紫外線レーザーの分類

固体紫外線レーザー
固体紫外線レーザーは、その励起方法によって、キセノンランプ励起紫外線レーザー、クリプトンランプ励起紫外線レーザー、および新型レーザーダイオード励起固体レーザーに分類されます。固体紫外線レーザーは一般に光電変換効率が低いですが、LD全固体紫外線レーザーは、高効率、高繰り返し率、信頼性の高い性能、小型、良好なビーム品質、安定した出力などの特徴を備えています。
紫外線光子のエネルギーが高いため、外部励起源から一定量の高出力連続紫外線レーザーを生成することは困難です。そのため、紫外線連続波レーザーの実現は、一般的に結晶材料の非線形効果周波数変換法を利用しています。全固体で紫外線レーザースペクトル線を生成する方法は、一般的に2つあります。1つは、赤外線全固体レーザーで直接共振器内または共振器内第3高調波または第4高調波発生を行って紫外線レーザースペクトル線を得る方法です。2つ目は、まず周波数倍増技術を使用して第2高調波を取得し、次に和周波技術を使用して紫外線レーザースペクトル線を得る方法です。前者の方法は有効非線形係数が小さく、変換効率が低いのに対し、後者の方法は2次非線形分極率を利用するため、変換効率がはるかに高くなります。結晶周波数倍増により連続紫外線レーザーを実現でき、そのビーム形状はガウス分布であるため、スポットは円形で、中心から端に向かってエネルギーが徐々に減少します。 波長が短く、ビーム品質に制限があるため、ビームは 10 マイクロメートルの範囲に集中できます。
ガス紫外線レーザー
ガスレーザーには、パルス方式で動作するエキシマレーザー、連続方式で動作するイオンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー、金属蒸気紫外線レーザーなどがあります。ガス紫外線レーザーの波長は、使用されるガス混合物の種類によって異なります。
エキシマレーザーは、ほぼ均一なビーム断面と急峻なスポットエッジを持つ非長方形のビームを生成するパルスレーザーの一種です。その出力は、スポットのさまざまな幾何学的形状を生成するマスク技術、または特定のビームエネルギーパターンを生成するホログラフィーを使用して生成できます。エキシマレーザーの生成は、レーザーガスの励起プロセス、エキシマ生成の反応プロセス、およびエキシマの解離プロセスの3つのプロセスに分けられます。励起方法には、電子ビーム励起、放電励起、光励起、マイクロ波励起、および陽子ビーム励起が含まれます。異なる活性物質は、一般に紫外線、遠紫外線、および真空紫外線帯域の異なる波長のエキシマレーザーを生成します。エキシマレーザーは、二酸化炭素レーザーとYAGレーザーに続く新世代のレーザーです。エキシマレーザーによって放出される紫外線短パルスレーザーは、長波長と高光子エネルギーの利点があります。一般的に使用されるエキシマレーザーには、ArF、KrCl、KrFなどがあります。レーザーパルス周波数は一般に10-100Hzの間ですが、一部の特殊なアプリケーションでは1000Hzに達することもあります。 平均電力は通常 10-100W の間であり、パルス幅は通常 ns の範囲です。
金属蒸気紫外線レーザーは主に銅蒸気紫外線レーザーを指し、波長511nmと578nmの光を生成します。混合と倍増を使用することで、波長255nm、271nm、289nmの紫外線を生成できます。レーザービームの分布はガウス分布に従います。
ガスレーザーの応用における主な問題は、設備の設置面積が大きく、信頼性が限られ、寿命が短く、エネルギー消費量が多く、コストが高いことです。さらに、エキシマレーザービームの品質が悪く、マスク損失が大きいです。イオンレーザーとヘリウムカドミウムレーザーは、ビーム方向の安定性が悪いという欠点があります。
半導体レーザーダイオード
1900 年代半ば以降、半導体製造技術の発展とレーザー技術との融合により、半導体レーザーダイオードが誕生しました。半導体とレーザーの特性を組み合わせたこのタイプのレーザー光源は、ピークパワーが高く、エネルギー消費量が低く、発光パルス幅も狭いです。温度や光学的な補償を必要とせず、従来の発光光源に比べて明らかな利点があります。中紫外線帯域における AlGaN の開発の重要な方向となっています。この帯域の紫外線の励起効率が最も高く、出力効率も比較的高いためです。
紫外線放射源をより実用的にするために、半導体紫外線ダイオードの開発の1つの方向は、既存の紫外線レーザーとその電源の体積と消費電力を大幅に削減することです。もう1つの方向は、発光波長が280nmで消費電力が10mW未満の発光ダイオード、および発光波長が340nmで消費電力が25mW未満のレーザーダイオードを開発することです。