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

 

산업현장에서 각종 회로기판을 생산하는 과정에서 초기 배선에서부터 첨단기술이 요구되는 초소형 정밀 임베디드 칩 생산까지 집적회로기판의 유연회로, 폴리머, 구리 적층회로는 모두 Micro-hole drilling 및 절단이 필요하며[17], 종종 미세 가공 및 처리가 필요한 회로 기판의 재료 수리 및 검사가 필요합니다. 레이저 미세 가공 기술은 분명히 회로 기판 가공에서 최고의 선택입니다. 레이저 가공 과정에서 작업 기계는 가공 제품과 접촉하지 않아 기계적 힘을 효과적으로 피하고 신속하고 높은 유연성을 처리하며 작업장에 대한 특별한 요구 사항이 없습니다. 레이저 파라미터의 정밀한 설정과 연구 및 설계를 통해 다음 크기의 미크론 [18]. 회로 기판에 사용되는 보다 전통적인 드릴링 방법은 비금속 마킹에 UV 레이저와 CO2 레이저를 사용하는 것입니다(10.6μm 파장의 CO2 레이저는 비금속 재료 마킹에 사용되며 일반적으로 1064nm 또는 532nm 파장이 사용됨). 금속 재료 마킹 [19]). 현재 자외선 레이저 가공 기술이 주로 사용되고 있는데, 이는 미크론 수준의 가공을 고정밀도로 달성할 수 있고, 초미세 영점 소자를 만들 수 있으며, 1μm 미만의 스폿을 갖는 레이저 빔의 미세 홀 가공에 적용할 수 있습니다. . 그러나 CO2 레이저는 주로 75-150mm 구멍을 펀칭하고 작은 구멍은 쉽게 탈구되는 반면 UV 레이저는 25mm 미만의 구멍을 높은 정밀도로 펀칭할 수 있으며 탈구가 없습니다[20]. 예를 들어, "감기"에서 UV 펨토초 레이저로 구리 클래드 회로 기판을 가공하고, 포괄적 균형 방법을 사용하여 최적의 공정 매개변수를 얻은 다음 선택적 에칭의 특성을 사용하여 50μm의 고품질, 고효율 라인 폭 및 라인 간격을 달성합니다. 20μm. 그림 4와 그림 5는 CCL 표면의 미세 라인 에칭 공정을 보여줍니다[21].

 

자외선 레이저  | 녹색 레이저  | 자외선 레이저  | 자외선 dpss 레이저  | 나노초 레이저  | UV 레이저 소스  | 고체 레이저

3.4. 저조도 부품 처리 및 준비

 

과학기술의 급속한 발전과 현대산업의 정보화시대에 더 많은 실험시스템을 구축하고 더 작은 공간에서 더 많은 기능을 구현하기 위해서는 정보기술의 발전에 박차를 가할 필요가 있다. 더 중요한 것은 소형화되고 소형화되며 재료 표면의 화학 결합 만 처리하는 완전한 기능을 갖춘 장치를 더 많이 생산하고 처리하는 것이 필요합니다 [22]. 그것은 군용 레이더 통신[23], 의료, 항공 우주 및 생화학 분야에서 중요한 응용 및 연구 가치를 가지고 있습니다. 나노 크기의 마이크로 광학 부품에 대해 보다 심층적인 절단 및 최적화를 수행하고 응용 프로그램을 연구 및 개발하여 기존 광학 부품의 기능과 특성을 변형시킬 수 있습니다. 미세광학소자는 대량생산이 용이하고 배열이 용이하며 소형화, 경량화, 유연성 등의 장점이 있으나 주재료는 석영유리이다. 석영 유리는 적용 및 취급 중에 균열 및 패임이 발생하기 쉽고 단단하고 부서지기 쉬운 재료이므로 광학 특성이 크게 저하됩니다. 따라서 UV 레이저 [24]의 직접 쓰기 "콜드" 가공 기술은 미세 광학 장치의 효율성을 크게 향상시키고 재료를 손상시키지 않고 고정밀 및 미세 구조로 미세 광학 부품의 가공을 신속하게 완료하며 유연하게 완료할 수 있습니다. 크고 작은 배치의 다양한 요구 사항을 처리합니다. 처리. 외국 과학 연구 기관에 의한 실리콘 웨이퍼의 UV-UV 처리에 대한 연구는 비교적 초기 단계[25], 실리콘 웨이퍼의 절단 기술 및 단면에 대한 연구는 나중에 중국에서 시작되었습니다[26]. 10년 이상 전에 Zhang Fei 등은 자체 개발한 UV 전고체 레이저를 사용하여 미세 가공 시스템을 연구하고 동일한 재료(0.18mm, 0.38mm, 0.6mm)의 3개 실리콘 웨이퍼 절단을 최적화했습니다. , 최소 조리개는 45mm입니다. μm, 가공 정확도는 20μm, 결과는 그림 6과 같이 재료에 균열이 없고 레이저의 열 영향이 작고 스패터가 적다는 것을 보여줍니다[27]. 6mm), 최소 조리개는 45mm입니다. μm, 가공 정확도는 20μm, 결과는 그림 6과 같이 재료에 균열이 없고 레이저의 열 영향이 작고 스패터가 적다는 것을 보여줍니다[27]. 6mm), 최소 조리개는 45mm입니다. μm, 가공 정확도는 20μm, 결과는 그림 6과 같이 재료에 균열이 없고 레이저의 열 영향이 작고 스패터가 적다는 것을 보여줍니다[27].

