An article to understand what is UV DPSS Laser Source

 

1 Introduction

 

With the rapid development of science and technology, more portable, efficient, miniaturized, multi-functional and high-quality laser instruments and equipment are required in electronics, medical treatment, biology and materials. At present, the wavelengths of common lasers are infrared and visible light. Traditional laser tools, processes and technologies have problems such as low efficiency, complex operation, high cost, limited range, serious loss, and low accuracy. In recent decades, ultraviolet lasers have been repeatedly researched and breakthroughs by scientists because of their relatively high coherence, more convenience, stability and reliability, low cost, tunability, small size, high efficiency, high precision and practicality.

 

2. Ultraviolet Laser

 

Ultraviolet lasers are mainly divided into gas ultraviolet lasers and solid ultraviolet solid-state lasers. Under the action of the pump source, the working medium reaches the excited state by absorbing the external energy. After the population inversion, the gain is greater than the loss, and the light is amplified. Part of the amplified light feedback continues to be excited to generate oscillation in the resonant cavity to generate laser light. The gas medium mainly uses pulse or electron beam discharge, and the gas particles are excited from the low energy level to the high energy level through the collision between electrons to generate excited transitions to obtain ultraviolet laser light. The solid medium is a non-linear frequency-doubling crystal to generate an ultraviolet laser that radiates outward after one or more frequency conversions. Excimer and all-solid-state UV lasers are commonly used in laser processing and processing [1]. The classification of UV lasers is shown in Table 1.

 

 

 

2.1. Excimer Lasers

 

Gas UV lasers mainly include excimer lasers, argon ion lasers, nitrogen molecular lasers, fluorine molecular lasers, helium-cadmium lasers, etc. Excimer lasers etc. are commonly used for laser processing [2]. Excimer laser is a gas laser with excimer as the working substance. It is also a pulsed laser. Since the birth of the first excimer laser in 1971 [3], it has great research significance. An excimer is an unstable compound molecule that breaks down into atoms under certain circumstances. Repetition frequency and average power are the criteria for judging excimer lasers. A certain proportion of Ar, Kr, Xe and other rare gases mixed with F, Cl, Br and other halogen elements are the main working substances of ultraviolet gas lasers. The pumping method is achieved by electron beam or pulse discharge. After the noble gas atoms and rare gas atoms in the ground state are excited, the extranuclear electrons are excited to a higher orbit, so that the outermost electron layer is filled, and combined with other atoms to form excimers, which then transition back to the ground state and then decompose into The original atom and the remaining energy are separated in the form of photons and finally the ultraviolet laser is obtained through the amplification of the resonant cavity, as shown in Fig. 1 [1]. Liquid xenon was the working substance of early excimer lasers. Excimer lasers now include ArF lasers at 193 nm, KrF lasers at 248 nm, and XeCl lasers at 308 nm.

 

 

 

2.2. Solid-state UV lasers

 

The outstanding advantages of all-solid-state UV lasers are convenience, small size, high reliability and stable operation. The most commonly used Nd:YAG crystal is used for LD pumping, and then frequency doubling is shown in Figure 2 [4].

 

 

 

The main steps of generating UV solid-state lasers are: firstly, the pump light source in the laser is irradiated on the reinforcing medium to achieve population inversion [5], the fundamental red light is formed and oscillated in the resonator, and then passes through one or more nonlinear nonlinearities. Frequency doubling in the crystal cavity, after transmission and reflection, the desired ultraviolet laser is finally output from the resonant cavity. Ultraviolet solid-state lasers are usually obtained by LD diode pumping and lamp pumping. The all-solid-state UV laser is an LD-pumped UV solid-state laser, and its optical circuit principle is shown in Figure 3 [1].

 

Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminum garnet) and Nd:YVO4 (neodymium-doped yttrium vanadate) are two of the more common reinforcement dielectric crystals. The commonly used method to enhance the resonant cavity is to use a small semiconductor laser diode LD with a wavelength of 808 nm to pump a Nd:YVO4 laser crystal to generate near-infrared light at 1064 nm, and frequency doubling in the cavity to output a green light with a wavelength of 532 nm, which is then fed into the enhanced cavity. The resonator frequency quadruples, the output wavelength of deep ultraviolet laser is 266nm, and the input threshold of fundamental frequency green light can be as low as 215 mW [6]. Compared with Nd:YAG, Nd:YVO4 laser crystal has a larger gain cross-section, which is 4 times that of Nd:YAG; the absorption coefficient is large, which is 5 times that of Nd:YAG, and has the advantages of low laser threshold. Nd:YAG crystal has relatively high mechanical strength, high light transmittance, long fluorescent life, and does not require an excessively severe cooling system. At present, UV solid-state lasers are usually used at home and abroad, and Nd:YAG crystal is selected as the gain medium.

