Эксимерный лазер

Cтраница 3

Интерес, проявляемый в последнее время к развитию техники эксимерных лазеров, обусловлен не только научными, но и практическими перспективами их использования. Эксимерные лазеры являются уникальными источниками мощного излучения в ультрафиолетовой части спектра, обеспечивающими при этом возможность плавной перестройки частоты генерации в широком диапазоне длин волн. Излучение созданных эксимерных лазеров охватывает - 20 % всей области ультрафиолетового диапазона. Поэтому наиболее плодотворное применение эксимерных лазеров, по-видимому, будет связано с селективными процессами лазерной фотохимии. [31]

Один из методов, например, состоит в применении активной среды, обладающей достаточно большим усилением в широком спектральном диапазоне. Установка диспергирующих элементов внутри лазерного резонатора сужает спектр выходного излучения и позволяет перестраивать длину волны лазера в пределах спектральной полосы генерации. К таким перестраиваемым устройствам относятся лазеры на красителях и эксимерные лазеры. Другой путь перестройки длины волны - сдвиг энергетических уровней активной среды с помощью внешних полей или взаимодействий другого типа; примерами этого типа лазеров являются лазеры с переворотом спина и полупроводниковые лазеры. [32]

Структурная формула молекулы родамина 6 Ж. [33]

Когда возбужденный электрон релаксирует, молекула разрушается. Лазерное действие эксимерных систем впервые было обнаружено в жидком ксеноне, который накачивался электронным пучком. Впоследствии были созданы эксимерные лазеры на газообразных молекулах Хе2, Кт2, Аг2, а также на соединениях инертных газов с галогенами, таких, как XeBr, XeF, XeCl, KrF, ArF, KrCl. Атомы возбуждаются электронными пучками высокой энергии или с помощью быстрых разрядов. Эксимерные лазеры могут испускать свет в ультрафиолетовой и вакуумно-ультрафиолетовой областях спектра. [34]

Лазеры широко применяются при хирургических операциях в офтальмологии. Их применение позволяет выполнять бескровные, не требующие нарушения целостности глазного яблока, оперативные вмешательства, связанные с коагуляцией и фотодеструкцией тканей глаза. Применяется послойная абляция тканей роговицы для коррекции зрения. При использовании эксимерного лазера ( длина волны - 193 нм, продолжительность импульса - 10 - 25 не) осуществляется холодное выпаривание ( абляция) поверхностных слоев роговицы на глубину до 120 мк. [35]

Выбор типа лазера зависит от обрабатываемого ПМ и требований к качеству резания. Для лазерной резки ПМ используют преимущественно СО2 - лазеры, создающие излучение в средней ИК-области с длиной волны 1 06 - 104 нм. Для обработки некоторых ПМ пригодны неодимовые УЛС-лазеры ( активная среда неодим, растворенный в матрице из иттрия, алюминия и граната), создающие излучение в ИК-области с длиной волны 1 064 - 103 нм. И те и другие могут работать в непрерывном или импульсном режимах с частотой несколько килогерц. Для создания микроотверстий можно использовать эксимерные лазеры с активными средами типа хлорид ксенона или фториды ксенона, криптона и аргона, создающими излучение с длиной волны соответственно 308, 351, 248 и 193 нм и работающими в импульсном режиме. [36]

Помимо того что ЛПМ с УФ-излучением имеют более высокие ЧПИ и качество пучка, они с точки зрения капиталовложений и обслуживания гораздо дешевле, чем базовые лазерные установки на УФ-излучении - экси-мерные лазеры. Кроме того, ЧПИ в ЛПМ с УФ-излучением более чем на порядок превосходит ЧПИ эксимерного лазера, что существенно повышает производительность обработки. [37]

Энергетические уровни эк-симерного лазера. [38]