 

3.5. 반도체 산업에서의 UV 레이저 적용

 

최근 몇 년 동안 UV 레이저에 의한 반도체 재료의 미세 가공이 점점 더 많은 주목을 받고 있습니다. 수천 개의 고밀도 회로 부품은 집적 회로에서 매우 일반적이므로 일부 고정밀 처리 및 처리 방법이 필요하며 [28] 실리콘 및 사파이어와 같은 반도체 재료에 대한 고정밀 기기 및 장치도 있습니다. Micromachining은 자외선 레이저에 의존하며 박막의 스펙트럼 특성을 연구합니다[29]. 동시에 자외선 레이저는 실리콘 재료의 광 에너지 이용률을 높이고 실리콘 표면의 미세 구조를 변화시킬 수 있어 태양광 패널의 연구 개발에 유리하다. 2차원 마이크로 그레이팅 등.

 

2018년 Li Qisi et al. 붕규산 유리의 표면 및 조각 깊이, 바닥 표면 평활도 및 채널 수직성을 연구하기 위해 355nm 전고체 자외선 레이저를 사용하고 가공 매개변수를 실험적으로 분석하고 최적화했습니다. , 수직 및 편평한 붕규산 유리 마이크로채널[30]이 그림 7에 나와 있습니다.

 

 

4 결론

 

이러한 수십 년간의 개발 및 연구를 통해 UV 레이저의 기술과 적용은 점점 더 광범위하고 성숙해졌습니다. 가장 특징적인 미세 "냉간" 가공 기술은 물체의 물리적 특성을 변경하지 않고 표면을 미세 가공 및 처리할 수 있습니다. , 통신, 광학, 군사, 범죄 수사, 의료 및 기타 산업 및 분야에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 5G 시대는 FPC 처리에 대한 시장 수요를 창출했습니다. 5G 산업의 추가 발전과 주요 전자 제품 제조업체의 플렉시블 OLED 디스플레이 추구로 FPC 플렉시블 회로 기판에 대한 시장 수요가 빠르게 증가했으며 자외선 레이저에 대한 수요도 빠르게 증가할 것입니다. . 이러한 발전 추세는 UV 기술 자체의 발전을 빠르게 촉진할 것으로 예상되며, 전력 및 펄스 폭에서 더 큰 혁신을 달성하고 더 많은 새로운 응용 분야를 확장합니다. 자외선 레이저 장비의 적용으로 FPC 및 기타 소재의 정밀한 냉간 가공이 가능하며 FPC의 점진적인 증가로 5G의 보급이 촉진되었습니다. 5G의 저지연 특성은 클라우드 기술, 사물 인터넷, 무인 운전 및 VR과 같은 기술의 새로운 물결을 가져왔습니다. 기술의 발전은 무한한 생명력을 제공합니다. 물론 이것은 보완적인 개념이며 새로운 기술과 새로운 응용 분야는 결국 UV 레이저의 추가 개발을 주도할 것입니다. 자외선 레이저 장비의 적용으로 FPC 및 기타 소재의 정밀한 냉간 가공이 가능하며 FPC의 점진적인 증가로 5G의 보급이 촉진되었습니다. 5G의 저지연 특성은 클라우드 기술, 사물 인터넷, 무인 운전 및 VR과 같은 기술의 새로운 물결을 가져왔습니다. 기술의 발전은 무한한 생명력을 제공합니다. 물론 이것은 보완적인 개념이며 새로운 기술과 새로운 응용 분야는 결국 UV 레이저의 추가 개발을 주도할 것입니다. 자외선 레이저 장비의 적용으로 FPC 및 기타 소재의 정밀한 냉간 가공이 가능하며 FPC의 점진적인 증가로 5G의 보급이 촉진되었습니다. 5G의 저지연 특성은 클라우드 기술, 사물 인터넷, 무인 운전 및 VR과 같은 기술의 새로운 물결을 가져왔습니다. 기술의 발전은 무한한 생명력을 제공합니다. 물론 이것은 보완적인 개념이며 새로운 기술과 새로운 응용 분야는 결국 UV 레이저의 추가 개발을 주도할 것입니다.

 

점점 더 많은 주파수를 두 배로 증가시키는 새로운 결정과 이득 매질이 등장함에 따라 더 짧은 파장과 더 높은 출력을 가진 자외선 레이저가 미래에 더 많은 산업에서 사용될 것이며 각계 각층의 발전을 촉진할 것입니다. 지능, 고효율 및 정밀도, 높은 반복률 및 높은 안정성은 미래 발전의 추세입니다.