紫外固體激光器正在涌現(xiàn)出更多的新應用 

短波紫外激光是指波長介于200 nm-280 nm的紫外激光，具有波長短、聚焦性能好、光子能量高、可進行冷處理，能激發(fā)特定的光化學反應，具有使用率與精密化高等特點，在微電子、微機械、光存儲、光譜分析、大氣探測、生物醫(yī)學、精細標記、激光精密加工、前沿科學及航空航天等領域具有重大的應用價值。

紫外激光器分類

已經(jīng)報道的短波紫外固體激光器波長有213 nm，216 nm，236 nm，237 nm，244 nm，257 nm，261 nm，266 nm等。

紫外激光器主要分為固體紫外激光器、氣體紫外激光器和半導體紫外激光器。工作在短波紫外波段的新興半導體抽運全固態(tài)激光器相較于其他類型的激光器而言，具有效率高、性能可靠、硬件結構簡單等特點，因此應用*為廣泛。

在紫外激光器設計中，紫外激光的輸出功率和光束質量主要依賴于非線性晶體的好壞。自從非線性晶體問世以來，有許多紫外非線性晶體被研制出來并投入到紫外激光器的研制中，比較常用的有BBO、LBO、BIBO、CLBO、KBBF。通過非線性變頻技術對激光器基頻光進行四倍頻或者五倍頻得到紫外光。

短波固體紫外激光器的典型應用

紫外拉曼

拉曼光譜分析所使用的紫外激光器波長一般在244 nm到364 nm范圍內。

短波紫外激光器正在拉曼光譜領域涌現(xiàn)出新應用。對于某些特定樣品來說，紫外激光與樣品相互作用的方式與可見激光不同，拉曼信號可以通過共振拉曼信號得到增強，很大程度上擴寬了拉曼光譜在物理、化學、生物、材料等領域中的應用。例如：紫外光在半導體材料中的穿透深度一般在幾個納米的量級，因而紫外拉曼可以用來對樣品表面的薄層（常見于新型硅基材料SOI材料)進行選擇性分析。紫外光激發(fā)也可以與蛋白質、DNA、RNA等生物樣品產(chǎn)生特定的共振增強進而對樣品的結構進行特定的分析，而使用可見光激發(fā)則無法實現(xiàn)。紫外拉曼在探測金屬中心合成物、富勒分子、聯(lián)乙醯以及其他的稀有分子上也是一種重要的技術，這些材料對于可見光都有著很強的吸收；200 nm的激勵光能夠增強氨基化合物的振動峰；而220 nm的激勵光則可以增強特定的芳香暫留物的振動峰等。

使用紫外激發(fā)可以抑制熒光的影響，因為在紫外光激發(fā)下拉曼信號和熒光信號在不同的光譜區(qū)域，不會受到干擾。而使用可見激光激發(fā)時，拉曼信號和熒光信號往往會重疊在一起，又由于熒光的信號強度是拉曼信號強度所無法比擬的，因此熒光信號會干擾甚至完全湮沒拉曼信號。使用紫外激光激發(fā)時，拉曼信號仍位于靠近激光線附近的位置，而熒光則在較高波長的位置，由此拉曼和熒光信號不再重疊，熒光問題也不復存在。

2017年，中科院大連化物所李燦院士、范峰滔研究員、黃保坤高工等參與研發(fā)的7千米級深海原位探測紫外激光拉曼光譜儀在馬里亞納海溝成功通過7000 m海試驗證。該光譜儀是國際上**進行深海探測的紫外激光拉曼光譜儀，也創(chuàng)造了拉曼光譜儀*高深海探測記錄（7449 m）。該儀器的成功研發(fā)將提升我國在深海礦藏、能源資源（天然氣水合物）、碳循環(huán)與氣候變化以及深海生物信息方面的探測能力。

激光雷達

氣溶膠雷達，主要用355 nm和532 nm激光

測風雷達，主要用1550 nm激光

臭氧雷達，主要用266 nm激光

隨著技術的發(fā)展和完善，激光雷達的應用范圍越來越廣，其中環(huán)境監(jiān)測領域就是很重要的一個方面，它可以用來測量顆粒物、臭氧、溫度和濕度的變化等等。通過測量激光達到顆粒物或者氣體分子上的后向散射光的消光比或者偏振狀態(tài)變化，從而分析出大氣中的顆粒物或氣體成分，以及他們的分布高度、濃度等情況。

