准分子激光器具有功率大
激光器的种类及应用
• 激光工作物质： 由半导体材料构成的有源区：Ⅲ－V族化合物，如GaAs，InP直接带隙结构， 导带底与价带顶都在K空间的同一位置，注人的电子－空穴带间的光跃迁 无需声子参与，跃迁几率很大，有很高的发光效率。 • 粒子数反转分布——通过 p-n结正向大注入途径来实现： 正向偏压下，大量电子和空穴分别通过耗尽层注入到p侧和n侧， ——导带中存在电子而价带空，形成粒子数反转分布。 • 谐振腔——一般通过解理形成： GaAs等材料折射率很高，解理面大约反射35%的入射光，可形成的一对优质F－P腔， 若再在两腔面分别镀以反射膜和增透膜，则可以进一步提高腔运行效果
准分子激光器激光波长(nm)
放电激发的准分子激光器结构与TEA型CO2激光器基本相同。 很难维持放电的长期稳定性，而要求脉冲宽度为几十ns的高速放电。 卤素气体活性很强，气体容易恶化，必须用耐腐蚀材料制作，并要定期更换气体。 通常采用He、Ne将由压力数千帕的稀有气体和压力数百帕的卤素气体组成的混合气 体稀释成数百千帕的混合气体作为激光工作物质，所形成的激光器输出能量为数百微 焦耳，发光效率1%，重复频率数千赫兹。
激光切开的典型运用
1 汽车范畴的运用 领先的三维激光设备, 不光能够完成车体零件的切开, 还可完成整个 轿车车身全体的切开、焊接、热处理、熔覆、乃至三维丈量, 然后完 成惯例加工无法完成的技能需求。德国通快公司的三维激光设备在 奔驰、通用公司、福特公司、雷诺公司、SKODA公司、欧宝公司、 SAAB公司、VOLVO公司和戴姆勒一克莱斯勒公司成功地运用多年。 2 航空范畴的广泛运用 世界上很多的航空发动机公司选用三维激光设备进行燃烧器段的高 温合金资料的切开和打孔使命, 在军用和民用航空器的铝合金资料或 特别资料的激光切开都获得了成功。
激光器的种类及性能参数总结
激光器的种类及性能参数总结半导体激光器——用半导体材料作为工作物质的一类激光器中文名称：半导体激光器英文名称：semiconductor laser定义1：用一定的半导体材料作为工作物质来产生激光的器件。
所属学科：测绘学（一级学科）；测绘仪器（二级学科）定义2：以半导体材料为工作物质的激光器。
所属学科：机械工程（一级学科）；光学仪器（二级学科）；激光器件和激光设备-激光器名称（三级学科）定义3：一种利用半导体材料PN结制造的激光器。
所属学科：通信科技（一级学科）；光纤传输与接入（二级学科）半导体激光器的常用参数可分为：波长、阈值电流Ith 、工作电流Iop 、垂直发散角θ⊥、水平发散角θ∥、监控电流Im 。
（1）波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、激光二极管690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。
（2）阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。
（3）工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。
（4）垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15˚~40˚左右。
（5）水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6˚~ 10˚左右。
（6）监控电流Im ：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。
工业激光设备上用的半导体激光器一般为1064nm、532nm、808nm，功率从几瓦到几千瓦不等。
一般在激光打标机上使用的是1064nm的，而532nm的则是绿激光。
