סיווג לייזרים אולטרה סגולים

לייזר אולטרה סגול במצב מוצק
ניתן לחלק לייזרים אולטרה סגולים במצב מוצק ללייזרים אולטרה סגולים שאובים באמצעות מנורת קסנון, לייזרים אולטרה סגולים שאובים עם מנורת קריפטון, וסוגים חדשים של לייזרים מוצקים באמצעות דיודות לייזר בהתאם לשיטות השאיבה שלהם. ללייזרים אולטרה סגולים במצב מוצק יש בדרך כלל יעילות המרה פוטו-אלקטרית נמוכה, בעוד שלכל הלייזרים האולטרה סגולים במצב מוצק יש מאפיינים כגון יעילות גבוהה, קצב חזרות גבוה, ביצועים אמינים, גודל קטן, איכות קרן טובה והספק יציב.
בשל האנרגיה הגבוהה של פוטונים אולטרה סגולים, קשה לייצר כמות מסוימת של לייזר אולטרה סגול מתמשך בעוצמה גבוהה באמצעות מקורות עירור חיצוניים. לכן, המימוש של לייזר גל רציף אולטרה סגול מושג בדרך כלל על ידי שימוש בשיטת המרת תדר אפקט לא ליניארי של חומרי גביש. יש בדרך כלל שתי שיטות ליצירת קווים ספקטרליים של לייזר אולטרה סגול בכל מצב מוצק. האחת היא לבצע ישירות תוך-חלל או תוך-חלל דור הרמוני 3 או 4 בלייזר אינפרא אדום כולו כדי להשיג קווים ספקטרליים של לייזר אולטרה סגול; השני הוא להשתמש תחילה בטכנולוגיית הכפלת תדר כדי להשיג את ההרמוניה השנייה, ולאחר מכן להשתמש בטכנולוגיית תדר סכום כדי להשיג קווים ספקטרליים של לייזר אולטרה סגול. לשיטה הראשונה יש מקדם לא ליניארי אפקטיבי קטן ויעילות המרה נמוכה, בעוד לשיטה השנייה יש יעילות המרה גבוהה בהרבה בגלל השימוש בקיטוב לא ליניארי ריבועי. הכפלת תדר הקריסטל יכולה להשיג לייזר אולטרה סגול מתמשך, וצורת הקרן שלו היא גאוסית, כך שהנקודה היא מעגלית, והאנרגיה יורדת בהדרגה מהמרכז לקצה. בשל מגבלות אורך גל ואיכות אלומה קצרים, ניתן למקד את האלומה בטווח של 10 מיקרומטר.
גז לייזר אולטרה סגול
לייזרים גז כוללים לייזר אקצימר הפועלים בפולסים, לייזרים יונים הפועלים באופן רציף, לייזר הליום קדמיום ולייזר אולטרה סגול באדי מתכת. אורך הגל של לייזר גז אולטרה סגול תלוי בסוג תערובת הגז המשמשת.
לייזר Excimer הוא סוג של לייזר פועם המייצר קרן לא מלבנית עם חתך קרן אחיד בערך וקצוות נקודה תלולים. ניתן להפיק את הפלט שלו באמצעות טכנולוגיית מסכות לייצור צורות גיאומטריות שונות של כתמים, או הולוגרפיה ליצירת דפוסי אנרגיית אלומה ספציפיים. ניתן לחלק את יצירת הלייזר האקסימר לשלושה תהליכים: תהליך עירור גז הלייזר, תהליך התגובה של יצירת אקסימר ותהליך הדיסוציאציה של אקסימר. שיטות העירור כוללות עירור קרן אלקטרונים, עירור פריקה, עירור אור, עירור מיקרוגל ועירור קרן פרוטונים. חומרים פעילים שונים מייצרים לייזר אקסימר באורכי גל שונים, בדרך כלל ברצועות האולטרה סגול, האולטרה סגול הרחוק והאולטרה סגול הוואקום. לייזר אקסימר הם דור חדש של לייזרים אחרי לייזרים פחמן דו חמצני ולייזרי YAG. ללייזר הדופק הקצר האולטרה סגול הנפלט על ידו יש את היתרונות של אורך גל ארוך ואנרגיית פוטון גבוהה. לייזר אקצימר בשימוש נפוץ כוללים ArF, KrCl, KrF וכו'. תדירות פעימות הלייזר היא בדרך כלל בין 10-100Hz, וכמה יישומים מיוחדים יכולים להגיע ל-1000Hz. ההספק הממוצע הוא בדרך כלל בין 10-100W, ורוחב הפולסים הוא בדרך כלל בתחום ns.
לייזר אולטרה סגול באדי מתכת מתייחס בעיקר ללייזר אולטרה סגול באדי נחושת, המייצר אור עם אורכי גל של 511 ננומטר ו- 578 ננומטר. באמצעות ערבוב והכפלה, ניתן ליצור קרינה אולטרה סגולה עם אורכי גל של 255nm, 271nm ו-289nm. התפלגות קרן הלייזר עוקבת אחר התפלגות גאוסית.
הבעיות הבולטות ביישום לייזר גז הן טביעת רגל גדולה של ציוד, אמינות מוגבלת, תוחלת חיים קצרה, צריכת אנרגיה גבוהה ועלות גבוהה. יתרה מכך, איכות קרן הלייזר האקסימר ירודה ואובדן המסכה גדול. ללייזרי יונים וללייזרי הליום קדמיום יש את החיסרון של יציבות כיוון קרן ירודה.
דיודת לייזר מוליכים למחצה
מאז אמצע ה-1980, הפיתוח של טכנולוגיית ייצור מוליכים למחצה והשילוב שלה עם טכנולוגיית לייזר הולידו דיודות לייזר מוליכים למחצה. סוגים אלה של מקורות לייזר, המשלבים מאפיינים של מוליכים למחצה ולייזר, הם בעלי הספק שיא גבוה יותר וצריכת אנרגיה נמוכה יותר, וגם רוחב פולס הפליטה שלהם צר. הם אינם דורשים טמפרטורה ופיצוי אופטי, ויש להם יתרונות ברורים על פני מקורות אור פליטה מסורתיים. הם הפכו לכיוון מפתח לפיתוח של AlGaN בפס האולטרה-סגול האמצעי. מכיוון שיעילות העירור של קרינה אולטרה סגולה ברצועה זו היא הגבוהה ביותר, וגם יעילות הפלט שלה גבוהה יחסית.
על מנת להפוך את מקורות הקרינה האולטרה סגולים למעשיים יותר, כיוון אחד של הפיתוח של דיודות אולטרה סגולות מוליכים למחצה הוא להפחית באופן משמעותי את נפח וצריכת החשמל של לייזרים אולטרה סגולים קיימים וספקי הכוח שלהם. כיוון נוסף הוא לפתח דיודות פולטות אור עם אורכי גל פליטה של ​​280 ננומטר וצריכת חשמל של פחות מ-10mW, וכן דיודות לייזר עם אורכי גל פליטה של ​​340nm וצריכת חשמל פחות מ-25mW.