Vind meer leveranciersdetails aan het eind van dit artikel, of ga naar onze
U staat er nog niet bij?
Een excimerlaser is een krachtig soort laser die bijna altijd in het ultraviolette (UV) spectrale gebied werkt (→ ultraviolette lasers) en nanoseconde pulsen genereert.
Het excimer gain medium is een gasmengsel, dat gewoonlijk een edelgas (zeldzaam gas) bevat (b.v. argon, krypton of xenon) en een halogeen (b.v. fluor of chloor, b.v. als HCl), naast helium en/of neon als buffergas.Een excimer-gain-medium wordt gepompt met korte (nanoseconde) stroompulsen in een elektrische hoogspanningsontlading (of soms met een elektronenbundel), waardoor zogenaamde excimers (aangeslagen dimeren) ontstaan – moleculen die alleen in de aangeslagen elektronische toestand een gebonden toestand van hun bestanddelen vertegenwoordigen, maar niet in de elektronische grondtoestand. (Strikt genomen is een dimeer een molecuul dat uit twee gelijke atomen bestaat, maar onder de term excimer worden gewoonlijk ook asymmetrische moleculen verstaan, zoals XeCl. De term zeldzame gashalidelasers zou eigenlijk toepasselijker zijn, en de term exciplexlaser wordt soms gebruikt.)Na gestimuleerde of spontane emissie dissocieert de excimer snel, zodat herabsorptie van de opgewekte straling wordt vermeden.Hierdoor is het mogelijk om zelfs bij een matige concentratie excimers een vrij hoge versterking te bereiken.
Als excimerlasers moleculen als versterkingsmedium gebruiken, kunnen ze daarom in principe moleculaire lasers worden genoemd, hoewel de term meestal wordt gebruikt voor lasers die stabiele moleculen gebruiken.
Verschillende soorten excimerlasers zenden doorgaans uit bij golflengten tussen 157 en 351 nm:
| Excimer | Wavelength |
|---|---|
| F2 (fluor) | 157 nm |
| ArF (argonfluoride) | 193 nm |
| KrF (kryptonfluoride) | 248 nm |
| XeBr (xenonbromide) | 282 nm |
| XeCl (xenonchloride) | 308 nm |
| XeF (xenon fluoride) | 351 nm |
Voor verschillende van deze golflengten, zijn gespecialiseerde excimeroptieken (ultravioletoptieken) ontwikkeld, die een hoge optische kwaliteit moeten hebben en in het bijzonder zeer goed bestand moeten zijn tegen het intense ultraviolette licht.
Typische excimerlasers zenden pulsen uit met een herhalingssnelheid tot enkele kilohertz en gemiddelde uitgangsvermogens tussen enkele watts en honderden watts, waardoor zij de krachtigste laserbronnen in het ultraviolette gebied zijn, vooral voor golflengten onder 300 nm.De wall-plug efficiency varieert gewoonlijk tussen 0.
Looptijd van het apparaat
Eerdere excimerlasers hadden een beperkte levensduur als gevolg van een aantal problemen, die bijvoorbeeld voortkwamen uit de corrosieve aard van de gebruikte gassen en de verontreiniging van het gas met chemische bijproducten en stof dat door de elektrische ontlading werd veroorzaakt.Andere uitdagingen zijn het wegsmelten van materiaal van de elektroden en het hoge piekvermogen van de vereiste stroompulsen, waardoor de thyratronschakelaars vaak slechts enkele weken of maanden meegingen.Veel engineering, waarbij b.v. De levensduur van moderne excimerlasers wordt nu beperkt door die van de ultravioletoptiek, die bestand moet zijn tegen hoge fluxen van kortgolvige straling, tot iets van de orde van een paar miljard pulsen.