氣溶膠雷達，主要用355 nm和532 nm兩種波長的激光；測風雷達，主要用1550 nm激光；臭氧雷達，由于短波紫外波段可被臭氧層所阻隔，主要用266 nm激光，紫外波段具有散射強度大，抗干擾性強等優(yōu)點，可以用于近距離的大分子探測，因此適用于臭氧探測。下圖是大氣臭氧雷達示意圖。

光致發(fā)光

光致發(fā)光是指光照射到樣品上，被樣品吸收，產(chǎn)生光激發(fā)過程。光致發(fā)光光譜用于探測材料的電子結構，是一種非接觸、無損傷的測試方法。光致發(fā)光的數(shù)量與類型依研究的物質與使用的激光波長而定。選擇適當?shù)募す獠ㄩL一般可避免不必要的熒光干擾。GUILD寶石實驗室在檢測某藍寶石樣品時發(fā)現(xiàn)其在長波長紫外光下無熒光，在短波紫外光下呈現(xiàn)強度不等且不均勻的藍白色、黃綠色等顏色異常熒光。

刑偵領域

使用266 nm激光對指紋進行顯現(xiàn)

激光應用于指印檢測領域以來，國內在這一領域的研究也取得了一系列的成果。然而，短波紫外激光在潛指紋顯現(xiàn)中的應用較少，紫外反射照相方法作為一種無損檢驗方法，尤其對玻璃、照片等非滲透性客體表面指紋顯現(xiàn)具有突出效果。

266 nm激光對指紋進行顯現(xiàn)，有效地提取了該類客體表面的潛在指紋。該波段激光器具有高的光學品質和良好的熱導率、化學穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性、光漫反射特性等優(yōu)點，而且制造成本低、生產(chǎn)周期短，可以很容易地控制其光學特性，在法庭科學領域有較大應用前景。

紫外加工

紫外激光器具有其它激光器所不具備的好處，能夠限制熱應力。例如，應用在FPC中，由于紅外或可見光波段激光束的加工機理是將光能轉變成為熱能，使得物質融化或者蒸發(fā)，這種方式不可避免的導致激光熱量以熱傳導和熱輻射的方式向材料區(qū)域周圍擴散，產(chǎn)生重熔層和熱影響區(qū)域，從而限制了微細加工邊緣的質量和精度。而紫外激光由于光子能量高，在與PI等高分子聚合物材料作用時，可將光能轉變?yōu)楣饣瘜W能，直接破壞部分連接物質原子或者分子組分的化學鍵，達到去除材料的目的。紫外激光這種“冷消融”工藝，可以將沖緣加工、碳化以及其它熱應力的影響降至*低，而使用更高功率的激光器通常都會存在這些負面影響。

紫外激光器的波長比可見光波長更短，是不可見的，但短波紫外激光器能夠更**地聚焦，從而在精細加工的同時，還能保持優(yōu)良的定位精度。

為了搶占短波紫外激光器的市場，各類激光器都開始進入短波紫外產(chǎn)品的研發(fā)。2017年加拿大麥吉爾大學的研究人員制造出了一種氮化鋁鎵（AlGaN）激光二極管，其能夠輸出波長239 nm的短波紫外光，但短波紫外半導體激光器剛剛興起，技術還不是很成熟；銅蒸汽紫外激光器主要是通過混頻和倍頻來產(chǎn)生波長為255 nm，271 nm和289 nm的紫外激光，這種激光器占地面積大、可靠性有限、壽命短、高能耗和高費用；KrF準分子激光器，波長248 nm，激光光束質量差、掩膜損失大；氬、氪離子倍頻激光器和氦-鎘激光器存在光束指向性差等缺點，固體紫外激光器凸顯了它的優(yōu)勢。

總之，隨著新型增益晶體、倍頻晶體的不斷問世，以往晶體加工技術的不斷提高，短波長紫外固體激光器的輸出功率越來越高，輸出波長越來越短，激光器結構越來越簡化，相信以其獨有的優(yōu)勢，可以在眾多領域發(fā)揮更大的作用，有更好的發(fā)展前景。

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