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Einfach einsetzbare ultraviolette Laser (UV-Laser) eröffnen neue Möglichkeiten

 

Hochenergetische UV-Photonen ermöglichen verbesserte Präzision und Leistung

 

UV-Laser waren in der Vergangenheit immer besonders teuer und groß

 

Neue Generation von kleinen, kostengünstigeren UV-Lasern jetzt verfügbar

 

UV-Laser ermöglichen Fortschritte in der Halbleiterinspektion, Mikroskopie und Desinfektion

Bei vielen Anwendungen in der Laseroptik werden kürzere UV-Wellenlängen angestrebt, da so eine höhere Auflösung und eine sehr kleine und präzise Detaildarstellung bei minimaler Hitzeeinwirkung auf benachbarte Bereiche erreicht werden kann. Bis vor kurzem haben die hohen Kosten und sperrigen Größen von UV-Lasern mit Dauerstrich (CW) dafür gesorgt, dass sie in vielen Situationen nicht gut eingesetzt werden konnten, z. B. bei Forschungsanwendungen an Universitäten. Jetzt hat aber eine kompaktere und kostengünstigere Version von UV-Lasern diese Hindernisse überwunden, was zu einer Ausweitung der UV-Anwendungen von der Mikromaterialbearbeitung über die UV-Raman-Spektroskopie bis zur Desinfektion zur Beseitigung von Krankheitserregern führt.

Warum sollten UV-Laser eingesetzt werden?

UV-Laser haben eine höhere räumliche Auflösung als Laser im sichtbaren oder infraroten Bereich, da die Größe des Laserpunkts direkt proportional zur Wellenlänge ist. Dies ermöglicht einen Einsatz bei präzisen Defektinspektionen in der Halbleiterindustrie oder bei der Mikromaterialbearbeitung. Bei vielen Materialien können UV-Laser direkt die Atombindungen lösen statt Material zu verdampfen oder zu schmelzen. Dies führt zu einer reduzierten Wärmebildung in der Umgebung. Die hohen Energien der UV-Wellenlängen sind ideal für die Anregung von Fluoreszenz in Biomolekülen wie Proteinen, was in vielen biomedizinischen Anwendungen sehr nützlich ist. Zusätzlich können UV-Laser in hocheffizienten Desinfektionssystemen eingesetzt werden, da ihre UVC-Strahlung mit hoher Leistung (Wellenlängen zwischen 200 und 280 nm) effizienter ist als die von UVC-Lampen oder LEDs.1

bei der Oberflächen-Desinfektion zur Beseitigung von Krankheitserregern (links).
UV-Laser sind sehr hilfreich in einer Vielzahl von Anwendungen wie z. B. bei der Fluoreszenz-Mikroskopie in biomedizinischen Systemen (rechts) oder
Abbildung 1: UV-Laser sind sehr hilfreich in einer Vielzahl von Anwendungen wie z. B. bei der Fluoreszenz-Mikroskopie in biomedizinischen Systemen (links) oder bei der Oberflächen-Desinfektion zur Beseitigung von Krankheitserregern (rechts).1

Was ist schlechter an der Technologie der älteren UV-Laser?

Kontinuierliche UV-Laser mit Dauerstrich (CW) verwenden traditionell ionisiertes Argongas als Verstärkungsmedium oder frequenzvervierfachende nahinfrarote Neodym-Laser. Frequenzvervierfachende Systeme benötigen zwei externe Resonatoren, um die Frequenz des ursprünglichen Strahls ein erstes Mal zu verdoppeln und dann den Prozess ein zweites Mal im zusätzlichen Resonator zu wiederholen.2 Diese Systeme sind komplex und sowohl sie als auch die Argon-Ionen-Laser sind mindestens so groß wie zwei Schuhkartons, sodass ein Einsatz als tragbares Gerät unmöglich ist.

Die neue Generation von UV-Lasern

Fortschritte in der UV-Lasertechnologie haben zu kleineren und kostengünstigeren Geräten geführt. Von UVC Photonics entwickelte mit Praseodym dotierte Yttrium-Lithium-Fluorid-Laser (YLF) erzeugen einen Laserstrahl bei 261 nm durch eine Frequenzverdopplung und nicht durch eine Vervierfachung (Abbildung 2).2 Dies reduziert deutlich die Komplexität des Systems und die Anzahl der benötigten Komponenten. Die Laser können ähnlich wie Laserdioden eingesetzt werden und benötigen keine komplizierte Elektronik für die Verriegelung von Resonatoren oder die Temperaturstabilisierung.