 

3. Application of UV Laser

 

Ultraviolet laser processing has many advantages, and it is also the preferred technology in the development of scientific and technological information. First, the ultraviolet laser can output ultra-short wavelength laser light, which can accurately process ultra-small and fine materials; secondly, the "cold treatment" of the ultraviolet laser will not destroy the material itself as a whole, but only treat the surface; and basically no thermal damage is affected [7] ; Some materials cannot effectively absorb visible light and infrared lasers and cannot be processed. The biggest advantage of ultraviolet is that basically all materials have a wide range of ultraviolet light absorption [8]. Ultraviolet lasers, especially solid-state ultraviolet lasers, are compact in structure, small in size, easy to maintain, and easy to mass-produce. Ultraviolet lasers are widely used in processing medical biological materials, forensics in criminal cases, integrated circuit boards, semiconductor industry, low-light components, surgery [9], communications and radar, and laser processing and cutting.

 

3.1. Changing the surface properties of biomaterials

 

In some treatments, many medical materials need to be compatible with human tissues, or even repaired, such as ultraviolet laser treatment of intraocular diseases [10] and rabbit cornea experiments [11] Sometimes it is necessary to change the properties of biological proteins [12] and biological macromolecules Molecular structure [13], adjust the optimal pulse parameters of the excimer UV laser, the experimenters then use 100 nm, 120 nm, 200 nm laser to irradiate the surface of the medical biological material respectively, so as to improve the physical and chemical structure of the material surface without changing the The overall chemical structure of the material, through the comparative experiment of cultured biological cells, significantly improves the compatibility and hydrophilicity of the processed organic biological material with human tissue, which is of great help in medical biological applications [14].

 

3.2. Criminal investigation

 

In the field of criminal investigation, when it is found that fingerprints have the same unique characteristics as DNA, fingerprints can be used as important biological evidence left at the crime scene by criminal suspects. The once-old method resulted in sample damage, making collection and storage of evidence difficult. The current research has outstanding effects on the surface fingerprints of non-permeable objects, such as tapes, photos, and glass. "Ultraviolet luminescence imaging technology" and "ultraviolet laser reflection imaging technology" means that the ultraviolet laser with a wavelength of 266 nm irradiates the latent fingerprint, and passes through the bandpass filters of 266 nm and 340 nm respectively to observe and record the ultraviolet laser on the fingerprint. Detection and adoption collection [15]. Seventy percent of the 120 experimental samples in the experiment were successfully detected. Ultraviolet short-wave technology improves the success rate of potential fingerprints, and it is convenient, quick and easy to control its optical properties, and has broad application prospects in the field of forensic science. UV detection can be used for the detection of common biological materials such as saliva spots, exfoliated cells, blood stains, and hair with follicles. However, the short-wavelength 266 nm ultraviolet laser was used to irradiate the biological samples at a fixed distance and for different lengths of time to extract DNA for analysis. It was found that the short-wavelength 266 nm ultraviolet laser had five common types of fingerprints, blood stains, saliva spots, shed cells, and hair with follicles. The DNA test results of biological evidence have a serious impact, but the detection of biological DNA for hair, including hair follicles, bodily fluids, saliva, and blood stains, has only a small impact. Short-wave ultraviolet laser will affect some DNA biological samples, so the extraction method should be carefully selected according to the role of evidence in criminal investigation and evidence collection [16].

