Giới thiệu
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, nhu cầu về thiết bị laser nhẹ hơn, hiệu quả hơn, nhỏ hơn, đa chức năng và chất lượng cao cho điện tử, liệu pháp y tế, sinh học và vật liệu. Các loại laser thông dụng hiện nay đều có bước sóng hồng ngoại và bước sóng nhìn thấy được. Các công cụ, quy trình và công nghệ laser truyền thống có hiệu suất thấp, hoạt động phức tạp, chi phí cao, phạm vi hạn chế, tổn thất nghiêm trọng và độ chính xác thấp. Laser UV đã được các nhà khoa học nghiên cứu nhiều lần trong những thập kỷ gần đây vì tính liên kết tương đối cao, tiện lợi, ổn định và tin cậy, chi phí thấp, khả năng điều chỉnh, kích thước nhỏ, hiệu quả cao, độ chính xác và tính thực tiễn.
2. Laser UV
Laser UV chủ yếu được chia thành laser UV khí và laser rắn UV trạng thái rắn. Môi chất làm việc đạt đến trạng thái kích thích bằng cách hấp thụ năng lượng bên ngoài dưới tác dụng của nguồn bơm, và sau khi độ lợi nghịch đảo của số hạt lớn hơn tổn thất, ánh sáng được khuếch đại và một phần của ánh sáng khuếch đại được đưa trở lại để tiếp tục kích thích. tạo ra dao động trong khoang cộng hưởng để tạo ra tia laser. Môi trường khí chủ yếu được sử dụng trong phóng điện xung hoặc chùm tia điện tử, trong đó sự va chạm giữa các điện tử kích thích các hạt khí từ mức năng lượng thấp đến mức năng lượng cao để tạo ra bước nhảy kích thích để thu được tia laser UV. Môi trường rắn là một tinh thể nhân đôi tần số phi tuyến tính tạo ra ánh sáng laser UV bức xạ ra bên ngoài sau một hoặc nhiều lần chuyển đổi tần số. Excimer và laser UV trạng thái rắn toàn phần thường được sử dụng để xử lý và xử lý laser.
2.1. Laser Excimer
Các loại laser UV khí chính là laser excimer, laser ion argon, laser phân tử nitơ, laser phân tử flo, laser helium cadmium, v.v ... Laser excimer, v.v. thường được sử dụng để xử lý laser. Laser excimer là laser khí với excimer là chất hoạt động. Chúng cũng là laser xung và đã được quan tâm nghiên cứu nhiều kể từ khi laser excimer đầu tiên được tạo ra vào năm 1971. Excimer là một phân tử hợp chất không ổn định có thể phân hủy thành các nguyên tử trong một số trường hợp nhất định. Tần số lặp lại và công suất trung bình là cơ sở để đánh giá laser excimer. Một tỷ lệ nhất định các khí hiếm như Ar, Kr và Xe trộn với các nguyên tố halogen như F, Cl và Br là chất hoạt động chính của laser khí UV, được bơm bằng chùm điện tử hoặc phóng điện xung. Khi các nguyên tử của khí quý và khí hiếm ở trạng thái cơ bản bị kích thích, các điện tử bên ngoài hạt nhân sẽ bị kích thích lên các quỹ đạo cao hơn để lớp điện tử ngoài cùng được lấp đầy và kết hợp với các nguyên tử khác để tạo thành các phân tử, sau đó nhảy trở lại trạng thái cơ bản và vỡ ra thành các nguyên tử ban đầu. Xenon lỏng là chất làm việc cho laser excimer ban đầu. Các loại laser excimer ngày nay cũng bao gồm laser ArF ở bước sóng 193 nm, laser KrF ở bước sóng 248 nm và laser XeCl ở bước sóng 308 nm.
2.2. Laser UV trạng thái rắn
Ưu điểm nổi bật của laser UV thể rắn là kích thước nhỏ tiện lợi, độ tin cậy cao và hoạt động ổn định. Thường được sử dụng nhất là tinh thể Nd: YAG thông thường để bơm LD, sau đó tần số được tăng gấp đôi.
