pengantar
Dengan pesatnya perkembangan teknologi, ada kebutuhan akan peralatan laser yang lebih ringan, lebih efisien, lebih kecil, multifungsi dan berkualitas tinggi untuk elektronik, terapi medis, biologi dan material. Saat ini laser umum tersedia dalam panjang gelombang inframerah dan tampak. Alat, proses, dan teknologi laser tradisional mengalami efisiensi yang rendah, pengoperasian yang rumit, biaya tinggi, jangkauan terbatas, kehilangan yang parah, dan akurasi yang rendah. Laser UV telah berulang kali diteliti oleh para ilmuwan dalam beberapa dekade terakhir untuk koherensi yang relatif tinggi, kenyamanan, stabilitas dan keandalan, biaya rendah, tunability, ukuran kecil, efisiensi tinggi, akurasi dan kepraktisan.
2. Laser UV
Laser UV terutama dibagi menjadi laser UV gas dan laser solid state UV padat. Media kerja mencapai keadaan tereksitasi dengan menyerap energi eksternal di bawah aksi sumber pompa, dan setelah perolehan inversi nomor partikel lebih besar daripada kerugian, cahaya diperkuat dan bagian dari cahaya yang diperkuat diumpankan kembali untuk melanjutkan eksitasi. menghasilkan osilasi di rongga resonansi untuk menghasilkan laser. Media gas terutama digunakan dalam pelepasan pulsa atau berkas elektron, di mana tumbukan antara elektron membangkitkan partikel gas dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi untuk menghasilkan lompatan tereksitasi untuk mendapatkan laser UV. Medium padat adalah kristal pengganda frekuensi non-linier yang menghasilkan sinar laser UV yang memancar keluar setelah satu atau lebih transisi frekuensi. Laser UV Excimer dan all-solid-state biasanya digunakan untuk pemrosesan dan penanganan laser.
2.1. Laser Excimer
Laser UV gas utama adalah laser excimer, laser ion argon, laser molekul nitrogen, laser molekul fluor, laser helium kadmium, dll. Laser excimer, dll. biasanya digunakan untuk pemrosesan laser. Laser excimer adalah laser gas dengan excimer sebagai bahan kerjanya. Mereka juga laser berdenyut dan telah menjadi minat penelitian yang besar sejak laser excimer pertama dibuat pada tahun 1971. Excimer adalah molekul senyawa tidak stabil yang terurai menjadi atom dalam keadaan tertentu. Frekuensi pengulangan dan daya rata-rata adalah dasar untuk menilai laser excimer. Proporsi tertentu dari gas langka seperti Ar, Kr dan Xe yang dicampur dengan elemen halogen seperti F, Cl dan Br adalah zat kerja utama laser gas UV, yang dipompa melalui berkas elektron atau pelepasan pulsa. Ketika atom-atom gas mulia dan langka dalam keadaan dasar tereksitasi, elektron-elektron di luar nukleus dengan demikian tereksitasi ke orbital yang lebih tinggi sehingga lapisan elektron terluar terisi dan bergabung dengan atom lain membentuk molekul kuasi, yang kemudian melompat kembali ke keadaan dasar dan pecah menjadi atom asli. Xenon cair adalah zat yang bekerja untuk laser excimer awal. Laser excimer saat ini juga mencakup laser ArF pada 193 nm, laser KrF pada 248 nm dan laser XeCl pada 308 nm.
2.2. Laser UV solid-state
Keuntungan luar biasa dari laser UV all-solid-state adalah ukurannya yang kecil, keandalan yang tinggi, dan stabilitas operasional. Yang paling umum digunakan adalah kristal Nd:YAG biasa untuk pemompaan LD, yang kemudian digandakan frekuensinya.
Langkah-langkah utama dalam pembangkitan laser solid-state UV adalah pertama-tama pemompaan sumber cahaya dalam laser ke media intensifier untuk mencapai inversi nomor partikel, pembentukan dan osilasi cahaya merah fundamental di rongga resonansi, kemudian penggandaan frekuensi dalam rongga oleh satu atau lebih kristal non-linear, dan akhirnya keluaran laser UV yang diinginkan dari rongga resonansi setelah transmisi dan refleksi. Laser solid-state UV biasanya diperoleh dengan menggunakan metode pemompaan dioda LD dan pemompaan lampu. Laser UV solid-state adalah laser solid-state UV yang dipompa LD.