 

3.3. Application of UV laser on integrated circuit board

 

В процессе производства различных печатных плат в промышленной сфере, от первоначального монтажа до производства крошечных и точных встроенных микросхем, требующих передовых технологий, гибких схем, многослойных схем из полимера и меди в платах с интегральной схемой, все это требует сверления микроотверстий и требуется резка [17], а также ремонт и проверка материалов на печатных платах, которые часто требуют микрообработки и обработки. Технология лазерной микрообработки, безусловно, является лучшим выбором для обработки печатных плат. В процессе лазерной обработки рабочая машина не соприкасается с обрабатываемым продуктом, эффективно избегая механического воздействия, быстрой обработки, высокой гибкости и отсутствия особых требований к рабочему месту. Благодаря точной настройке, исследованию и проектированию параметров лазера, микрона следующей величины [18]. Более традиционный метод сверления, используемый на печатных платах, заключается в использовании УФ-лазеров и CO2-лазеров для маркировки неметаллических материалов (CO2-лазеры с длиной волны 10,6 мкм используются для маркировки неметаллических материалов; обычно используются длины волн 1064 нм или 532 нм). для металлов маркировка материала [19]). В настоящее время в основном используется технология обработки ультрафиолетовым лазером, которая может обеспечивать обработку на микронном уровне с высокой точностью, может изготавливать сверхтонкие нулевые устройства и может применяться для обработки микроотверстий лазерных лучей с пятном размером менее 1 мкм. . Однако CO2-лазер в основном пробивает отверстия диаметром 75-150 мм, а небольшие отверстия легко сместить, в то время как УФ-лазер может пробивать отверстия менее 25 мм с высокой точностью и без смещения [20]. Например, в «холодном» обработка печатных плат с медным покрытием с помощью ультрафиолетовых фемтосекундных лазеров, комплексный балансовый метод используется для получения оптимальных параметров процесса, а затем используются характеристики селективного травления для достижения высококачественной, высокоэффективной ширины линии 50 мкм и расстояния между линиями. 20 мкм. На рис. 4 и рис. 5 показан процесс травления тонких линий на поверхности CCL [21].

 

ультрафиолетовый лазер  | зеленый лазер  | Ультрафиолетовые лазеры  | ультрафиолетовый лазер dpss  | наносекундный лазер  | УФ лазерный источник  | Твердотельные лазеры

3.4. Обработка и подготовка слабоосвещенных компонентов

 

В информационную эпоху быстрого развития науки и техники и современной промышленности, чтобы построить больше экспериментальных систем и реализовать больше функций на меньшем пространстве, необходимо ускорить развитие информационных технологий. Что еще более важно, необходимо производить и обрабатывать больше Полнофункциональное устройство, которое миниатюризировано, миниатюризировано и обрабатывает только химические связи на поверхности материала [22]. Он имеет важное прикладное и исследовательское значение в области военной радиолокационной связи [23], лечения, аэрокосмической и биохимии. Можно проводить более глубокую резку и оптимизацию наноразмерных микрооптических компонентов, а также исследовать и разрабатывать приложения, преобразующие функции и характеристики традиционных оптических компонентов. Микрооптические элементы имеют преимущества простоты массового производства, простоты компоновки, компактности, легкости и гибкости, но их основным материалом является кварцевое стекло. Кварцевое стекло склонно к образованию трещин и ямок при нанесении и обращении, оно является твердым и хрупким материалом, что значительно ухудшает его оптические свойства. Таким образом, технология прямой записи «холодной» обработки УФ-лазером [24] значительно повышает эффективность микрооптических устройств, быстро завершает обработку микрооптических компонентов с высокой точностью и микроструктурой, не повреждая материал, и может гибко выполнять обработка различных потребностей больших и малых партий. обработка. Исследования по УФ-УФ обработке кремниевых пластин зарубежными научно-исследовательскими учреждениями проводятся относительно рано [25]. а исследования технологии резки и сечения кремниевых пластин начались позже в Китае [26]. Более десяти лет назад Чжан Фей и другие использовали полностью твердотельный УФ-лазер, разработанный ими для изучения системы микрообработки, и оптимизировали резку трех кремниевых пластин из одного и того же материала (0,18 мм, 0,38 мм, 0,6 мм). , с минимальной апертурой 45 мм. мкм, точность обработки 20 мкм, результаты показывают, что в материале нет трещины, тепловое влияние лазера мало, а разбрызгивание меньше [27], как показано на рисунке 6. 6 мм) с минимальной апертурой 45 мм. мкм, точность обработки 20 мкм, результаты показывают, что в материале нет трещины, тепловое влияние лазера мало, а разбрызгивание меньше [27], как показано на рисунке 6. 6 мм) с минимальной апертурой 45 мм. мкм, точность обработки 20 мкм, результаты показывают, что в материале нет трещины, тепловое влияние лазера мало, а разбрызгивание меньше [27], как показано на рисунке 6.

