紫外线 ultraviolet light

2022-10-21 16:09:46 浏览:295

定义

波长小于400 nm的不可见。是可见光波长范围的下限。

不同的定义用于区分不同的光谱区域:

  • 近紫外光谱区域范围从400 nm到300 nm。中紫外区域的范围从300到200 nm,从200 nm到10 nm的较短波长属于远紫外区域。更短的波长属于极端紫外线(EUV)。
  • 术语真空UV(低于≈200nm)是指通常使用真空设备的波长范围,因为光在空气中被强烈吸收。真空紫外线包括远紫外线和极端紫外线。
  • UVA代表320至400纳米的范围,UVB代表280-320纳米,UVC代表200-280纳米。

然而,这些光谱区域的精确定义在文献中有所不同。

紫外光具有广泛的应用,包括水和工具的紫外线消毒,粘合剂的紫外线固化,许多材料的质量控制以及用于分析目的的激发荧光。在Covid-19危机中,紫外线使病毒失活的能力受到越来越多的关注。

紫外线的基本特性

与可见光相比,紫外线在本质上有两个不同的方面:

  • 短波长允许精确聚焦和产生非常精细的结构(前提是使用具有高空间相干性的光源)。这用于UV光刻,例如用于微电子设备的制造,如微处理器和存储芯片。未来几代微处理器将具有更精细的结构,并且需要在EUV区域进行光刻。强大的EUV光源和相应的光刻胶目前正在开发中。
  • 光子能量高于许多物质的带隙能量。因此,紫外线被许多物质强烈吸收(例如,在光学玻璃中,对可见光是透明的),并且诱导的激发可导致化学结构的变化(例如键断裂)。这对于激光材料加工(例如激光烧蚀、脉冲激光沉积和光纤布拉格光栅的制造)以及水或医疗器械的灭菌非常重要。紫外线也会损害人体皮肤(见下文),特别是UVC光具有杀菌作用。当紫外线与空气中的微量碳氢化合物相互作用时,它可能导致有机膜在附近表面上沉积;例如,这种光污染会降低紫外激光源中非线性晶体的质量。

紫外线的产生

用于产生紫外线的激光技术面临着各种挑战;然而,有几种类型的紫外激光器可以直接产生紫外光:一些体激光器(例如基于Ce:LiCAF等掺铈晶体),光纤激光器,激光二极管(主要是基于GaN),染料激光器,准分子激光器和自由电子激光器。产生紫外光的另一种方法是通过近红外激光器输出的非线性频率转换。关于紫外激光的文章提供了更多细节。

还有各种气体放电灯,例如氙气灯和氙气/汞灯,可用于特定的紫外线光谱线或作为宽带紫外线源。此外,还有准分子灯,在脉冲或连续波模式下用作准单色紫外光源。特别是对于EUV区域,气体放电,例如氙气或锡蒸气或激光诱导等离子体用于产生具有高功率的数瓦甚至数十瓦的紫外线辐射。所有这些光源都不会发出高度相干的辐射。

发光二极管(UV LED)也引起了人们对一系列应用的兴趣,例如用于水消毒。

紫外光学元件

为了处理紫外线,需要特殊的紫外线光学元件。在各个方面具有非常高的材料质量对于避免寄生吸收,散射,降解等问题至关重要。

还有一些光纤可以引导紫外线,同时避免实质性的降解(“日晒化”)。它们被称为耐日晒纤维。

紫外光检测

各种光电探测器可用于紫外光的检测。这些包括基于内部光电效应的器件,例如光电二极管,以及其他基于外部光电效应的器件,例如光电管和光电倍增管。其中一些对可见光和红外光不敏感;它们被称为太阳盲光电探测器。

安全隐患

紫外线对眼睛(特别是250-300nm范围内的波长)和皮肤(特别是280-315nm)是危险的,因为它除了色素沉着过度和红斑外,还会导致眼睛晶状体的白内障或光角膜炎和皮肤癌。较低剂量,尚未引起急性影响,可以加速皮肤的老化。因此,使用紫外光源,特别是紫外激光器,需要特殊的激光安全预防措施。例如,光学装置中的紫外光束通常必须用金属管封闭。

使用紫外线光源时,可能需要防护眼镜、衣服和手套。

对于低于约260nm的波长,还存在空气中产生臭氧的问题。因此,可能有必要使用合适的附加装置去除臭氧,或通过避免氧气的存在来避免臭氧的产生。

基础光学

作          者: 泮桥成像光电商城

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