Nd:YAG (neodymium doping yttrium aluminium garnet) dan Nd:YVO4 (neodymium doped yttrium vanadat) adalah dua jenis kristal media yang diperkuat yang lebih umum. Metode umum untuk meningkatkan rongga resonansi adalah dengan menggunakan dioda laser semikonduktor kecil LD yang dipompa dengan kristal laser Nd:YVO4 pada panjang gelombang 808 nm untuk menghasilkan cahaya inframerah dekat pada 1064 nm. Dibandingkan dengan Nd:YAG, kristal laser Nd:YVO4 memiliki penampang penguatan yang lebih besar, empat kali lipat dari Nd:YAG, koefisien penyerapan yang lebih besar, lima kali lipat dari Nd:YAG, dan ambang laser yang lebih rendah. Dibandingkan dengan Nd:YAG, kristal laser Nd:YVO4 memiliki penampang penguatan yang lebih besar, empat kali lipat dari Nd:YAG, koefisien penyerapan yang lebih besar, lima kali lipat dari Nd:YAG, dan ambang laser yang lebih rendah. Kristal Nd:YAG memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, transmisi cahaya yang tinggi, masa pakai fluoresensi yang lama dan tidak memerlukan pembuangan panas yang keras dan sistem pendingin.
3. Aplikasi laser UV
Pengolahan laser UV memiliki banyak keunggulan dan saat ini menjadi teknologi pilihan dalam perkembangan teknologi informasi. Pertama, laser UV dapat menghasilkan panjang gelombang sinar laser yang sangat pendek, yang dapat secara tepat menangani bahan yang sangat kecil dan halus; kedua, "perlakuan dingin" laser UV tidak menghancurkan material itu sendiri secara keseluruhan, tetapi hanya merawat permukaannya; lebih lanjut, pada dasarnya tidak ada efek kerusakan termal. Beberapa bahan tidak menyerap laser yang terlihat dan laser infra-merah secara efektif, membuatnya tidak mungkin untuk diproses. Keuntungan terbesar dari UV adalah pada dasarnya semua bahan menyerap sinar UV lebih luas. Laser UV, terutama laser UV solid-state, kompak dan kecil, mudah dirawat dan mudah diproduksi dalam jumlah besar. Laser UV digunakan dalam berbagai aplikasi dalam pemrosesan biomaterial medis, forensik dalam kasus kriminal, papan sirkuit terpadu, industri semikonduktor, komponen mikro-optik, operasi, komunikasi dan radar, serta pemrosesan dan pemotongan laser.
3.1. Modifikasi sifat permukaan bahan biologis
Dalam beberapa perawatan, banyak bahan medis harus kompatibel dengan jaringan manusia atau bahkan diperbaiki, seperti perawatan laser ultraviolet penyakit intraokular dan percobaan pada kornea kelinci yang terkadang memerlukan perubahan sifat protein biologis dan struktur biomolekuler. Setelah menyesuaikan parameter pulsa optimal dari laser UV excimer, para peneliti kemudian menyinari permukaan biomaterial medis dengan laser masing-masing 100 nm, 120 nm dan 200 nm, sehingga meningkatkan struktur fisikokimia permukaan material dan tidak mengubah keseluruhan struktur kimia dari bahan, dan membuat biomaterial organik yang diolah secara signifikan lebih kompatibel dan hidrofilik dengan jaringan manusia melalui eksperimen perbandingan dengan sel biologis yang dikultur, yang sangat membantu dalam aplikasi biologis medis.