准分子激光器——以准分子为工作物质的一类气体激光器件。
中文名称：准分子激光器英文名称：excimer laser定义：以准分子为工作物质的激光器。
所属学科：机械工程（一级学科）；光学仪器（二级学科）；激光器件和激光设备-激光器名称（三级学科）在医学领域中使用的激光器种类非常多,常用于眼科治疗的主要有红宝石(rudy)激光、氩离子(Ar+)激光、氪离子(Kr+)、染料(dye)激光、掺钕钇铝石榴石(Nd:Y AG)激光和氟化氩(ArF)准分子激光等固体、气体和液体的激光器，用连续的、脉冲的和调Ｑ的方式，治疗眼底部色素膜和屈光间质等部位的数十种有关眼部疾病。
准分子概念
简介所谓准分子激光，是指受激二聚体所产生的激光。
之所以产生称为准分子，是因为它不是稳定的分子，是在激光混合气体受到外来能量的激发所引起的一系列物理及化学反应中曾经形成但转瞬即逝的分子，其寿命仅为几十毫微秒。
准分子激光原理准分激光是一种气体脉冲激光，所产生的是波长为193nm的准分子激光，它是一种超紫外线光波，此波长的激光吸收范围窄，激光的能量几乎完全被角膜上皮细胞和基质吸收，超过这个范围的组织不会吸收到激光，每一个激光脉冲可以切削0.2到0.25um厚度的生物组织，所以周围的组织不会损伤。
准分子激光与生物组织作用时发生的不是热效应，而是光化反应，所谓光化反应，是指组织受到远紫外光激光作用时，会断裂分子之间的结合键，将组织直接分离成挥发性的碎片而消散无踪，对周围组织则没有影响，达到对角膜的重塑目的，能精确消融人眼角膜预计去除的部分空间精确度达细胞水平，不损伤周围组织。
它的波长短，不会穿透人的眼角膜，因此对于眼球内部的组织没有任何不良的作用。
准分子激光在医学上主要用于屈光不正的治疗，如用PRK、LASIK、LASEK 等方法进行屈光不正的治疗，是目前临床上应用比较普遍、安全、快捷、有效、稳定的屈光不正治疗方法。
安全性准分子激光治疗近视眼最早是1985年美国医生开始在临床应用的，近年来发展迅速，九十年代初传入中国。
准分子激光治疗高、中、低度近视的手术效果远远优于以往的屈光手术，因此，广为全世界的眼科医师所瞩目。
但仍有很多人对它产生怀疑，怕眼睛被打穿、烧焦。
一般来说，准分子激光是波长很短的紫外光，它与生物组织发生的是光化学效应而不是热效应，因此，不会产生热损伤，更谈不上烧焦。
另外，还有人顾虑会打穿眼球，这种顾虑是多余的，准分子激光波长短，穿透力弱，每个脉冲只能切削0.25um的深度，是在细胞下水平切削，切削极精确，因此打穿眼球是不可能的。
有人担心会伤害眼睛的其他部位，这也是多虑，因为准分子激光器都有红外线跟踪系统，当你的眼球偏转超出正常范围，激光会自动停止击射，保证安全治疗。
激光原理第九章
2．半导体激光二极管激励 用波长与激光工作物质吸收波长相匹配的激光作激励光源将大大提高激光器效率。
Nd：YAG宽约30nm的810nm泵浦吸收带中含合多条吸收谱线，809nm的半导体激光二极管输出光泵 浦可以准确地对准此吸收带中带宽约2nm的809nm吸收谱线。半导体激光二极管激励的固体激光器的总 效率为7％—20％。
CO2激光器的谐振腔大多采用平凹腔，由于其增益高．也可采用非稳腔以增加其模体积。
高反射镜可用金属制成，也可在玻璃表面镀以金膜，输出端可采用小孔耦合方式或由可透 过红外光的Ge、GaAs等材料制成输出窗。
1、纵向慢流CO2激光器 气体从放电管一端流入，另一端抽走，气流、电流和光轴方向一致。气流目的是排除CO2与电子碰
一、光泵激励 光激励又可分为气体放电灯激励和半导体激光器激励两种方式。 1、气体放电灯激励
以气体放电灯为激励光源是广为采用的激励方式，脉冲激光器采用脉冲氖灯，连续激光器 采用氖灯或碘钨灯。
气体放电灯激励的能量转换环节多，其辐射光谱很宽、只有一部分能量分布在激光工作物质的有效 吸收带内，通常L约为15％，激光器的效率较低，常用的Nd：YAG激光器的效率约为1％—3％
