مقدمه
با پیشرفت سریع تکنولوژی، نیاز به تجهیزات لیزری سبک تر، کارآمدتر، کوچکتر، چند منظوره و با کیفیت بالا برای الکترونیک، درمان پزشکی، زیست شناسی و مواد وجود دارد. لیزرهای رایج در حال حاضر در طول موج های مادون قرمز و مرئی در دسترس هستند. ابزارها، فرآیندها و فناوریهای لیزر سنتی از راندمان پایین، عملیات پیچیده، هزینههای بالا، برد محدود، تلفات شدید و دقت پایین رنج میبرند. لیزرهای فرابنفش به دلیل انسجام نسبتاً بالا، راحتی، پایداری و قابلیت اطمینان، هزینه کم، قابلیت تنظیم، اندازه کوچک، راندمان بالا، دقت و کاربردی بودن، در دهههای اخیر بارها توسط دانشمندان مورد تحقیق قرار گرفتهاند.
2. لیزر UV
لیزرهای UV عمدتاً به لیزرهای UV گازی و لیزرهای حالت جامد UV جامد تقسیم می شوند. محیط کار با جذب انرژی خارجی تحت عمل منبع پمپ به حالت برانگیخته می رسد و پس از اینکه بهره وارونگی عدد ذره از تلفات بیشتر شد، نور تقویت شده و بخشی از نور تقویت شده برای ادامه تحریک به عقب برگشت داده می شود. ایجاد نوسان در حفره تشدید برای تولید لیزر. رسانههای گاز عمدتاً در تخلیههای پالسی یا پرتوی الکترونی استفاده میشوند، جایی که برخورد بین الکترونها ذرات گاز را از سطوح انرژی پایین به سطوح انرژی بالا تحریک میکند تا جهشهای برانگیخته برای تولید لیزرهای UV ایجاد شود. محیط جامد یک کریستال دوبرابر فرکانس غیر خطی است که نور لیزر UV به بیرون را پس از یک یا چند تغییر فرکانس تولید می کند. لیزرهای اکسایمر و UV حالت تمام جامد معمولاً برای پردازش و جابجایی لیزر استفاده میشوند.
2.1. لیزرهای اگزایمر
لیزرهای اصلی UV گاز عبارتند از: لیزرهای اگزایمر، لیزرهای یون آرگون، لیزرهای مولکولی نیتروژن، لیزرهای مولکولی فلوئور، لیزرهای هلیوم کادمیوم و غیره. لیزرهای اگزایمر و غیره معمولاً برای پردازش لیزر استفاده می شوند. لیزرهای اگزایمر، لیزرهای گازی هستند که ماده فعال آن اگزایمر است. آنها همچنین لیزرهای پالسی هستند و از زمانی که اولین لیزر اگزایمر در سال 1971 ایجاد شد، مورد توجه تحقیقاتی زیادی قرار گرفتند. اگزایمر یک مولکول ترکیبی ناپایدار است که تحت شرایط خاصی به اتم ها تجزیه می شود. فرکانس تکرار و توان متوسط مبنای قضاوت در مورد لیزرهای اگزایمر است. نسبت معینی از گازهای کمیاب مانند Ar، Kr و Xe که با عناصر هالوژنی مانند F، Cl و Br مخلوط شده اند، مواد اصلی کار لیزرهای گاز UV هستند که با استفاده از پرتوهای الکترونی یا تخلیه پالسی پمپ می شوند. هنگامی که اتمهای گازهای نجیب و کمیاب در حالت پایه برانگیخته میشوند، الکترونهای خارج از هسته به اوربیتالهای بالاتر برانگیخته میشوند، به طوری که بیرونیترین لایه الکترونی پر شده و با اتمهای دیگر ترکیب میشود و شبه مولکولهایی را تشکیل میدهند که سپس به اوربیتالهای بالاتر میپرند. حالت پایه و شکسته شدن به اتم های اصلی. زنون مایع ماده موثر برای لیزرهای اگزایمر اولیه بود. لیزرهای اگزایمر امروزی نیز شامل لیزر ArF در 193 نانومتر، لیزر KrF در 248 نانومتر و لیزر XeCl در 308 نانومتر است.