Die kompakten UV-Laser von UVC Photonics bestehen aus einer blauen Dioden zum Pumpen, einem Praseodym-Kristall, einem weiteren Kristall für die Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) und einem Resonator-Auskopplungsspiegel.<sup>2</sup><br>Bild mit freundlicher Genehmigung von UVC Photonics. Die kompakten UV-Laser von UVC Photonics bestehen aus einer blauen Dioden zum Pumpen, einem Praseodym-Kristall, einem weiteren Kristall für die Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) und einem Resonator-Auskopplungsspiegel.<sup>2</sup><br>Bild mit freundlicher Genehmigung von UVC Photonics.
Abbildung 2: Die kompakten UV-Laser von UVC Photonics bestehen aus einer blauen Dioden zum Pumpen, einem Praseodym-Kristall, einem weiteren Kristall für die Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) und einem Resonator-Auskopplungsspiegel.2
Bild mit freundlicher Genehmigung von UVC Photonics.

Die Laser von UVC Photonics erreichen eine CW-Leistung von >10 mW bei 261 nm, verbrauchen weniger als 5 W Leistung im Betrieb und haben nur eine Größe von 22 x 24 x 71 mm.1 Diese Eigenschaften machen sie ideal für tragbare Geräte sowie für Universitätslabore und Industrieanwendungen, bei denen andere UV-Laser zu kostspielig wären. Argon-Ionen-Laser benötigen typischerweise mehrere 10 kW Leistung und können damit deutlich mehr als 10 W erzeugen, während frequenzvervierfachte UV-Laser mehr als 500 mW erzeugen können. Die älteren Technologien bieten somit zwar höhere Leistungen, aber die deutlich größere Größe und die höheren Kosten machen sie weniger interessant für bestimmte Anwendungen. Die schmale Bandbreite und die CW-Möglichkeit machen die neuen Diodenmodule sehr attrakiv für die UV-Raman-Spektroskopie. Weitere Informationen finden Sie auf der Webseite von UVC Photonics.

UV-Laseroptiken von Edmund Optics®

Edmund Optics® entwickelt und fertigt eine Vielzahl von Laseroptiken, darunter auch Optiken für UV-Wellenlängen. Enge Oberflächentoleranzen und hohe Laserzerstörschwellen ermöglichen den Einsatz der UV-Laseroptiken in anspruchsvollen UV-Lasersystemen. Viele der Komponenten, die für 266 nm (der vierten Harmonischen von Nd:YAG-Lasern) entwickelt worden sind, können auch gut bei 261 nm eingesetzt werden. Für spezielle Anwendungen können auch kundenspezifische Beschichtungen und Abmessungen angeboten werden.

Optiken für 261.4nm Laser

TECHSPEC

Nd:YAG-Laserlinienspiegel

  • >99,2% Reflexion bei Nd:YAG-Harmonischen, beispielsweise bei 266 nm
  • Hohe laserinduzierte Zerstörschwelle
  • Oberflächenqualität 10-5 sorgt für reduzierte Streuung in empfindlichen Laseranwendungen
TECHSPEC

Konkave Laserlinienspiegel

  • Ideal für die Fokussierung von Laserlicht
  • >99,8% Reflexion bei der Designwellenlänge
  • Quarzglassubstrate mit hoher Stabilität
  • Versionen für 266 nm verfügbar
TECHSPEC

IBS-Laserlinienspiegel

  • IBS-Spiegelbeschichtungen für geringe Verluste und hohe Reflexion
  • Hohe zertifizierte Laserzerstörschwellen
  • Superpolierte Substrate mit Streuung im ppm-Bereich erhältlich
  • Versionen für 266 nm verfügbar
TECHSPEC

Präzise Ultraviolettspiegel

  • Designwellenlängen bei 120 nm und 190 nm
  • >85% durchschnittliche Reflektivität über den spezifizierten Wellenlängenbereich
  • Metallische Beschichtungen für breitbandige Reflexion im sichtbaren Bereich
TECHSPEC

Rechtwinklige λ/20-Laserlinienspiegel mit enger Toleranz

  • >99,5% Reflexion bei Designwellenlänge
  • Winkeltoleranz von ±15 Bogensekunden
  • Substrate mit hoher thermischer Stabilität
TECHSPEC

