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Hochenergetische UV-Photonen ermöglichen verbesserte Präzision und Leistung |
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UV-Laser waren in der Vergangenheit immer besonders teuer und groß |
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Neue Generation von kleinen, kostengünstigeren UV-Lasern jetzt verfügbar |
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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.
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
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.
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 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.
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.
Warum ist die Lasertechnologie, die von UVC Photonics eingesetzt wird, nicht weiter verbreitet?
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.
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.
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