Toepassingen van Excimer Lasers
De korte golflengten in het ultraviolette spectrale gebied maken een aantal toepassingen mogelijk:
- het genereren van zeer fijne patronen met fotolithografische methoden (microlithografie), bijvoorbeeld bij de produktie van halfgeleiderchips
- laser materiaalbewerking met laser ablatie of lasersnijden (b.v. op polymeren), waarbij gebruik wordt gemaakt van de zeer korte absorptielengten van de orde van enkele micrometers in vele materialen, zodat een matige pulsfluxsterkte van enkele joules per vierkante centimeter volstaat voor ablatie
- pulserende laserdepositie
- lasermarkering en microstructurering van glas en kunststof
- fabricage van fiber Bragg roosters
- oftalmologie (oogchirurgie), in het bijzonder voor gezichtscorrectie door corneahervorming met ArF-lasers bij 193 nm; Gangbare methoden zijn laser in-situ keratomileusis (LASIK) en fotorefractieve keratectomie (PRK)
- psoriasisbehandeling met XeCl-lasers bij 308 nm
- pompen van andere lasers, bijv.b. bepaalde kleurstoflasers
- aanjagers voor kernfusie
Photolithografie bij de vervaardiging van halfgeleiderelementen is een toepassing van groot belang.Hier worden fotoresisten op bewerkte halfgeleiderwafers bestraald met ultraviolet licht met een hoog vermogen via gestructureerde fotomasks.UV-licht met een hoog vermogen, zoals dat kan worden opgewekt met excimer-lasers, is essentieel voor het verkrijgen van korte verwerkingstijden en een navenant hoge verwerkingscapaciteit, terwijl de korte golflengten het mogelijk maken zeer fijne structuren te fabriceren (met geoptimaliseerde technieken zelfs ver onder de optische golflengte).De laatste ontwikkelingen op het gebied van de lithografie vereisen echter nog kortere golflengten in het extreme ultraviolet (EUV), bijvoorbeeld bij 13,5 nm, die niet meer met excimerlasers kunnen worden geproduceerd; bepaalde lasergegenereerde plasmabronnen worden ontwikkeld als de opvolgers voor excimerlasers op dat gebied.Toch valt te verwachten dat excimer lasers nog lange tijd zullen worden gebruikt voor de fabricage van veel halfgeleiderchips, aangezien alleen de meest geavanceerde computerchips nog fijnere structuren vereisen dan met dergelijke technieken mogelijk zijn.
Veiligheid van de laser
Merk op dat excimer lasers een aantal veiligheidsproblemen met zich meebrengen, in verband met het gebruik van hoge spanningen, de omgang met giftige gassen (halogenen) en het risico van huidkanker en oogletsel door bestraling met ultraviolet licht.
Excimerlampen
Er zijn ook excimerlampen die in principe dezelfde soort gasontlading met excimeregeneratie gebruiken als excimerlasers, maar die geen laserresonator bevatten en dus alleen gebruik maken van spontane emissie.Ze kunnen worden gebruikt als ultraviolette lichtbronnen, maar met een ruimtelijk diffuse emissie in plaats van een goed gerichte uitgangsbundel.
Leveranciers
In de RP Photonics Buyer’s Guide staan 13 leveranciers voor excimerlasers. Daaronder:
Vragen en opmerkingen van gebruikers
Hier kunt u vragen en opmerkingen kwijt. Voor zover zij door de auteur worden aanvaard, zullen zij samen met het antwoord van de auteur boven deze paragraaf verschijnen. De auteur beslist op basis van bepaalde criteria over de acceptatie. In essentie moet de kwestie van voldoende breed belang zijn.
Gelieve hier geen persoonlijke gegevens in te voeren; we zouden ze anders spoedig verwijderen. (Zie ook onze privacyverklaring.) Indien u persoonlijke feedback of advies van de auteur wenst te ontvangen, kunt u contact met hem opnemen, bijv. via e-mail.
Door het inzenden van de informatie geeft u toestemming voor eventuele publicatie van uw input op onze website volgens onze regels. (Als u later uw toestemming intrekt, zullen wij deze inputs verwijderen.) Aangezien uw inputs eerst door de auteur worden beoordeeld, kunnen zij met enige vertraging worden gepubliceerd.
Bibliografie
| F. G. Houtermans, “Über Massen-Wirkung im optischen Spektralgebiet und die Möglichkeit absolut negativer Absorption für einige Fälle von Molekülspektren (Licht-Lawine)”, Helv. Phys. Acta 33, 933 (1960) | |
| I. S. Lakoba en S. I. Yakovlenko, “Active media of exciplex lasers (review)”, Sov. J. Quantum Electron. 10 (4), 389 (1980), doi:10.1070/QE1980v010n04ABEH0101 | |
| J. J. Ewing, “Excimer laser technology development”, JSTQE 6 (6), 1061 (2000), doi:10.1109/2944.902155 | |
| Ch. K. Rhodes (Editor), Excimer Lasers, 2nd edition, Springer, Berlin (1998) | |
| D. Basting en G. Marowski (editors), Excimer Laser Technology, Springer, Berlin (2004) |
(Stel aanvullende literatuur voor!)
Zie ook: lasers, ultraviolet licht, ultraviolette lasers, gaslasers, moleculaire lasers, excimer lampen
en andere artikelen in de categorie lasers
 |
Als u deze pagina leuk vindt, deel de link dan met uw vrienden en collega’s, bijv.bijv. via sociale media: Deze deelknoppen zijn op een privacy-vriendelijke manier geïmplementeerd! |