Các bước chính trong quá trình tạo ra laser trạng thái rắn UV trước hết là bơm nguồn sáng trong laser lên môi trường tăng cường để đạt được sự nghịch đảo số lượng hạt, sự hình thành và dao động của ánh sáng đỏ cơ bản trong khoang cộng hưởng, sau đó tăng gấp đôi tần số trong khoang cộng hưởng bởi một hoặc nhiều tinh thể phi tuyến tính, và cuối cùng là đầu ra của tia laser UV mong muốn từ khoang cộng hưởng sau khi truyền và phản xạ. Laser trạng thái rắn UV thường thu được bằng cách sử dụng phương pháp bơm diode LD và bơm đèn. Laser UV trạng thái rắn toàn phần là laser trạng thái rắn UV được bơm LD.
Nd: YAG (garnet nhôm pha tạp neodymium) và Nd: YVO4 (neodymium pha tạp yttrium vanadate) là hai trong số các loại tinh thể phương tiện gia cố phổ biến hơn. Một phương pháp phổ biến để tăng cường các hốc cộng hưởng là sử dụng một diode laser bán dẫn nhỏ LD được bơm tinh thể laser Nd: YVO4 ở bước sóng 808 nm để tạo ra ánh sáng hồng ngoại gần ở bước sóng 1064 nm. So với Nd: YAG, tinh thể laser Nd: YVO4 có tiết diện khuếch đại lớn hơn, gấp bốn lần so với Nd: YAG, hệ số hấp thụ lớn hơn, gấp năm lần so với Nd: YAG và ngưỡng laser thấp hơn. So với Nd: YAG, tinh thể laser Nd: YVO4 có tiết diện khuếch đại lớn hơn, gấp bốn lần so với Nd: YAG, hệ số hấp thụ lớn hơn, gấp năm lần so với Nd: YAG và ngưỡng laser thấp hơn. Tinh thể Nd: YAG có độ bền cơ học cao, khả năng truyền ánh sáng cao, tuổi thọ huỳnh quang dài và không yêu cầu hệ thống tản nhiệt và làm mát khắc nghiệt.
3. Các ứng dụng của laser UV
Gia công bằng laser UV có nhiều ưu điểm và hiện đang là công nghệ được lựa chọn trong sự phát triển của thông tin công nghệ. Thứ nhất, tia laser UV có thể phát ra ánh sáng laser có bước sóng cực ngắn, có thể xử lý chính xác các vật liệu siêu nhỏ và mịn; thứ hai, quá trình "xử lý lạnh" của tia laser UV không phá hủy toàn bộ vật liệu mà chỉ xử lý bề mặt của nó; hơn nữa về cơ bản không có tác dụng hư nhiệt. Một số vật liệu không hấp thụ hiệu quả các tia laser có thể nhìn thấy và tia hồng ngoại, khiến chúng không thể xử lý được. Ưu điểm lớn nhất của tia UV là về cơ bản tất cả các vật liệu đều hấp thụ tia UV một cách rộng rãi hơn. Laser UV, đặc biệt là laser UV trạng thái rắn, nhỏ gọn và nhỏ, bảo trì đơn giản và dễ sản xuất với số lượng lớn. Laser UV được sử dụng trong một loạt các ứng dụng trong xử lý vật liệu sinh học y tế, pháp y trong các vụ án hình sự, bảng mạch tích hợp, công nghiệp bán dẫn, linh kiện vi quang, phẫu thuật, truyền thông và radar, cũng như xử lý và cắt laser.
