Классификация ультрафиолетовых лазеров

Твердотельный ультрафиолетовый лазер
Твердотельные ультрафиолетовые лазеры можно разделить на ультрафиолетовые лазеры с накачкой ксеноновой лампой, ультрафиолетовые лазеры с накачкой криптоновой лампой и новые типы твердотельных лазеров с накачкой лазерным диодом в соответствии с их методами накачки. Твердотельные ультрафиолетовые лазеры, как правило, имеют низкую эффективность фотоэлектрического преобразования, в то время как все твердотельные ультрафиолетовые лазеры LD обладают такими характеристиками, как высокая эффективность, высокая частота повторения, надежная работа, небольшой размер, хорошее качество луча и стабильная мощность.
Из-за высокой энергии ультрафиолетовых фотонов сложно сгенерировать определенное количество мощного непрерывного ультрафиолетового лазера через внешние источники возбуждения. Поэтому реализация ультрафиолетового непрерывного волнового лазера обычно достигается с помощью метода нелинейного эффекта преобразования частоты кристаллических материалов. Обычно существует два метода генерации спектральных линий ультрафиолетового лазера в полностью твердом состоянии. Один заключается в непосредственном выполнении внутрирезонаторной или внутрирезонаторной генерации 3-й или 4-й гармоники на инфракрасном полностью твердотельном лазере для получения спектральных линий ультрафиолетового лазера; Второй заключается в том, чтобы сначала использовать технологию удвоения частоты для получения второй гармоники, а затем использовать технологию суммарной частоты для получения спектральных линий ультрафиолетового лазера. Первый метод имеет небольшой эффективный нелинейный коэффициент и низкую эффективность преобразования, в то время как второй метод имеет гораздо более высокую эффективность преобразования из-за использования квадратичной нелинейной поляризуемости. Удвоение частоты кристалла может обеспечить непрерывный ультрафиолетовый лазер, а его форма луча является гауссовой, поэтому пятно является круглым, а энергия постепенно уменьшается от центра к краю. Из-за короткой длины волны и ограничений по качеству луча его можно сфокусировать в диапазоне 10 микрометров.
Газовый ультрафиолетовый лазер
Газовые лазеры включают эксимерные лазеры, работающие в импульсном режиме, ионные лазеры, работающие в непрерывном режиме, гелий-кадмиевые лазеры и лазеры ультрафиолетового излучения на парах металлов. Длина волны газового ультрафиолетового лазера зависит от типа используемой газовой смеси.
Эксимерный лазер — это тип импульсного лазера, который производит непрямоугольный луч с примерно равномерным поперечным сечением луча и крутыми краями пятна. Его выход может быть получен с использованием технологии масок для создания различных геометрических форм пятен или голографии для создания определенных энергетических схем луча. Генерация эксимерного лазера может быть разделена на три процесса: процесс возбуждения лазерного газа, процесс реакции генерации эксимера и процесс диссоциации эксимера. Методы возбуждения включают возбуждение электронного пучка, возбуждение разряда, возбуждение света, микроволновое возбуждение и возбуждение протонного пучка. Различные активные вещества производят эксимерные лазеры с различными длинами волн, как правило, в ультрафиолетовом, дальнем ультрафиолетовом и вакуумном ультрафиолетовом диапазонах. Эксимерные лазеры — это новое поколение лазеров после лазеров на углекислом газе и лазеров YAG. Ультрафиолетовый лазер с короткими импульсами, излучаемый им, имеет преимущества большой длины волны и высокой энергии фотонов. Обычно используемые эксимерные лазеры включают ArF, KrCl, KrF и т. д. Частота лазерного импульса обычно находится в диапазоне 10-100Гц, а в некоторых специальных приложениях может достигать 1000 Гц. Средняя мощность обычно находится в диапазоне 10-100Вт, а ширина импульса обычно находится в диапазоне нс.
Под ультрафиолетовым лазером на парах металла в основном понимается ультрафиолетовый лазер на парах меди, который производит свет с длинами волн 511 нм и 578 нм. Используя смешивание и удвоение, можно получить ультрафиолетовое излучение с длинами волн 255 нм, 271 нм и 289 нм. Распределение лазерного луча следует гауссовому распределению.
Основными проблемами применения газовых лазеров являются большие габариты оборудования, ограниченная надежность, короткий срок службы, высокое потребление энергии и высокая стоимость. Кроме того, качество луча эксимерного лазера плохое, а потери в маске велики. Ионные лазеры и гелий-кадмиевые лазеры имеют недостаток в виде плохой стабильности направления луча.
Полупроводниковый лазерный диод
С середины-1980х годов развитие технологии производства полупроводников и ее интеграция с лазерной технологией привели к появлению полупроводниковых лазерных диодов. Эти типы лазерных источников, сочетающие в себе характеристики полупроводника и лазера, имеют более высокую пиковую мощность и меньшее потребление энергии, а их ширина импульса излучения также узка. Они не требуют температурной и оптической компенсации и имеют очевидные преимущества перед традиционными источниками излучения света. Они стали ключевым направлением для развития AlGaN в среднем ультрафиолетовом диапазоне. Поскольку эффективность возбуждения ультрафиолетового излучения в этом диапазоне самая высокая, а его выходная эффективность также относительно высока.
Для повышения практичности источников ультрафиолетового излучения одним из направлений развития полупроводниковых ультрафиолетовых диодов является существенное снижение объемов и энергопотребления существующих ультрафиолетовых лазеров и их источников питания. Другим направлением является разработка светодиодов с длиной волны излучения 280 нм и потребляемой мощностью менее 10 мВт, а также лазерных диодов с длиной волны излучения 340 нм и потребляемой мощностью менее 25 мВт.