2.2. لیزرهای UV حالت جامد
مزایای برجسته لیزرهای UV حالت جامد اندازه کوچک مناسب، قابلیت اطمینان بالا و پایداری عملیاتی آنها است. رایج ترین مورد استفاده، کریستال معمولی Nd:YAG برای پمپاژ LD است که سپس فرکانس آن دو برابر می شود.
مراحل اصلی در تولید لیزر حالت جامد UV ابتدا پمپاژ منبع نور در لیزر به محیط تقویت کننده برای دستیابی به وارونگی عدد ذرات، تشکیل و نوسان نور قرمز اساسی در حفره تشدید است، سپس دو برابر شدن فرکانس در حفره توسط یک یا چند کریستال غیر خطی و در نهایت خروجی لیزر UV مورد نظر از حفره تشدید پس از انتقال و انعکاس. لیزرهای حالت جامد UV معمولاً با استفاده از روش های پمپاژ دیود LD و پمپاژ لامپ به دست می آیند. لیزرهای UV تمام حالت جامد، لیزرهای UV حالت جامد با پمپ LD هستند.
Nd:YAG (گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با نئودیمیم) و Nd:YVO4 (ایتریم وانادات دوپ شده با نئودیمیم) دو نوع از رایجترین کریستالهای رسانه تقویتشده هستند. یک روش رایج برای تقویت حفره های تشدید، استفاده از یک دیود لیزر نیمه هادی کوچک LD است که با یک کریستال لیزر Nd:YVO4 در طول موج 808 نانومتر پمپ می شود تا نور مادون قرمز نزدیک در 1064 نانومتر تولید شود. در مقایسه با Nd:YAG، کریستال لیزر Nd:YVO4 دارای سطح مقطع بهره بزرگتر، چهار برابر Nd:YAG، ضریب جذب بزرگتر، پنج برابر Nd:YAG و آستانه لیزر کمتر است. در مقایسه با Nd:YAG، کریستال لیزر Nd:YVO4 دارای سطح مقطع بهره بزرگتر، چهار برابر Nd:YAG، ضریب جذب بزرگتر، پنج برابر Nd:YAG و آستانه لیزر کمتر است. کریستال های Nd:YAG دارای استحکام مکانیکی بالا، انتقال نور بالا، عمر فلورسانس طولانی هستند و نیازی به سیستم خنک کننده و اتلاف گرمای شدید ندارند.
3. کاربردهای لیزر UV
پردازش لیزر UV مزایای زیادی دارد و در حال حاضر فناوری انتخابی در توسعه اطلاعات فناوری است. در مرحله اول، لیزر UV می تواند طول موج های بسیار کوتاه نور لیزر را تولید کند، که می تواند دقیقاً با مواد بسیار کوچک و ظریف مقابله کند. ثانیا، "درمان سرد" لیزر UV خود مواد را به طور کلی از بین نمی برد، بلکه فقط سطح آن را درمان می کند. علاوه بر این، اساساً هیچ اثری از آسیب حرارتی وجود ندارد. برخی از مواد لیزرهای مرئی و مادون قرمز را به طور موثر جذب نمی کنند و پردازش آنها را غیرممکن می کند. بزرگترین مزیت UV این است که اساساً همه مواد نور ماوراء بنفش را به طور گستردهتری جذب میکنند. لیزرهای UV، به ویژه لیزرهای UV حالت جامد، فشرده و کوچک هستند، نگهداری آنها ساده است و تولید آن در مقادیر زیاد آسان است. لیزرهای UV در طیف گسترده ای از کاربردها در پردازش مواد زیستی پزشکی، پزشکی قانونی در پرونده های جنایی، بردهای مدار مجتمع، صنایع نیمه هادی، قطعات میکرواپتیکال، جراحی، ارتباطات و رادار، و پردازش و برش لیزری استفاده می شوند.
