لیزرهای اگزایمر

لیزرهای اگزایمر نور را در لیزرهای ماورابنفش تا نزدیک اشعه ماورابنفش از 0.193 تا 0.351 میکرون تولید می کنند. از آنجا که لیزرهای اکسایمر دارای طول موج بسیار کوتاه هستند ، فوتون ها انرژی بالایی دارند. این منجر به کاهش زمان تعامل بین تابش لیزر و ماده در حال پردازش می شود ، بنابراین منطقه تحت تأثیر گرما به حداقل می رسد. ویژگی فوق ، آن را برای کاربردهای حذف مواد ایده آل می کند. آنها برای ماشینکاری قطعات کار پلیمر جامد ، حذف فیلمهای پلیمری از لایه های فلزی ، سرامیک های میکروماشین و نیمه هادی ها ، علامت گذاری مواد حساس به حرارت استفاده می شوند.   همچنین از آنها در عمل های جراحی استفاده می شود. ثابت شده است که پردازش با استفاده از لیزرهای اکسایمر دارای مناطق بالاتر از دقت و کاهش آسیب گرمایی در مقایسه با لیزرهای CO2 و Nd: YAG است. بنابراین کاربردهای لیزرهای اکسایمر در صنعت افزایش یافته است.

گفته می شود لیزرهای Excimer قابلیت "برش سرد لیزری" را دارند ، این به چه معناست؟ به طور معمول وقتی از لیزرهای CO2 و Nd: YAG برای حذف مواد استفاده می کنیم ، انرژی از انرژی نوری به انرژی گرمایی تبدیل می شود ، مواد گرم می شوند تا ذوب شوند یا بخار شوند ، سپس مواد از حالت جامد به حالت مایع یا گازی تبدیل می شوند. اما لیزرهای اکسایمر می توانند مواد را از طریق Ablation مستقیم بخار جامد از بین ببرند! انرژی فوتون حادثه به اندازه کافی زیاد است که بتواند پیوندهای شیمیایی ماده مورد نظر را مستقیماً بشکند ، مواد در اجزای شیمیایی آن تفکیک می شود ، در این فرآیند هیچ انتقال فاز مایع رخ نمی دهد. این فرآیند تفکیک شیمیایی در مقایسه با روند تغییر فاز فیزیکی ، اثرات گرمای بسیار کمتری دارد. لیزر UV قادر به از بین بردن ترکیبات آلی است. اگرچه پرتوی لیزر انرژی بالایی دارد ، اما انرژی برای شکستن پیوندهای شیمیایی استفاده می شود ، اما تولید گرما می تواند نادیده گرفته شود ، اما به واقع برش سرد است.

اگرچه برای لیزرهای اکسایمر فلزات از قدرت کافی برای شکستن پیوند فلزی به طور مستقیم برخوردار نیستند ، اما می توان آن را به یک منطقه کوچک متمرکز کرد تا منطقه یا منطقه تحت تأثیر حرارت را در فرآیند کاهش دهد. چرا؟ از آنجا که طول موج کوتاه است ، ماوراio بنفش یا تقریباً ماوراio بنفش است و بحث ما را برای اندازه کانون لیزر به یاد بیاورید:

dmin = 2.44fl (2p + l + 1) / D

جایی که f فاصله کانونی عدسی است ، D قطر پرتو است ، l طول موج نور است ، p ، l عدد حالت است.

هرچه طول موج کوتاهتر باشد ، اندازه لکه کانونی کوچکتر است. طول موج لیزر Nd: YAG 1.06 میکرون است ، در حالی که طول موج لیزر اکسایمر در 0.351 میکرون است.

مزیت لیزر اکسایمر اکنون کاملاً مشخص است. اما اصل آن چیست؟

اصطلاح Excimer کوتاه کلمه "دیمر برانگیخته" است که به معنی ترکیبی از دو گونه یکسان است که فقط در حالت های برانگیخته وجود دارد. لیزرهای اکسایمر از ترکیبات گاز نجیب برای لیزر استفاده می کنند. ما می دانیم که گازهای نجیب (Ar ، Kr یا Xe و غیره) در شرایط عادی نمی توانند ترکیباتی با عناصر دیگر تشکیل دهند. وقتی گازهای نجیب موجود در حفره لیزر را با روش تخلیه الکتریکی یا روش پرتو الکترون یا ترکیب این دو تحریک می کنیم ، می توان اتم های گاز نجیب را یونیزه کرد. اتمهای یونیزه شده ، اتمهای خنثی (مانند F2 فلوئور یا کلر Cl2) را جذب کرده و مولکول های یونیزه را تشکیل می دهند ، ما این مولکول ها را مجتمع های اکسیمر (exciplex) می نامیم. مجتمع های اکسایمر معمولی شامل فلوراید کریپتون (KrF) ، زنور فلوراید (XeF) ، فلوراید آرگون (ArF) و کلرید زنون (XeCl) هستند. این پیوند بسیار قوی است اما می تواند فقط چند نانو ثانیه دوام بیاورد. این اجزا فقط زمانی می توانند وجود داشته باشند که گاز نجیب در حالت الکترونیکی برانگیخته باشد. هنگامی که اتم های گاز نجیب دیگر در حالت برانگیخته نباشند ، مولکول ترکیب در اجزای اصلی آنها جدا می شود ، این فرآیند با آزاد شدن انرژی اتصال همراه است و این انرژی اتصال آزاد شده به شکل انرژی فوتون است. هرچه انرژی اتصال قوی تر باشد ، طول موج کوتاهتر است. در شرایط مناسب ، از این مکانیزم برای تشکیل لیزرهای اکسایمر استفاده می شود.

لیزر اگزایمر معمولاً در یک حفره تشدید کننده مستطیل شکل ایجاد می شود و می تواند پالس هایی با قدرت بسیار بالا تولید کند. توان متوسط ​​می تواند 100 وات با سرعت تکرار 1000 پالس در ثانیه باشد.