摘要：

      紫外激光具有波長短、加工精度高、冷加工等特點(diǎn)，在微制造中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，能有效提高制造質(zhì)量美獅貴賓會近年來，隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展，紫外激光的應(yīng)用和發(fā)展也受到了廣泛的關(guān)注美獅貴賓會紫外激光在微加工過程中對材料尺寸和形狀要求小，加工過程靈活可變，熱影響面積小，可實(shí)現(xiàn)精密復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工美獅貴賓會本文簡要總結(jié)了準(zhǔn)分子激光和全固態(tài)激光的工作原理和技術(shù)特點(diǎn)美獅貴賓會重點(diǎn)介紹了紫外激光在半導(dǎo)體、光學(xué)元件和聚合物領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，并進(jìn)一步預(yù)測和展望了未來的研究方向美獅貴賓會

1 引言

      隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)需求轉(zhuǎn)變?yōu)槌叽缧?、重量輕、功能多樣化，需要實(shí)現(xiàn)尺寸小、精度高、質(zhì)量高的優(yōu)質(zhì)制造美獅貴賓會傳統(tǒng)的 工藝復(fù)雜，成本高，加工形狀、尺寸、材料 加工精度低、效率低、副產(chǎn)品有限等問題容易導(dǎo)致 污染嚴(yán)重，加工工具磨損嚴(yán)重，成品率低美獅貴賓會與傳統(tǒng)的加工方法相比，激光微加工具有相關(guān)性高、熱影響小、加工效率高、精度和重復(fù)率高、材料選擇性低、加工方法靈活多樣、成本低等優(yōu)點(diǎn)美獅貴賓會所以，它得到了 實(shí)際應(yīng)用和快速發(fā)展美獅貴賓會紫外激光波長短，單光子能量 物質(zhì)原子/分子之間的化學(xué)鍵加工可以直接中斷 材料在光化學(xué)剝離過程中直接形成氣體顆?；蝾w粒 ，對周圍材料影響不大，幾乎沒有熱影響區(qū)，從而獲得高尺寸精度和邊緣質(zhì)量美獅貴賓會

      紫外激光起源于20世紀(jì)60年代的[1]美獅貴賓會蘇聯(lián)是世界上第一臺紫外激光器，Basov等[2]使用 Xe第一次獲得 波長172nm 準(zhǔn)分子激光美獅貴賓會隨后出現(xiàn) XeF、 KrF、ArF 等準(zhǔn)分子激光器[3-5]美獅貴賓會需要準(zhǔn)分子激光器 人們開始關(guān)注固體激光器的研發(fā)，繼續(xù)使用腐蝕性鹵素氣體美獅貴賓會1989年，浙江大學(xué)尤晨華教授[6]使用非線性晶體 BBO 制得216nm深紫外激光美獅貴賓會Koji 等 人[7]使用非線性晶體CLBO輸出 20 W、266 nm脈沖紫 外激光輸出取得突破美獅貴賓會加工光學(xué)元件 隨著技術(shù)的日益成熟，紫外激光的譜線不再局限于 355 nm、266 nm 和 213 nm美獅貴賓會2006 年，Johansson 等人[8]KTP 晶體(PPKTP)和 BBO 晶體對調(diào) Q 946 nm 激光四倍頻處理， 20 mW 的 236 nm紫外激光輸出美獅貴賓會Kimmel 等人[9]開發(fā)新的 型調(diào)Q Nd:YAG脈沖激光器的輸出波長為 237 nm，輸出脈寬為 1.9 ns，平均功率為 7.6 mW美獅貴賓會2014 年，Deyra 等[10]Q Nd:YAG 脈沖激光器進(jìn)一步優(yōu)化 600 mW的 237 nm當(dāng)時是 237 nm 紫外波段獲得的較高平均功率美獅貴賓會

      目前，光譜物理、相關(guān)性、占據(jù)了 紫外激光在高端市場美獅貴賓會 Quasar 高功率 紫外激光器具有高脈沖頻率和高功率紫外輸出的特點(diǎn)美獅貴賓會該產(chǎn)品不僅可以調(diào)節(jié)脈沖寬度，還可以編程波形 ，為產(chǎn)品提供高工藝靈活性和可控性，大大提高了加工能力和效率美獅貴賓會Quasar 穩(wěn)定性高，使用壽命長，可保證 長期連續(xù)運(yùn)行24/7美獅貴賓會同時，國內(nèi) 華日、英谷、瑞豐恒等企業(yè)也取得了長足的發(fā)展美獅貴賓會2009年，華日激光開始開發(fā)納秒級 紫外激光美獅貴賓會經(jīng)過8 隨著年的發(fā)展，華日每月可生產(chǎn)600臺納秒紫外激光美獅貴賓會2015年，華日成功收購 加 Attodyne，在多倫多建立了世界領(lǐng)先的超快激光研發(fā)中心美獅貴賓會

      近年來，紫外激光是工業(yè)激光市場增長較快的 的一部分美獅貴賓會紫外激光，特別是準(zhǔn)分子激光和全固態(tài)紫外激光，已成為一個新的研究熱點(diǎn)美獅貴賓會本文在介紹這兩種紫外激光的工作原理和近年來國內(nèi)外研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了紫外激光在激光微加工中的應(yīng)用，預(yù)測和展望了紫外激光微加工的未來研究方向美獅貴賓會

2 紫外激光器

      氣體主要分為氣體和固體美獅貴賓會 介質(zhì)通過電子束或脈沖放電 碰撞刺激氣體顆粒達(dá)到一定的高能水平，從而產(chǎn)生紫外線激光美獅貴賓會固體介質(zhì)通過一次或多次紅外 紫外激光接近紅外激光美獅貴賓會激光器主要包括準(zhǔn)分子激光器和全固態(tài)激光器美獅貴賓會