3.1. اصلاح خواص سطحی مواد بیولوژیکی
در برخی از درمانها، بسیاری از مواد پزشکی باید با بافت انسان سازگار باشند یا حتی ترمیم شوند، مانند درمان بیماریهای داخل چشمی با لیزر ماوراء بنفش و آزمایشهای روی قرنیه خرگوش که گاهی نیاز به تغییر در خواص پروتئین بیولوژیکی و ساختارهای بیومولکولی دارد. پس از تنظیم پارامترهای پالس بهینه لیزر UV اگزایمر، آزمایشگران به ترتیب با لیزرهای 100، 120 و 200 نانومتر سطح مواد زیستی پزشکی را تحت تابش قرار دادند، بنابراین ساختار فیزیکوشیمیایی سطح ماده بهبود یافت و ساختار شیمیایی کلی تغییر نکرد. از طریق آزمایشهای مقایسهای با سلولهای بیولوژیکی کشتشده، بیومواد آلی تیمار شده را بهطور قابلتوجهی سازگارتر و آبدوستتر با بافتهای انسانی میکند، که کمک بزرگی در کاربردهای بیولوژیکی پزشکی است.
3.2. در زمینه تحقیقات جنایی
در زمینه تحقیقات جنایی، اثر انگشت به عنوان شواهد بیولوژیکی مهمی که توسط مظنونان در پرونده های جنایی در صحنه جرم باقی مانده است، استفاده شده است، زیرا کشف شد که اثر انگشت مانند DNA منحصر به فرد است. زمانی که روشهای قدیمی میتوانند منجر به آسیب نمونه شده و جمعآوری و نگهداری نمایشگاهها را دشوار کنند. تحقیقات کنونی نتایج برجسته ای برای اثر انگشت های غیرقابل نفوذ سطح اشیاء مانند ظاهر نوار، عکس، شیشه و غیره دارد. تصویربرداری لومینسانس UV" و "تصویربرداری بازتاب لیزر UV" برای مشاهده و ثبت تشخیص و جمعآوری اثر انگشت توسط تابش لیزر UV اثر انگشت بالقوه از طریق فیلترهای باند گذر به ترتیب در طول موجهای 266 و 340 نانومتر استفاده میشود. 70 درصد از 120 نمونه آزمایششده در این آزمایش با موفقیت شناسایی شد. تکنیک موج کوتاه UV میزان موفقیت اثرانگشت بالقوه را افزایش میدهد و سهولت و سرعتی که با آن میتوان خواص نوری را کنترل کرد، آن را برای استفاده در علم دادگاه امیدوار میکند. لکههای بزاق در محل، سلول های لایه برداری شده، لکه های خون، مو با فولیکول های مو و سایر نمونه های بیولوژیکی رایج را می توان با تشخیص اشعه ماوراء بنفش تشخیص داد، اما زمانی که لیزر UV موج کوتاه 266 نانومتری برای تابش نمونه های بیولوژیکی در فاصله ثابت و در مدت زمان های مختلف و سپس استخراج استفاده شد. DNA، مشخص شد که لیزر UV موج کوتاه 266 نانومتری تأثیر جدی بر نتایج DNA از پنج نوع رایج شواهد بیولوژیکی دارد: اثر انگشت، b. لکههای بد، لکههای بزاق، سلولهای ریخته شده و موهای دارای فولیکولهای مو، اما فقط به میزان کمتری در تشخیص DAN بیولوژیکی برای مو از جمله فولیکولهای مو، بزاق و لکههای خونی. لیزرهای فرابنفش موج کوتاه می توانند بر روی برخی از مواد زیستی DNA تأثیر بگذارند، بنابراین روش استخراج باید به دلیل ارزش اثباتی آن در طول تحقیقات پزشکی قانونی با دقت انتخاب شود.