3.1. Thay đổi tính chất bề mặt của vật liệu sinh học
Trong một số phương pháp điều trị, nhiều vật liệu y tế cần phải tương thích với mô người hoặc thậm chí được sửa chữa, chẳng hạn như điều trị bằng tia cực tím các bệnh nội nhãn và thí nghiệm trên giác mạc thỏ đôi khi đòi hỏi những thay đổi về đặc tính protein sinh học và cấu trúc phân tử sinh học. Sau khi điều chỉnh các thông số xung tối ưu của laser UV excimer, các nhà thực nghiệm sau đó chiếu xạ bề mặt vật liệu sinh học y tế bằng các tia laser 100 nm, 120 nm và 200 nm tương ứng, do đó cải thiện cấu trúc hóa lý của bề mặt vật liệu và không làm thay đổi cấu trúc hóa học tổng thể của vật liệu và làm cho vật liệu sinh học hữu cơ đã qua xử lý tương thích hơn và ưa nước hơn đáng kể với các mô của con người thông qua các thí nghiệm so sánh với các tế bào sinh học được nuôi cấy, điều này giúp ích rất nhiều cho các ứng dụng sinh học y tế.
3.2. Trong lĩnh vực điều tra tội phạm
Trong lĩnh vực điều tra tội phạm, dấu vân tay đã được sử dụng làm bằng chứng sinh học quan trọng do nghi phạm để lại tại hiện trường vụ án hình sự kể từ khi người ta phát hiện ra rằng dấu vân tay là duy nhất như DNA. Một khi các phương pháp cũ có thể dẫn đến hư hỏng mẫu và gây khó khăn cho việc thu thập và bảo quản hiện vật. Nghiên cứu hiện tại có kết quả nổi bật đối với các dấu vân tay trên bề mặt vật thể không xuyên thấu, chẳng hạn như băng, ảnh, thủy tinh, v.v. Hình ảnh phát quang UV "và" Hình ảnh phản xạ laser UV "được sử dụng để quan sát và ghi lại việc phát hiện và thu thập dấu vân tay bằng cách chiếu tia laser UV vào các dấu vân tay tiềm năng thông qua bộ lọc băng thông ở bước sóng 266 nm và 340 nm tương ứng. 70% trong số 120 mẫu được thử nghiệm trong thí nghiệm đã được phát hiện thành công. Kỹ thuật sóng ngắn UV làm tăng tỷ lệ thành công của dấu vân tay tiềm năng, đồng thời dễ dàng và tốc độ kiểm soát các đặc tính quang học khiến nó có triển vọng được sử dụng trong khoa học xét xử. Các đốm nước bọt tại chỗ, Tế bào tróc vảy, vết máu, lông có nang lông và các mẫu vật sinh học thông thường khác có thể được phát hiện bằng phát hiện tia cực tím. Tuy nhiên, khi sử dụng tia UV tia cực tím 266 nm để chiếu xạ các mẫu sinh học ở một khoảng cách cố định và ở các khoảng thời gian khác nhau và sau đó để chiết xuất DNA, người ta nhận thấy rằng tia laser UV 266 nm sóng ngắn có ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết quả DNA của năm loại bằng chứng sinh học phổ biến: dấu vân tay, b đốm đen, đốm nước bọt, tế bào rụng và lông có nang lông, nhưng chỉ ở mức độ thấp hơn khi phát hiện DAN sinh học cho tóc bao gồm nang lông, nước bọt và đốm máu. Laser UV sóng ngắn có thể ảnh hưởng đến một số vật liệu sinh học DNA, vì vậy phương pháp chiết xuất cần được lựa chọn cẩn thận vì giá trị chứng cứ của nó trong quá trình điều tra pháp y.