Предположим теперь, что в некотором объеме каким-либо образом создано большое число эксимеров. Соответствующий лазер называется эксимерным. Эти лазеры характеризуются двумя необычными, но важными свойствами благодаря тому, что основное состояние соответствует взаимному отталкиванию атомов. Как только в результате генерации молекула перейдет в основное состояние, она немедленно диссоциирует. Это означает, что нижний лазерный уровень будет всегда пустым. Однако следует заметить, что в некоторых эксимерных лазерах кривая потенциальной энергии основного состояния не соответствует чистому взаимному отталкиванию, а обладает неглубоким минимумом. Однако, поскольку основное состояние является лишь слабосвязанным, молекула в этом состоянии претерпевает быструю диссоциацию либо сама ( предис-социация), либо вследствие первого же столкновения с другой молекулой газовой смеси. [39]

Из приведенного выше рассмотрения эффекта УСИ становится очевидным, что порог для УСИ, строго говоря, не существует. Однако поскольку мощность Р УСИ быстро увеличивается с инверсией населенностей приблизительно как [ ехр ( гоМ20 ] / ( огоЛ /); см - (2.150), то, когда пороговые условия, определяемые выражениями (2.153) и ( 2.153 а), превзойдены, УСИ становится преобладающим механизмом релаксации для активной среды. Поэтому отсутствие истинного порога - это особенность, которая отличает УСИ от суперлюминесцспции. Другой отличительной особенностью является то, что если для суперлюминесценции длина активной среды должна быть меньше критической кооперативной длины 1С, то для УСИ такого ограничения не существует. Еще одна характерная особенность УСИ состоит в том, что телесный угол в этом случае устанавливается из геометрических соображений и, как правило, он много больше, чем для суперлюминесценции, для которой этот угол определяется дифракцией. Наконец, заметим, что преимуществом УСИ является то, что его можно использовать для получения достаточно хорошо направленного излучения в некоторых лазерах ( генераторах) с высоким усилением ( например, в азотных или эксимерных лазерах), и в то же время УСИ может вызывать нежелательный эффект в лазерных усилителях с высоким усилением ( например, в эксимерных лазерах, лазерах на красителях или на неодимовом стекле), поскольку оно снимает имеющуюся инверсию населенностей. [40]

Разница энергий между уровнями перехода такого типа ( см. разд. В настоящее время наиболее важное значение из этого класса лазеров имеет СО2 - лазер, генерирующий на длине волны 10 6 или 9 5 мкм. В таких лазерах используются переходы между колебательными уровнями различных электронных состояний. В этом случае длина волны генерации обычно попадает в УФ-область спектра. Отдельный класс лазеров, который можно было бы отнести к вибронным лазерам, составляют эксимерные лазеры. В этих лазерах используются переходы между различными электронными состояниями специальных молекул ( эксимеров) с длиной волны излучения, как правило, в УФ-диапазоне. Поэтому целесообразно рассматривать эти лазеры как самостоятельную категорию. [42]

Чем шире область спектра, в которой может перестраиваться и работать лазер, тем он ценнее для исследователя. Они обеспечивают возможность плавно перестраивать длину волны во всем видимом диапазоне, отчасти захватывая даже ближнюю ультрафиолетовую и ближнюю инфракрасную области спектра. Они могут очень эффективно поглощать свет, а затем излучать его в виде когерентного лазерного луча. Во-вторых, были созданы эффективные ультрафиолетовые лазеры. К числу таких лазеров относятся эксимерные лазеры. В них используется излучение молекул, образующихся из реагентов, находящихся в электронно-возбужденных состояниях. Примером может служить криптоно-фторидный лазер. Криптон - инертный газ, который в основном своем состоянии не образует химических связей. Но если возбудить один из его валентных электронов, то такой возбужденный атом криптона по своему химическому поведению похож на атом рубидия. Поэтому молекула, которая образуется при взаимодействии возбужденного криптона с фтором по прочности связи и устойчивости похожа на RbF. Это очень благоприятный фактор, поскольку он позволяет получить такую концентрацию, которая достаточна для создания инверсии заселенностей, и как следствие этого становится возможным и возникновение лазерного излучения. [43]

Страницы: 1 2 3