Plankonvexe Linsen (PCX) für Laseranwendungen

  • Garantierte Laserzerstörschwellen
  • Oberflächenqualität von 10-5
  • Oberflächengenauigkeit von λ/10
  • Versionen für 266 nm verfügbar
TECHSPEC

Laserlinien-Zylinderlinsen für Laseranwendungen

  • Reflexion <0,25% für Nd:YAG-Harmonische
  • Quarzglassubstrat
TECHSPEC

Hart beschichtete Bandpassfilter mit OD 4, 5 nm

  • Tiefe Blockung und hohe Transmission
  • Steile Transmissions- und Blockungskanten
  • Hart beschichtete Bandpassfilter mit OD 4 und 10 nm, 25 nm und 50 nm ebenfalls verfügbar
  • Versionen für 266 nm verfügbar
TECHSPEC

λ/20-Laserlinienfenster für hohe Leistung

  • R<0,25% bei 266 nm, 355 nm, 532 nm oder 1064 nm
  • Geringe Autofluoreszenz
  • Zerstörschwellen bis zu 10 J/cm2 @ 10 ns @ 1064 nm
TECHSPEC

λ/10-Laserfenster für Laserlinien beschichtet

  • Oberflächenqualität von 10-5
  • Zerstörschwellen bei den Designwellenlängen
  • Durchmesser von 12,5 bis 50,8 mm erhältlich
  • Versionen für 266 nm verfügbar
TECHSPEC

Vega™ Strahlaufweiter

  • AR-beschichtet für Laserwellenlängen: 266 nm, 355 nm, 405 nm, 532 nm, 1064 nm und 1940 nm
  • Feste Vergrößerungen von 1,5X - 20X erhältlich
  • Einstellbare Divergenz mittels rotierender Optik

Und vieles mehr!

Referenzen

  1. UVC Photonics (2021). Deep Ultraviolet Laser Modules. UVC Photonics Corporation. www.uvcphotonics.com/.
  2. Buchter, Scott (2021). Compact deep-ultraviolet CW lasers lead to new commercial applications. Laser Focus World. www.laserfocusworld.com/lasers-sources/article/14205517/compact-deepultraviolet-cw-lasers-lead-to-new-commercial-applications.

Häufig gestellte Fragen

Häufig gestellte Fragen  Warum ist die Lasertechnologie, die von UVC Photonics eingesetzt wird, nicht weiter verbreitet?
Es ist sehr schwierig, die mit Praseodym dotierten Fluorid-Kristalle zu erzeugen, die in dieser neuen Generation von UV-Lasern eingesetzt werden, und die Qualität und Konsistenz zu erreichen, die für den kommerziellen Einsatz benötigt werden.2 UVC Photonics hat es geschafft die Kristalle erfolgreich zu züchten und unterscheidet sich dahingehend von anderen Firmen.
Häufig gestellte Fragen  Gibt es Anwendungen, bei denen kürzere Wellenlängen als 261 nm eingesetzt werden?

Ja, bei verschiedenen hochpräzisen Laboranwendungen geht die Tendenz zu extremen ultravioletten (EUV) Wellenlängen von 10 - 100 nm, dies wird aber noch nicht großflächig in der Industrie eingesetzt. Mehr zu diesem Thema können Sie hier erfahren.

Häufig gestellte Fragen  Verschlechtern sich mit UV-Lasern eingesetzte optische Komponenten über die Zeit?

Ja, die hohe Energie der UV-Laserstrahlung verschlechtert optische Komponenten und Substrate über die Zeit, sodass sie ab und an ersetzt werden müssen.

Technische Informationen

Anwendungshinweise

Technische Informationen und Anwendungsbeispiele, darunter theoretische Grundlagen, Gleichungen, grafische Darstellungen und vieles mehr.

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Messtechnik für Laseroptiken
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Videos

Die informativen Unternehmens- oder Schulungsvideos enthalten sowohl einfache Tipps als auch Demonstrationen von Anwendungen zur Verdeutlichung der Produktvorteile.

Einführung zum „Laser Optics Lab“
Anschauen  

Metrology at Edmund Optics: Measuring as a Key Component of Manufacturing 
Anschauen  

Webinare

Hier finden Sie aufgezeichnete Webinare von Experten bei Edmund Optics® über einen großen Bereich an Themen aus Optik und Bildverarbeitung.

Spiegel mit hoher Reflexion für Laseranwendungen
Anschauen  

Polieren und Messen von Oberflächen mit extrem geringer Rauheit
Anschauen  

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