2.1.準(zhǔn)分子激光器

      以準(zhǔn)分子為工作介質(zhì)的氣體 激光器主要是稀有氣體(Ar,Kr,Xe等)和 鹵族元素(F,Cl,Br等)，泵通常以電子束或脈沖放電的形式(如圖1所示)美獅貴賓會稀有氣體原子的基態(tài) 刺激后，核電子跳到更高的能量軌道，改變較外層電子的結(jié)構(gòu)，與其他原子結(jié)合形成 當(dāng)刺激分子跳回基態(tài)時，分子分解成 原分離原子通過諧振腔以光子的形式釋放能量 放大，成為高能紫外激光美獅貴賓會準(zhǔn)分子激光 使用不同的工作介質(zhì)輸出不同的激光波長，如 Xe2F激光器能輸出較長波長(610)±65) nm，Ar較短波長126nm美獅貴賓會常見的準(zhǔn)分子激光器包括 ArF 激光器(193 nm)，KrF 激光器(248 nm)和 XeCl 激光(308 nm)等美獅貴賓會

2.2.全固態(tài)激光器

      全固態(tài)激光功率高，穩(wěn)定性好，光束 具有質(zhì)量高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊美獅貴賓會固體 紫外激光生產(chǎn)過程主要分為以下兩個步驟： 1） 泵光源通過激光內(nèi)光路照射到增強(qiáng)介質(zhì)上 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，紅外光作為諧振腔內(nèi)的基波；2) 基波在諧振腔內(nèi)通過鏡片透射和反射振蕩 諧振腔輸出所需的紫外光譜美獅貴賓會紫外固體激光器主要分為紫外固體激光器 燈泵和激光二極管(LD)泵浦，其中LD紫 外固體激光器又稱全固體激光器，其光路原理如圖2所示美獅貴賓會

目前，全固態(tài)激光廣泛應(yīng)用于增強(qiáng)介質(zhì) Nd:YAG和 Nd:YVO兩者的主要物理性質(zhì)如表1所示美獅貴賓會Nd:YAG 晶體導(dǎo)熱性好，熒光壽命長，激光系統(tǒng)硬件 散熱要求低，能滿足脈沖激光和大功率激光 工作和使用要求美獅貴賓會Nd:YAG 晶體較高 機(jī)械強(qiáng)度，對激光波長范圍內(nèi)的光具有較高的透光率，能獲得較好的光束質(zhì)量美獅貴賓會Nd:YAG晶體已成為 LD增強(qiáng)介質(zhì)是泵浦紫外固體激光器的首選美獅貴賓會

相比于Nd:YAG，Nd:YVO4它是一種單軸晶體，在使用過程中具有較高的吸收帶寬和輸出偏振光，但由于其自身的物理和機(jī)械性能，不能制備大型優(yōu)質(zhì)晶體，晶體熱導(dǎo)率小，部分用于小功率激光和薄片激光 美獅貴賓會紫外激光的頻率轉(zhuǎn)換方法主要包括：1） 非線性晶體直接處理紅外激光三、四、五諧波三、四、五諧波；2) 首先使用 雙頻處理制造二次諧波，然后利用和頻技術(shù)制造二次諧波 三倍頻紫外激光與基波混合美獅貴賓會后者比前者更有效，因?yàn)槎畏蔷€性極化美獅貴賓會實(shí)現(xiàn)激光 非線性晶體直接影響基波頻率轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件 輸出功率的大小和光束的質(zhì)量美獅貴賓會常見的紫外激光器 主要包括非線性晶體 LBO(三硼酸鋰，LiB3O5)和 KTP(磷酸鈦氧鉀，KTiOPO4)美獅貴賓會如表2所示美獅貴賓會LBO 倍頻系數(shù)高，透光波段寬，光學(xué)均勻性高美獅貴賓會LBO或通過溫度調(diào)節(jié) 臨界相位匹配可用于非臨界相位匹配美獅貴賓會激光損傷 閾值高，廣泛應(yīng)用于二級諧波、三級諧波、四級諧波 諧波及其和頻、差頻處理等領(lǐng)域美獅貴賓會KTP 晶體的光學(xué)波長范圍為 350 nm~4500 nm，硬度高，不易潮解，化學(xué)性能穩(wěn)定美獅貴賓會目前主要用于 Nd:YAG 激光內(nèi)腔倍頻處理美獅貴賓會

      中國已成為世界上唯一掌握深紫外全固態(tài)激光技術(shù)和實(shí)用性的國家美獅貴賓會研究人員研究了非線性光學(xué)晶體 氟硼鈹酸鉀晶體(KBBF)，國際上率先制造大尺寸 KBBF 并針對晶體 KBBF 晶體發(fā)明的特殊棱鏡耦合器 深紫外固態(tài)激光源[13] 3 不需要根據(jù)匹配角直接實(shí)現(xiàn)激光的倍頻輸出美獅貴賓會

      此外，中國科學(xué)院成功開發(fā)了深紫外光譜儀和深紫外光譜儀 紫外線電子發(fā)射顯微鏡等8種國際先進(jìn)的深紫外線*設(shè)備，拉曼光譜儀、光發(fā)光譜儀、光耦合掃描隧道 顯微鏡擴(kuò)展到深紫外激光波段 主要技術(shù)指標(biāo)(能量分辨率、動量分辨率和旋轉(zhuǎn)分辨率) 和光發(fā)射電子顯微鏡測量精度成量級，促進(jìn)科學(xué) 儀器行業(yè)發(fā)揮了積極作用美獅貴賓會(本次發(fā)射僅為節(jié)選、節(jié)選、推送)

來源：光行天下