3.3. Ứng dụng laser UV trên bảng mạch tích hợp
Việc sản xuất nhiều loại bảng mạch trong ngành công nghiệp, từ việc đi dây ban đầu đến sản xuất các chip nhúng chính xác nhỏ đòi hỏi quy trình tiên tiến, các mạch linh hoạt trong bảng mạch tích hợp, mạch nhiều lớp bằng polyme và đồng đều yêu cầu khoan và cắt lỗ siêu nhỏ, cũng như việc sửa chữa và kiểm tra vật liệu trên bo mạch, thường yêu cầu sử dụng chế tạo và xử lý vi mô. Công nghệ vi gia công bằng laser rõ ràng là sự lựa chọn tốt nhất để xử lý các bảng mạch. Tia laser không tiếp xúc với sản phẩm cần xử lý trong quá trình xử lý, tránh được các lực cơ học một cách hiệu quả, dẫn đến quá trình xử lý nhanh chóng, tính linh hoạt cao và không có yêu cầu đặc biệt đối với nơi làm việc, có thể đạt tới cường độ nhỏ hơn micromet thông qua cài đặt chính xác của tia laser thông số và thiết kế nghiên cứu. Các phương pháp khoan truyền thống hơn được sử dụng trên bảng mạch là sử dụng laser UV và laser CO2 để đánh dấu phi kim loại (laser CO2 có bước sóng 10,6 μm được sử dụng để đánh dấu vật liệu phi kim loại; bước sóng 1064 nm hoặc 532 nm nói chung dùng để đánh dấu vật liệu kim loại). Hiện tại, công nghệ xử lý laser UV vẫn được sử dụng chủ yếu, có thể đạt được xử lý ở cấp độ micromet, độ chính xác cao, có thể tạo ra các thiết bị siêu nhỏ siêu nhỏ, có thể áp dụng cho điểm nhỏ hơn 1 μm của chùm tia laser vi lỗ. Chế biến. Tuy nhiên, laser CO2 chủ yếu được sử dụng cho các lỗ từ 75 đến 150 mm và dễ bị lệch ở các lỗ nhỏ, ngược lại laser UV có thể sử dụng cho các lỗ có kích thước đến 25 mm với độ chính xác cao và không bị lệch. Ví dụ: trong quá trình xử lý "nguội" các bảng mạch bọc đồng bằng laser femto giây UV, một phương pháp cân bằng toàn diện được sử dụng để thu được các thông số quy trình tối ưu và các đặc tính khắc chọn lọc sau đó được sử dụng để đạt được chất lượng cao, hiệu quả cao khắc dòng vi mô của các bề mặt mạ đồng với chiều rộng đường là 50 μm và cao độ dòng là 20 μm.
3.4 Xử lý và chuẩn bị các thành phần vi quang
Trong thời đại công nghệ thông tin và sự phát triển nhanh chóng của nền công nghiệp hiện đại, nhu cầu xây dựng nhiều hệ thống thí nghiệm hơn trong một không gian nhỏ hơn và đạt được nhiều chức năng hơn đòi hỏi sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin và quan trọng hơn là sản xuất các thiết bị nhỏ hơn, thu nhỏ và đầy đủ các thiết bị chức năng chỉ xử lý các liên kết hóa học trên bề mặt vật liệu. Nó có các ứng dụng quan trọng và giá trị nghiên cứu trong các lĩnh vực liên lạc radar quân sự, liệu pháp y tế, hàng không vũ trụ và hóa sinh. Có thể cắt và tối ưu hóa chuyên sâu hơn, đồng thời nghiên cứu và phát triển các ứng dụng trên các thành phần quang học vi mô ở quy mô nano, biến đổi các chức năng và đặc tính của các thành phần quang học truyền thống. Vi quang có ưu điểm là dễ sản xuất hàng loạt, dễ phân mảng, nhỏ, nhẹ, dẻo mà nguyên liệu chính là thủy tinh thạch anh. Thủy tinh thạch anh dễ bị nứt và vỡ trong quá trình ứng dụng và xử lý và là một vật liệu cứng và giòn, làm giảm đáng kể các đặc tính quang học của nó. Kết quả là, công nghệ xử lý "lạnh" viết trực tiếp của tia laser UV đã cải thiện đáng kể hiệu quả của các thiết bị vi quang học, cho phép xử lý nhanh các thành phần vi quang học với độ chính xác cao và cấu trúc tốt mà không làm hỏng vật liệu và cho phép xử lý linh hoạt các lô lớn và nhỏ với các yêu cầu khác nhau. Trong khi các viện nghiên cứu nước ngoài đã nghiên cứu quá trình xử lý bằng tia cực tím của tấm silicon trước đó, thì nghiên cứu trong nước về công nghệ và bề mặt cắt tấm silicon chỉ được tiến hành sau khi bắt đầu tương đối muộn. Cắt tối ưu ba tấm silicon của cùng một vật liệu (0. 18 mm, 0. 38 mm và 0. 6 mm) với khẩu độ tối thiểu là 45 μm và độ chính xác gia công là 20 μm, không có vết nứt trên vật liệu, ít ảnh hưởng nhiệt của tia laser và ít tán xạ hơn.
