準(zhǔn)分子激光器推進(jìn)技術(shù)革新
作為當(dāng)今最有效、最可靠的脈沖紫外激光技術(shù)的代表，準(zhǔn)分子激光器有效地推進(jìn)了諸如平板顯示、汽車制造、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備及可替代能源等多種成長(zhǎng)型工業(yè)中的技術(shù)革新。
波長(zhǎng)和輸出功率，這兩個(gè)基本屬性的結(jié)合，決定了準(zhǔn)分子激光器在上述這些高科技產(chǎn)業(yè)中的獨(dú)特價(jià)值。因?yàn)椋@些工業(yè)領(lǐng)域比以往任何時(shí)候更需要平衡日益增長(zhǎng)的性能需求與加工速度及制造成本之間的矛盾。

紫外表面處理
準(zhǔn)分子激光是一種窄帶寬的紫外光源，可以為基于商用激光的制造業(yè)提供最短的波長(zhǎng)或（相當(dāng)于）最高的激光光子能量。由于在激光材料加工領(lǐng)域可以達(dá)到的光學(xué)分辨率與激光波長(zhǎng)有關(guān)，因此短波長(zhǎng)的準(zhǔn)分子激光成為市場(chǎng)上最為精確的光學(xué)加工工具。利用基于商用準(zhǔn)分子激光的材料加工系統(tǒng)，如圖1所示，可以獲得接近1祄的特征尺寸[1]（具體數(shù)值取決于波長(zhǎng)和材料）。


 

圖1. 對(duì)堅(jiān)硬的固體材料層使用248nm準(zhǔn)分子激光掩膜成像形成的大面積薄膜圖樣。整個(gè)高分辨率圖樣的獲得僅利用了單個(gè)準(zhǔn)分子激光脈沖。

而且，短波長(zhǎng)代表著最小的橫向結(jié)構(gòu)，同時(shí)，材料對(duì)高光子能量（例如，248nm時(shí)為5eV或 193nm時(shí)為6.4eV）的強(qiáng)烈吸收，又將意味著激光對(duì)材料縱向的影響非常有限。實(shí)際上，準(zhǔn)分子激光在薄膜材料加工中的深度分辨率在亞微米范圍，通常每脈沖可以小至50nm（具體數(shù)值取決于樣本材料和激光波長(zhǎng)）。


 

圖2. 鉆石經(jīng)193nm準(zhǔn)分子激光燒蝕形成的凹坑：左圖為10個(gè)激光脈沖情況，右圖為600個(gè)激光脈沖情況。凹坑的平整度表明了準(zhǔn)分子激光光束在整個(gè)照明區(qū)域具有極高的均勻性。

準(zhǔn)分子激光在樣本材料的橫向及縱向均可以提供無(wú)可匹敵的高分辨率光學(xué)加工能力。在通過(guò)改變微結(jié)構(gòu)來(lái)增進(jìn)大表面功能的領(lǐng)域，準(zhǔn)分子激光已成為最為理想的工具。
除此之外，準(zhǔn)分子激光是目前基于商用激光的制造業(yè)中，可利用的最強(qiáng)紫外激光。

紫外技術(shù)比較
現(xiàn)在，準(zhǔn)分子激光在308nm的輸出功率已經(jīng)超過(guò)500W，如圖3所示。圖中對(duì)基于準(zhǔn)分子激光技術(shù)、二極管泵浦及閃光燈泵浦的全固態(tài)激光技術(shù)所能取得的功率水平進(jìn)行了對(duì)比。目前先進(jìn)水平的準(zhǔn)分子激光器可以輸出高達(dá)1J的脈沖能量，同時(shí)重復(fù)頻率可高達(dá)600Hz。由于極高的脈沖能量，可使處于每平方厘米高達(dá)1J的能量密度下、面積寬達(dá)30mm2的樣品，通過(guò)逐個(gè)準(zhǔn)分子激光脈沖的刻蝕，實(shí)現(xiàn)樣品的微細(xì)構(gòu)造。這種微細(xì)構(gòu)造的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，如果轉(zhuǎn)化到更大的尺度上，可以比喻為用一片片青草去構(gòu)造足球場(chǎng)。


 

圖3. 各種高功率準(zhǔn)分子激光器的輸出功率水平與基于全固態(tài)的355nm激光技術(shù)比較，圖中給出了308nm和248nm波長(zhǎng)的準(zhǔn)分子激光情況。