3.3. کاربرد لیزر UV بر روی بردهای مدار مجتمع
تولید طیف گستردهای از بردهای مدار در صنعت، از سیمکشی اولیه تا تولید تراشههای جاسازی شده دقیق که نیازمند فرآیندهای پیشرفته هستند، مدارهای انعطافپذیر در برد مدارهای مجتمع، مدارهای چند لایه در پلیمرها و مس، همگی نیازمند حفاری و برش ریز سوراخ هستند. و همچنین تعمیر و بازرسی مواد روی تخته ها، که اغلب نیاز به استفاده از میکروساخت و پردازش دارد. فناوری ریزماشین کاری لیزری به وضوح بهترین انتخاب برای پردازش بردهای مدار است. لیزر در طول فرآیند با محصولی که قرار است پردازش شود تماس پیدا نمی کند، به طور موثری از نیروهای مکانیکی جلوگیری می کند، و در نتیجه پردازش سریع، انعطاف پذیری بالا و عدم نیاز خاص برای محل کار، که می تواند از طریق تنظیم دقیق لیزر به اندازه های زیر میکرون برسد. پارامترها و طرح تحقیق روشهای سنتیتر حفاری مورد استفاده در مدارهای مدار، استفاده از لیزرهای UV و لیزرهای CO2 برای علامتگذاری غیرفلزی است (لیزرهای CO2 با طول موج 10.6 میکرومتر برای علامتگذاری مواد غیرفلزی استفاده میشوند؛ طول موجهای 1064 نانومتر یا 532 نانومتر عموماً استفاده میشوند. برای علامت گذاری مواد فلزی استفاده می شود). در حال حاضر، فناوری پردازش لیزر UV هنوز به طور عمده مورد استفاده قرار می گیرد، که می تواند به پردازش در سطح میکرون، دقت بالا دست یابد، می تواند دستگاه های بسیار ریز میکرو صفر تولید کند، می تواند در نقطه کمتر از 1 میکرومتر از پرتو لیزر میکرو سوراخ اعمال شود. در حال پردازش. با این حال، لیزرهای CO2 عمدتاً برای حفرههای بین 75 تا 150 میلیمتر استفاده میشوند و در حفرههای کوچک مستعد ناهماهنگی هستند، در حالی که لیزرهای UV را میتوان برای حفرههای تا 25 میلیمتر با دقت بالا و بدون انحراف استفاده کرد. به عنوان مثال، در پردازش "سرد" تخته های مدار با روکش مسی با لیزرهای فمتوثانیه UV، از یک روش متعادل کننده جامع برای به دست آوردن پارامترهای فرآیند بهینه استفاده می شود و سپس از خواص اچینگ انتخابی برای دستیابی به کیفیت بالا و راندمان بالا استفاده می شود. حکاکی خط میکرو سطوح مسی با عرض خط 50 میکرومتر و گام خط 20 میکرومتر.
3.4 پردازش و آماده سازی اجزای میکرو نوری
در عصر فناوری اطلاعات و توسعه سریع صنعت مدرن، نیاز به ساخت سیستم های آزمایشی بیشتر در فضای کوچکتر و دستیابی به کارکردهای بیشتر مستلزم توسعه شتابان فناوری اطلاعات و مهمتر از آن تولید سیستم های کوچکتر، کوچکتر و کاملتر است. دستگاه های کاربردی که فقط پیوندهای شیمیایی روی سطح ماده را پردازش می کنند. کاربردها و ارزش تحقیقاتی مهمی در زمینه های ارتباط راداری نظامی، پزشکی درمانی، هوافضا و بیوشیمی دارد. برش و بهینهسازی عمیقتر و تحقیق و توسعه برنامههای کاربردی بر روی اجزای میکرواپتیکی در مقیاس نانو امکانپذیر است که عملکرد و خواص اجزای نوری سنتی را تغییر میدهد. میکرو اپتیک ها این مزیت را دارند که تولید انبوه آسان، آرایه آسان، کوچک، سبک و انعطاف پذیر است، اما ماده اصلی شیشه کوارتز است. شیشه کوارتز در حین استفاده و جابجایی در معرض ترک خوردن و ایجاد دهانه است و ماده ای سخت و شکننده است که خواص نوری آن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. در نتیجه، فناوری پردازش "سرد" نوشتن مستقیم لیزر UV، کارایی دستگاههای میکرواپتیکی را تا حد زیادی بهبود بخشیده است و پردازش سریع اجزای میکرواپتیکی را با دقت بالا و ساختار ظریف بدون آسیب رساندن به مواد امکانپذیر میسازد و امکان پردازش انعطافپذیر را فراهم میکند. دسته های بزرگ و کوچک با نیازهای مختلف. در حالی که موسسات تحقیقاتی خارجی پردازش UV-UV ویفرهای سیلیکونی را قبلاً مطالعه کردهاند، تحقیقات داخلی در مورد فناوری برش ویفر سیلیکونی و جنبههای آن تنها پس از شروع نسبتاً دیر انجام شد. برش بهینه سه ویفر سیلیکونی از یک ماده (0.18 میلی متر، 0.38 میلی متر و 0.6 میلی متر) با حداقل دیافراگم 45 میکرومتر و دقت ماشینکاری 20 میکرومتر، بدون ترک در مواد، تاثیر حرارتی کمتر لیزر و پاشش کمتر.
