紫外激光器

400nm波長的紫光二極體已有商品出售，它是建立在三元系化合物銦鎵砷基礎上的，但如果不加鋁，就不可能讓其將波長縮短到360nm。但添加鋁，會影響器件的壽命。向更短波長發展，還會在光子限制、非輻射過程、維持粒子數反轉等方面帶來新的難題。

所有這些因素都使激光二極體的室溫運轉波長不得不比LED波長長得多。對毫瓦級激光器來說，最短波長在370nm,壽命為數百小時。在CLEO 2004(舊金山，加州)會議上，Cree(Durham, NC)報導：他們研製的激光二極體，可在348nm波長連續運轉和在343nm波長脈衝運轉，但輸出功率和運轉壽命都非常低。DARPA希望激光器的運轉壽命，在室溫，能達到數千小時。

對半導體激光器的主要興趣在於：它能用於高端生物感測器，能比LED的預警系統提供更精確的信息。激光是可以調諧的，可以將其波長調諧到與峰值吸收波長匹配。這樣，便可用激光器感測器來監視某種特殊的製劑，這種特殊的製劑在該波長發射的熒光最強。這些感測器可用來保護重要目標，如重要建築或軍事設施。對可能已經遭受生物製劑襲擊的人進行診斷，確定特定病毒，也許還需要採用其它生物技術和其它實驗室條件，這大約需要幾個小時。

Palo Alto研究中心(PARC; Palo Alto, CA)一直努力工作，希望二極體激光器能在320nm波長運轉。現在，他們已經演示了光學泵浦的激光異質結，可在308nm波長工作。他們正在改善它們的電學性質。PARC的Noble Johnson認為：他們小組離獲得電驅動的320nm激光器已經不遠了，但還不能預言何時才能使它們真正受激。他補充說：“現在，困難是如何才能將閾值電壓、閾值電流降到合理水平，我們正在穩步前進”。

固體紫外激光器按泵浦方式分為氙燈泵浦紫外激光器、氪燈泵浦紫外激光器以及新型的激光二極體泵浦全固態激光器。固體紫外激光器光電轉換效率一般較低，而LD全固態紫外激光器則具有效率高、重頻高、性能可靠、體積小、光束質量較好及功率穩定等特點。

由於紫外光子能量大，難以通過外激勵源激勵產生一定高功率的連續紫外激光，故實現紫外連續波激光一般是應用晶體材料非線性效應變頻方法產生。全固態紫外激光譜線產生的方法一般有兩種，一是直接對紅外全固體激光器進行腔內或腔外3倍頻或4倍頻來得到紫外激光譜線；二是先利用倍頻技術得到二次諧波然後再利用和頻技術得到紫外激光譜線。前一種方法有效非線性係數小，轉換效率低，后一種方法由於利用的是二次非線性極化率，轉換效率比前一種高很多。晶體倍頻可實現連續紫外激光，其光束形狀為高斯型，所以光斑呈圓形，能量從中心到邊緣逐漸下降。由於波長短和光束質量限制，光束可以聚焦在10微毫米量級範圍。

氣體激光器包括以脈衝方式工作的準分子激光器、以連續方式工作的離子激光器和氦-鎘激光器以及金屬蒸氣紫外激光器。氣體紫外激光器的波長依賴於所使用的氣體混合物類型。

準分子激光器是一種脈衝激光器，產生的光束呈非矩形，光束截面強度大致均勻且光斑邊緣陡，其輸出可使用掩膜技術來產生不同幾何形狀的光斑，也可使用全息術來產生具體的光束能量圖樣。準分子激光的產生可分3個過程，即：激光氣體的激勵過程、準分子生成反應過程和準分子解離過程。其激勵方式有電子束激勵、放電激勵、光激勵、微波激勵和質子束激勵等。不同活性物質產生不同波長的準分子激光，一般為紫外、遠紫外和真空紫外波段。準分子激光器是二氧化碳激光器和YAG激光器之後的新一代激光器。其所發出的紫外短脈衝激光具有波長短、光子能量高等優點。常用的準分子激光器有ArF、KrCl、KrF等。激光脈衝頻率一般在10~100Hz，有些特殊用途的能夠達到1000Hz，平均功率一般在10~100W，脈衝寬度一般在ns量級。

金屬蒸氣紫外激光器主要指銅蒸氣紫外激光器，它產生波長為511nm和578nm的光，利用混頻和倍頻則可產生波長為255nm，271nm和289nm的紫外輻射。激光器光束分佈服從高斯分佈。

氣體激光器應用中的突出問題是設備佔地面積大、可靠性有限、壽命短、高能耗和高費用。而且，準分子激光光束質量差，掩膜損失大。離子激光器和氦-鎘激光器存在光束方向穩定性差的缺點。

20世紀80年代中期以來，半導體製造技術的發展以及與激光技術的結合，催生了半導體激光二極體，這類兼具半導體和激光器特性的激光源，具有更高的峰值功率和較低的能耗，且它的發射脈寬也較窄，本身不需要溫度和光學補償，比傳統的發射光源具有明顯的優勢，並成為中紫外波段AlGaN發展的重點方向。因為該波段紫外輻射的激發效率最高，其輸出效率也比較高。

為了使紫外線輻射源更為實用化，半導體紫外二極體發展的一個方向是大幅縮小現有紫外激光器及其電源的體積和功耗，另一個方向是開發發射波長為280nm、功耗小於10mW的發光二極體以及發射波長為340nm、功耗小於25mW的激光二極體。

紫外激光器(UV laser)，主要應用於先進研究、開發和工業製造裝備，同時廣泛用於生物技術和醫療設備、需要紫外光線輻射的消毒設備。基於Nd:YAG/Nd:YVO4晶體開發的DPSS紫外激光器是微加工系統的絕佳選擇，並且廣泛用於印刷電路板和消費電子產品。

目前，紫外激光器非常適合於科研、工業、OEM系統集成開發。科研方面，紫外激光器可以用於原子/分析光譜、化學動力學等方面的研究。工業方面，基於紫外激光器生產的磁碟的數據存儲盤空間比藍光激光器高出20倍。因此，日本計算機硬體製造商正在努力將紫外激光器和紫外激光管應用於計算機數據存儲技術，以便大幅增加數據存儲能力。

未來，紫外激光技術將催生新一代納米技術、材料科學、生物技術、化學分析、等離子體物理等學科的發展。紫外激光到紅外激光，光電子技術將成為人類發展的根基，而紫外激光技術正成為新的研究和應用熱點。