3.2. Di bidang investigasi kriminal
Di bidang penyidikan pidana, sidik jari telah digunakan sebagai bukti biologis penting yang ditinggalkan di TKP oleh tersangka dalam kasus pidana sejak ditemukan bahwa sidik jari sama uniknya dengan DNA. Setelah metode lama dapat menyebabkan kerusakan sampel dan mempersulit pengumpulan dan penyimpanan pameran. Penelitian saat ini memiliki hasil yang luar biasa untuk sidik jari permukaan objek non-penetrasi, seperti pita, foto, kaca, dll. Pencitraan pendaran UV" dan "pencitraan pemantulan laser UV" digunakan untuk mengamati dan merekam deteksi dan pengumpulan sidik jari dengan penyinaran laser UV dari sidik jari potensial melalui filter band-pass pada masing-masing 266 nm dan 340 nm. Tujuh puluh persen dari 120 sampel diuji dalam percobaan berhasil dideteksi. Teknik gelombang pendek UV meningkatkan tingkat keberhasilan sidik jari potensial, dan kemudahan dan kecepatan yang dapat digunakan untuk mengontrol sifat optik membuatnya menjanjikan untuk digunakan dalam ilmu ruang sidang. Bintik air liur di tempat, sel terkelupas, noda darah, rambut dengan folikel rambut dan spesimen biologis umum lainnya dapat dideteksi dengan deteksi UV. Namun, ketika laser UV gelombang pendek 266 nm digunakan untuk menyinari sampel biologis pada jarak tetap dan pada durasi yang berbeda dan kemudian mengekstraksinya. DNA, ditemukan bahwa laser UV gelombang pendek 266 nm memiliki efek serius pada hasil DNA dari lima jenis bukti biologis yang umum: sidik jari, b noda darah, noda air liur, sel-sel meluruh dan rambut dengan folikel rambut, tetapi hanya pada tingkat yang lebih rendah pada deteksi DAN biologis untuk rambut termasuk folikel rambut, air liur dan bercak darah. Laser UV gelombang pendek dapat mempengaruhi beberapa biomaterial DNA, sehingga metode ekstraksi harus dipilih dengan hati-hati untuk nilai pembuktiannya selama penyelidikan forensik.
3.3. Aplikasi laser UV pada papan sirkuit terintegrasi
Produksi berbagai macam papan sirkuit di industri, dari kabel awal hingga produksi chip tertanam presisi kecil yang membutuhkan proses lanjutan, sirkuit fleksibel dalam papan sirkuit terpadu, sirkuit laminasi dalam polimer dan tembaga semuanya memerlukan pengeboran dan pemotongan lubang mikro, serta perbaikan dan pemeriksaan bahan pada papan, seringkali membutuhkan penggunaan fabrikasi dan pemrosesan mikro. Teknologi laser micromachining jelas merupakan pilihan terbaik untuk pemrosesan papan sirkuit. Laser tidak bersentuhan dengan produk yang akan diproses selama proses, secara efektif menghindari gaya mekanis, menghasilkan pemrosesan yang cepat, fleksibilitas tinggi, dan tidak ada persyaratan khusus untuk tempat kerja, yang dapat mencapai besaran sub-mikron melalui pengaturan laser yang tepat. parameter dan desain penelitian. Metode pengeboran yang lebih tradisional yang digunakan pada papan sirkuit adalah penggunaan laser UV dan laser CO2 untuk penandaan non-logam (laser CO2 dengan panjang gelombang 10,6 m digunakan untuk penandaan bahan non-logam; panjang gelombang 1064 nm atau 532 nm umumnya digunakan untuk menandai bahan logam). Saat ini, teknologi pemrosesan laser UV masih terutama digunakan, yang dapat mencapai pemrosesan tingkat mikron, akurasi tinggi, dapat menghasilkan perangkat mikro-nol ultra-halus, dapat diterapkan pada titik sinar laser lubang mikro kurang dari 1 m. pengolahan. Namun, laser CO2 terutama digunakan untuk lubang antara 75 dan 150 mm dan rentan terhadap ketidaksejajaran pada lubang kecil, sedangkan laser UV dapat digunakan untuk lubang hingga 25 mm dengan akurasi tinggi dan tanpa ketidaksejajaran. Misalnya, dalam pemrosesan "dingin" papan sirkuit berlapis tembaga dengan laser femtosecond UV, metode penyeimbangan komprehensif digunakan untuk mendapatkan parameter proses yang optimal, dan sifat pengetsaan selektif kemudian digunakan untuk mencapai kualitas tinggi, efisiensi tinggi. mikro garis etsa permukaan berlapis tembaga dengan lebar garis 50 m dan pitch garis 20 m.