 

3.5. Применение УФ-лазера в полупроводниковой промышленности

 

В последние годы все больше внимания уделяется микрообработке полупроводниковых материалов УФ-лазером. В интегральных схемах очень распространены тысячи компонентов плотной схемы, поэтому требуются некоторые высокоточные методы обработки и обработки [28], а также существуют некоторые высокоточные приборы и устройства для полупроводниковых материалов, таких как кремний и сапфир. Микрообработка опирается на ультрафиолетовые лазеры и изучает спектральные свойства тонких пленок [29]. В то же время ультрафиолетовые лазеры также могут увеличить коэффициент использования световой энергии кремниевыми материалами, а также могут изменить микроструктуру поверхности кремния, что полезно для исследований и разработок солнечных панелей. Например, двухмерная микрорешетка и так далее.

 

В 2018 году Ли Циси и соавт. использовали полностью твердотельный ультрафиолетовый лазер с длиной волны 355 нм для изучения поверхности и глубины гравировки, гладкости нижней поверхности и вертикальности канала боросиликатного стекла, а также экспериментально проанализировали и оптимизировали параметры обработки. , Вертикальный и плоский микроканал из боросиликатного стекла [30] показан на рисунке 7.

 

 

4. Вывод

 

За эти десятилетия разработок и исследований технология и применение УФ-лазеров становились все более обширными и зрелыми. Его наиболее характерная технология тонкой «холодной» обработки позволяет выполнять микрообработку и обработку поверхности без изменения физических свойств объекта. , широко используется в коммуникациях, оптике, вооруженных силах, уголовном расследовании, медицине и других отраслях и областях. Например, эпоха 5G породила рыночный спрос на обработку FPC. С дальнейшим развитием индустрии 5G и стремлением крупных производителей электронных продуктов к гибким OLED-дисплеям рыночный спрос на гибкие печатные платы FPC быстро растет, и спрос на ультрафиолетовые лазеры также будет быстро расти. . Ожидается, что эта тенденция развития будет способствовать быстрому развитию самой УФ-технологии. для достижения большего прорыва в мощности и длительности импульса, а также для расширения новых областей применения. Применение ультрафиолетовых лазерных станков позволяет выполнять точную холодную обработку FPC и других материалов, а постепенное увеличение FPC способствовало развертыванию 5G. Характеристики 5G с малой задержкой принесли новую волну технологий, таких как облачные технологии, Интернет вещей, беспилотное вождение и виртуальная реальность. Технологическое развитие обеспечивает бесконечную жизненную силу. Конечно, это дополняющая концепция, и новые технологии и новые приложения в конечном итоге будут способствовать дальнейшему развитию УФ-лазеров. Применение ультрафиолетовых лазерных станков позволяет выполнять точную холодную обработку FPC и других материалов, а постепенное увеличение FPC способствовало развертыванию 5G. Характеристики 5G с малой задержкой принесли новую волну технологий, таких как облачные технологии, Интернет вещей, беспилотное вождение и виртуальная реальность. Технологическое развитие обеспечивает бесконечную жизненную силу. Конечно, это дополняющая концепция, и новые технологии и новые приложения в конечном итоге будут способствовать дальнейшему развитию УФ-лазеров. Применение ультрафиолетовых лазерных станков позволяет выполнять точную холодную обработку FPC и других материалов, а постепенное увеличение FPC способствовало развертыванию 5G. Характеристики 5G с малой задержкой принесли новую волну технологий, таких как облачные технологии, Интернет вещей, беспилотное вождение и виртуальная реальность. Технологическое развитие обеспечивает бесконечную жизненную силу. Конечно, это дополняющая концепция, и новые технологии и новые приложения в конечном итоге будут способствовать дальнейшему развитию УФ-лазеров.

 

С появлением все новых и новых кристаллов, удваивающих частоту, и усиливающих сред, ультрафиолетовые лазеры с более короткими длинами волн и более высокой мощностью будут использоваться в большем количестве отраслей в будущем, способствуя развитию всех сфер жизни. Интеллект, высокая эффективность и точность, высокая частота повторения и высокая стабильность - это тенденции будущего развития.