3.4. Ứng dụng laser UV trong ngành công nghiệp bán dẫn
Vi gia công vật liệu bán dẫn bằng laser UV ngày càng được chú ý trong những năm gần đây. Hàng nghìn thành phần mạch dày đặc rất phổ biến trong các mạch tích hợp, vì vậy cần có một số phương pháp xử lý và xử lý có độ chính xác cao, cũng như một số dụng cụ và thiết bị có độ chính xác cao như vật liệu bán dẫn silicon và sapphire và các màng mỏng bán dẫn khác của bộ vi xử lý chính xác bằng Laser UV và nghiên cứu các đặc tính quang phổ của màng, trong khi laser UV cũng có thể tăng việc sử dụng năng lượng ánh sáng của vật liệu silicon, nhưng cũng làm thay đổi cấu trúc vi mô bề mặt silicon, có lợi cho sự phát triển của các tấm pin mặt trời, chẳng hạn như hai- cách tử vi mô chiều, v.v.
4. nhận xét kết luận
Qua nhiều thập kỷ phát triển và nghiên cứu, công nghệ và ứng dụng của laser UV ngày càng trở nên phổ biến và hoàn thiện hơn, và công nghệ xử lý "lạnh" đặc trưng nhất của nó là các quy trình vi mô và xử lý bề mặt mà không làm thay đổi các đặc tính vật lý của vật thể, và là được sử dụng rộng rãi trong các ngành và lĩnh vực khác nhau như truyền thông, quang học, quân sự, điều tra tội phạm và điều trị y tế. Chẳng hạn, kỷ nguyên 5G đang tạo ra nhu cầu xử lý FPC. Với sự phát triển hơn nữa của ngành công nghiệp 5G và theo đuổi màn hình OLED linh hoạt của các nhà sản xuất điện tử lớn, nhu cầu về bảng mạch linh hoạt FPC đang tăng lên nhanh chóng, và cùng với đó là nhu cầu về laser UV. Xu hướng này hy vọng sẽ dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của bản thân công nghệ UV để đạt được những đột phá lớn hơn về công suất và độ rộng xung, cũng như các lĩnh vực ứng dụng mới. Việc ứng dụng các máy laser UV đã giúp cho việc xử lý lạnh chính xác các vật liệu như FPC có thể thực hiện được, trong khi việc tăng dần FPC đã thúc đẩy việc triển khai 5G, có đặc điểm độ trễ thấp mang lại cơ hội không giới hạn cho các làn sóng phát triển công nghệ mới như công nghệ đám mây, Internet vạn vật, không cần người lái và VR. Tất nhiên, đây là một khái niệm bổ sung cho nhau, các công nghệ và ứng dụng mới cuối cùng sẽ thúc đẩy sự phát triển hơn nữa của laser UV.
Khi ngày càng có nhiều tinh thể nhân đôi tần số mới và phương tiện thu được xuất hiện, bước sóng càng ngắn thì công suất của laser UV càng cao sẽ được sử dụng trong tương lai trong nhiều ngành công nghiệp hơn để thúc đẩy sự phát triển của mọi tầng lớp xã hội, laser UV trong lĩnh vực chế biến thông minh hơn, hiệu quả và chính xác, tỷ lệ lặp lại cao, ổn định cao là xu hướng phát triển trong tương lai.