3.4 Pengolahan dan persiapan komponen mikro-optik
Di era teknologi informasi dan perkembangan pesat industri modern, kebutuhan untuk membangun lebih banyak sistem eksperimental di ruang yang lebih kecil dan untuk mencapai lebih banyak fungsi memerlukan percepatan pengembangan teknologi informasi dan, yang lebih penting, produksi yang lebih kecil, mini dan penuh. perangkat fungsional yang hanya memproses ikatan kimia pada permukaan material. Ini memiliki aplikasi penting dan nilai penelitian di bidang komunikasi radar militer, terapi medis, kedirgantaraan dan biokimia. Pemotongan dan optimasi yang lebih mendalam serta penelitian dan pengembangan aplikasi pada komponen mikro-optik pada skala nano dimungkinkan, mengubah fungsi dan sifat komponen optik tradisional. Mikro-optik memiliki keunggulan karena mudah diproduksi secara massal, mudah disusun, kecil, ringan dan fleksibel, namun bahan utamanya adalah kaca kuarsa. Kaca kuarsa rentan terhadap keretakan dan pembentukan kawah selama aplikasi dan penanganan dan merupakan bahan yang keras dan rapuh, yang secara signifikan mengurangi sifat optiknya. Akibatnya, teknologi pemrosesan "dingin" tulisan langsung laser UV telah sangat meningkatkan efisiensi perangkat mikro-optik, memungkinkan pemrosesan cepat komponen mikro-optik dengan presisi tinggi dan struktur halus tanpa merusak material, dan memungkinkan pemrosesan fleksibel batch besar dan kecil dengan persyaratan yang berbeda. Sementara lembaga penelitian asing telah mempelajari pemrosesan UV-UV dari wafer silikon sebelumnya, penelitian dalam negeri tentang teknologi dan faset pemotongan wafer silikon dilakukan hanya setelah awal yang relatif terlambat. Pemotongan yang dioptimalkan dari tiga wafer silikon dari bahan yang sama (0.18 mm, 0.38 mm dan 0.6 mm) dengan aperture minimum 45 m dan akurasi pemesinan sebesar 20 m, tidak menunjukkan retakan pada material, lebih sedikit pengaruh termal dari laser dan lebih sedikit percikan.
3.4. Aplikasi laser UV dalam industri semikonduktor
Micromachining bahan semikonduktor dengan laser UV telah mendapat perhatian yang meningkat dalam beberapa tahun terakhir. Ribuan komponen sirkuit padat sangat umum di sirkuit terpadu, sehingga beberapa metode penanganan dan pemrosesan presisi tinggi diperlukan, serta beberapa instrumen dan perangkat presisi tinggi seperti bahan semikonduktor silikon dan safir dan film tipis semikonduktor lainnya dari mikroprosesor presisi oleh Laser UV dan mempelajari sifat spektral film, sedangkan laser UV juga dapat meningkatkan pemanfaatan energi cahaya bahan silikon, tetapi juga membuat perubahan struktur mikro permukaan silikon, yang kondusif untuk pengembangan panel surya, seperti dua- kisi mikro dimensi, dll.
4. kata penutup
Melalui pengembangan dan penelitian selama beberapa dekade, teknologi dan aplikasi laser UV telah menjadi semakin luas dan matang, dan teknologi pemrosesan "dingin" halus yang paling khas memproses mikro dan merawat permukaan tanpa mengubah sifat fisik objek, dan banyak digunakan di berbagai industri dan bidang seperti komunikasi, optik, militer, investigasi kriminal dan perawatan medis. Era 5G, misalnya, menghasilkan permintaan untuk pemrosesan FPC. Dengan perkembangan lebih lanjut dari industri 5G dan pengejaran tampilan OLED fleksibel oleh produsen elektronik besar, permintaan akan papan sirkuit fleksibel FPC berkembang pesat, dan dengan itu, permintaan akan laser UV. Tren ini diharapkan akan mengarah pada perkembangan pesat teknologi UV itu sendiri untuk mencapai terobosan yang lebih besar dalam daya dan lebar pulsa, serta area aplikasi baru. Penerapan mesin laser UV telah memungkinkan pemrosesan bahan dingin yang presisi seperti FPC, sementara peningkatan FPC secara bertahap telah mendorong penerapan 5G, yang karakteristik latensi rendahnya memberikan peluang tak terbatas untuk gelombang baru perkembangan teknologi seperti teknologi cloud, Internet of Things, tanpa pengemudi dan VR. Ini tentu saja merupakan konsep pelengkap, dan teknologi serta aplikasi baru pada akhirnya akan mendorong pengembangan lebih lanjut dari laser UV.
Karena semakin banyak kristal pengganda frekuensi baru dan media penguatan muncul, semakin pendek panjang gelombang semakin tinggi kekuatan laser UV yang akan digunakan di masa depan di lebih banyak industri untuk mempromosikan pengembangan semua lapisan masyarakat, laser UV di bidang pemrosesan lebih cerdas, efisien dan akurat, tingkat pengulangan tinggi, stabilitas tinggi adalah tren pengembangan masa depan.
