场份额,尽管与红外激光源相比成本更高。
  • 高能紫外脉冲用于激光诱导击穿光谱技术。
  • 在精确聚焦的光束中具有低得多的脉冲能量,例如在显微镜下对生物材料进行显微解剖,或进行光致发光分析(荧光寿命测量)。
  • 微光刻和晶圆检测需要连续波紫外光源,例如在半导体芯片制造中。另一个应用是紫外拉曼光谱。
  • 连续波和脉冲紫外激光器都用于制造光纤布拉格光栅。
  • 一些眼科手术方法,特别是以LASIK形式对角膜进行屈光性激光眼科手术,需要紫外(有时甚至是深紫外)激光源。

紫外激光源涉及一些特殊的安全隐患,大多与眼睛损伤和导致皮肤癌的风险有关。关于激光安全的文章提供了一些细节。

生命周期问题

与红外和可见光激光源相比,紫外激光源暂时存在更多问题,设备寿命有限。这主要是因为各种光学材料(例如激光晶体,非线性晶体和光学元件)表现出由吸收紫外线引起的降解效应。另一个有时遇到的问题是,碳氢化合物,例如由镜面安装座的润滑剂的气体排出,被紫外线分解,这可能导致黑色烟灰沉积在光学元件上。在产品开发中需要仔细处理这些问题,以实现特定激光类型长寿命的基本潜力。

参考文献

[1] P. K. Cheo and H. G. Cooper, “Ultraviolet ion laser transitions between 2300 and 4000 Å”, J. Appl. Phys. 36 (6), 1862 (1965), doi:10.1063/1.1714367
[2] H. Furumoto and H. Ceccon, “Ultraviolet organic liquid lasers”, IEEE J. Quantum Electron. 6 (5), 262 (1970), doi:10.1109/JQE.1970.1076451
[3] C. Rhodes, “Review of ultraviolet lasers”, IEEE J. Quantum Electron. 9 (6), 647 (1973), doi:10.1109/JQE.1973.1077652
[4] D. J. Ehrlich et al., “Optically pumped Ce:LaF3 laser at 286 nm”, Opt. Lett. 5 (8), 339 (1980), doi:10.1364/OL.5.000339
[5] R. W. Waynant and P. H. Klein, “Vacuum ultraviolet laser emission from Nd3+:LaF3”, Appl. Phys. Lett. 46, 14 (1985), doi:10.1063/1.95833
[6] Y. Taira, “High-power continuous-wave ultraviolet generation by frequency doubling of an argon laser”, Jpn. J. Appl. Phys. 31, L682 (1992), doi:10.1143/JJAP.31.L682
[7] S. C. Tidwell et al., “Efficient high-power UV generation by use of a resonant ring driven by a CW mode-locked IR laser”, Opt. Lett. 18 (18), 1517 (1993), doi:10.1364/OL.18.001517
[8] J. F. Pinto et al., “Tunable solid-state laser action in Ce3+:LiSrAlF6”, Electron. Lett. 30, 240 (1994), doi:10.1049/el:19940158
[9] S. M. Hooker and C. E. Webb, “Progress in vacuum ultraviolet lasers”, Prog. Quantum Electron. 18 (3), 227 (1994), doi:10.1016/0079-6727(94)90002-7
[10] D. S. Funk and J. G. Eden, “Glass-fiber lasers in the ultraviolet and visible”, J. Sel. Top. Quantum Electron. 1 (3), 784 (1995), doi:10.1109/2944.473660
[11] T. Kojima et al., “20-W ultraviolet-beam generation by fourth-harmonic generation of an all-solid-state laser”, Opt. Lett. 25 (1), 58 (2000), doi:10.1364/OL.25.000058
[12] C. Gohle et al., “A frequency comb in the extreme ultraviolet”, Nature 436, 234 (2005), doi:10.1038/nature03851
[13] H. Liu et al., “Broadly tunable ultraviolet miniature cerium-doped LiLuF lasers”, Opt. Express 16 (3), 2226 (2008), doi:10.1364/OE.16.002226
[14] E. Granados et al., “Mode-locked deep ultraviolet Ce:LiCAF laser”, Opt. Lett. 34 (11), 1660 (2009), doi:10.1364/OL.34.001660
[15] J. Rothhardt et al., “100 W average power femtosecond laser at 343 nm”, Opt. Lett. 41 (8), 1885 (2016), doi:10.1364/OL.41.001885
[16] U. Eismann et al., “Active and passive stabilization of a high-power UV frequency-doubled diode laser”, arXiv:1606.07670v1 (2016)
[17] Q. Fu et al., “High-power, high-efficiency, all-fiberized-laser-pumped, 260-nm, deep-UV laser for bacterial deactivation”, Opt. Express 29 (26), 42485 (2021), doi:10.1364/OE.441248
[18] Y. Orii et al., “Stable 10,000-hour operation of 20-W deep ultraviolet laser generation at 266 nm”, Opt. Express 30 (7), 11797 (2022), doi:10.1364/OE.454643

 

激光器

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