紫外激光器

紫外激光器定义：产生紫外光的激光器（或其他基于激光的光源）

产生紫外光激光的技术挑战

• 对于短波长来说，强烈的自发辐射会导致高阈值泵浦功率（除非增益带宽很窄）。
• 对于低于≈200纳米的波长，透明和抗紫外线的光学材料的选择相当有限（见关于紫外线的文章）。
• 即使是略微的表面粗糙度或光学元件的气泡含量也会导致强烈的波前失真和散射损失。

尽管如此，还是有多种可以直接产生紫外线的激光器。

紫外激光的产生方式

• 有一些激光二极管，通常以氮化镓（GaN）为基础，在近紫外区域发射。然而，可用的功率水平很有限。
• 一些固态体激光器，例如 基于铈掺杂的晶体，如 Ce3+:LiCAF 或 Ce3+:LiLuF4，可以发射紫外光。铈激光器在大多数情况下是用来自4频率的调Q式激光器的纳秒脉冲来泵浦的，因此它自身也能发出纳秒脉冲。使用调Q微芯片激光器，甚至亚纳秒脉冲持续时间也是可能的。
• 很少有光纤激光器可以产生紫外光。例如，一些掺钕 氟化物光纤可用于发射约 380 nm 的激光，但仅限于低功率水平。
• 虽然大多数染料激光器发射可见光，但一些激光染料适用于紫外发射。
• 准分子激光器是非常强大的紫外线源，也发射纳秒脉冲，但平均输出功率在几瓦到几百瓦之间。典型的波长在157纳米（F2）和351纳米（XeF）之间。
• 氩离子激光器可以连续发射 334 和 351 纳米的波长，即使功率低于通常的 514 纳米线。 其他一些紫外线可以通过氪离子激光器获得。
• 还有在极紫外光谱区发射的离子激光器。 这些可以基于例如氩气，但与普通氩离子激光器不同的是，氩离子激光器使用 Ar8+ 离子，在更热的等离子体中产生。 然后发射发生波长在 46.9 nm。 这种激光器可以通过毛细管放电或强激光脉冲泵浦。
• 氮气激光器是发射紫外光的分子气体激光器。最强的发射线在 337.1 nm。
• 自由电子激光器可以发射基本上任何波长的紫外线，并具有很高的平均功率。然而，它们是非常昂贵和笨重的光源，因此没有得到非常广泛的应用。

除了真正的紫外激光器外，还有基于波长较长的激光器（在可见光或近红外光谱区）和一个或几个非线性晶体进行非线性频率转换的紫外激光源。

• 355 nm 的波长可以由 1064 nm Nd:YAG 或 Nd:YVO4 激光器的输出的三倍频来产生。
• 266纳米的光是通过两个后续的倍频器获得的，这实际上是将激光频率提高了四倍。
• 二极管激光器可以配备非线性频率转换阶段以产生紫外光。例如，可以使用连续波近红外激光并应用两次谐振频率加倍，到达300纳米左右的波长。这种方法的主要吸引力在于可以获得广泛的波长范围，而对某些激光线没有限制。

紫外激光器需要用特殊的紫外光学器件制成，具有高光学质量和（特别是脉冲激光器）对紫外光的低吸收率。在某些情况下，UV 激光器的寿命受所用光学元件（例如激光镜）的寿命限制。

紫外激光器应用

1. 高功率脉冲紫外激光器可用于在各种材料上高效切割和钻小孔，包括对可见光透明的材料。
2. 高能紫外脉冲用于激光诱导击穿光谱技术。
3. 在精确聚焦的光束中使用更低的脉冲能量，例如在显微镜下对生物材料进行显微切割，或进行光致发光分析（荧光寿命测量）。
4. 微光刻和晶圆检测需要连续波紫外线源，例如 在半导体芯片制造的背景下。另一个应用是紫外拉曼光谱。
5. 一些眼科手术方法，特别是 LASIK 形式的角膜屈光激光眼科手术，需要紫外线（有时甚至是深紫外线）激光源。

紫外线激光源涉及一些特殊的安全隐患，大多与眼睛损伤和导致皮肤癌的风险有关。