3.4. کاربردهای لیزر UV در صنعت نیمه هادی ها
ریزماشین کاری مواد نیمه هادی با لیزر UV در سال های اخیر مورد توجه فزاینده ای قرار گرفته است. هزاران قطعه مدار متراکم در مدارهای مجتمع بسیار متداول هستند، بنابراین برخی از روشهای پردازش و پردازش با دقت بالا و همچنین برخی ابزارها و دستگاههای با دقت بالا مانند مواد نیمهرسانای سیلیکون و یاقوت کبود و سایر لایههای نازک نیمهرسانای ریزپردازش دقیق مورد نیاز است. لیزر UV و بررسی خواص طیفی فیلم، در حالی که لیزر UV همچنین می تواند استفاده از انرژی نور مواد سیلیکونی را افزایش دهد، اما همچنین باعث ایجاد تغییرات ریزساختار سطح سیلیکون می شود، که منجر به توسعه پانل های خورشیدی، مانند دو میکرو گریتینگ ابعادی و غیره
4. نکات پایانی
طی دههها توسعه و تحقیق، فناوری و کاربردهای لیزر UV بیش از پیش گستردهتر و بالغتر شدهاند و مشخصهترین فناوری پردازش «سرد» آن، سطوح را بدون تغییر در خواص فیزیکی جسم، ریز پردازش و درمان میکند. به طور گسترده در صنایع و زمینه های مختلف مانند ارتباطات، اپتیک، نظامی، تحقیقات جنایی و درمان پزشکی استفاده می شود. به عنوان مثال، عصر 5G تقاضا برای پردازش FPC را ایجاد می کند. با توسعه بیشتر صنعت 5G و پیگیری نمایشگرهای OLED منعطف توسط تولیدکنندگان بزرگ لوازم الکترونیکی، تقاضا برای بردهای مدار انعطاف پذیر FPC به سرعت در حال رشد است و به همراه آن، تقاضا برای لیزرهای UV نیز در حال افزایش است. امیدواریم این روند منجر به توسعه سریع فناوری UV برای دستیابی به پیشرفتهای بیشتر در قدرت و عرض پالس و همچنین زمینههای کاربردی جدید شود. استفاده از دستگاههای لیزر UV پردازش سرد دقیق موادی مانند FPC را امکانپذیر کرده است، در حالی که افزایش تدریجی FPC باعث استقرار 5G شده است که ویژگیهای تأخیر کم آن فرصتهای نامحدودی را برای امواج جدید توسعه فناوری مانند فناوری ابری فراهم میکند. اینترنت اشیا، بی راننده و واقعیت مجازی. این البته یک مفهوم مکمل است و فناوریها و کاربردهای جدید در نهایت باعث توسعه بیشتر لیزرهای UV میشوند.
با ظهور بیشتر و بیشتر کریستالهای دوبرابر فرکانس و افزایش رسانهها، هر چه طول موج کوتاهتر باشد، قدرت لیزر UV در آینده در صنایع بیشتری برای ترویج توسعه همه اقشار، لیزرهای UV در زمینه پردازش استفاده خواهد شد. باهوش تر، کارآمدتر و دقیق تر، نرخ تکرار بالا، ثبات بالا روند توسعه آینده است.