有小型化、全固态、长寿命及热效应小等优点。单个半导体激光器功率已越过1w，半导体激光器列阵 功率达数百瓦。
工作物质的泵浦吸收谱线和已有大功率半导体激光器发射波长匹配是构成半导体激光器泵浦的固 体激光器的必要条件。适于构成此类激光器的固体工作物质有Nd：YAG，Nd：YVO4，Nd：YLF， Tm、Ho：YAG。为了使波长准确匹配，对半导体激光器的温度加以控制。
钕玻璃的荧光寿命长，易于积累高能级粒子。容易制成光学均匀性优良的大尺寸材料，可用 于大能量大功率激光器。
输出能量已达上万焦耳。荧光线宽较宽，适于制成锁模器件，钕玻璃锁模激光器可产生脉 宽小于1ps的超短光脉冲。钕玻璃的热导率低，振荡阈值又较高，因此不宜用于连续和高重 复率运转。
各种典型激光器原理全
1966年,世界上第一台染料激光器———由红宝石激光器泵 浦的氯铝钛花青染料激光器问世。
第一节 概述
4)．半导体激光器
半导体激光器也称为半导体激光二极管,或简称激光二极管 (LaserDiode,缩写LD)。由于半导体材料本身物质结构的特 异性以及半导体材料中电子运动规律的特殊性,使半导体激 光器的工作特性有其特殊性。
第一节 概述
二、分类及输出特性
激光器种类繁多,习惯上主要按照以下两种方式划分:一种是 工作物质,另一种是按照激光器工作方式。 1 按照激光工作物质 1） 气体激光器 气体和金属蒸气作为工作物质。 根据气体工作物质为气体原子、气体分子或气体离子,又可将 气体激光器分为原子激光器、分子激光器和离子激光器。
第一节 概述
半导体激光器波长覆盖范围一般在近红外波段(920nm～ 1.65μm),其中与为光纤传输的两个窗口。
半导体激光器具有能量转换效率高、易于进行高速电流调制、 超小型化、结构简单、使用寿命长(一般可达数十万乃至百 万小时以上)等突出特点。
半导体激光器广泛应用于光纤通信、光存储、光信息处理、 科研、医疗等领域,如激光光盘、激光高速印刷、全息照相、 办公自动化、激光准直及激光医疗等方面。
自由电子激光器在未来的生物、医疗、核能等领域具有重要的 应用前景
第一节 概述
7）．X射线激光器
X射线激光器输出激光波长位于X射线波段(1～ 10nm)。
X射线激光器工作物质为高度电离的等离子体,采用 光泵浦,但需要特殊的X射线泵浦源。
第一节 概述
8)． 光纤激光器
工作物质:以掺入某些激活离子的光纤,或者利用光纤自身的非 线性光学效应制成的激光器。
第一节 概述
四大激光器
四种激光器有哪些典型应用？一半导体激光器：半导体激光器是以半导体材料作为激光工作物质的激光器1.半导体激光器在高压反馈电路中的应用2.在电子焊接领域的应用3. 量子阱半导体大功率激光器在精密机械零件的激光加工方面有重要应用4. 在印刷业和医学领域，高功率半导体激光器也有应用. .另外，如长波长激光器（1976年，人们用Ga[nAsP/InP实现了长波长激光器）用于光通信，短波长激光器用于光盘读出.自从NaKamuxa实现了GaInN/GaN蓝光激光器，可见光半导体激光器在光盘系统中得到了广泛应用，如CD播放器，DVD系统和高密度光存储器可见光面发射激光器在光盘、打印机、显示器中都有着很重要的应用，特别是红光、绿光和蓝光面发射激光器的应用更广泛.蓝绿光半导体激光器用于水下通信、激光打印、高密度信息读写、深水探测及应用于大屏幕彩色显示和高清晰度彩色电视机中.总之，可见光半导体激光器在用作彩色显示器光源、光存贮的读出和写人，激光打印、激光印刷、高密度光盘存储系统、条码读出器以及固体激光器的泵浦源等方面有着广泛的用途.量子级联激光的新型激光器应用于环境检测和医检领域.另外，由于半导体激光器可以通过改变磁场或调节电流实现波长调谐，且已经可以获得线宽很窄的激光输出，因此利用半导体激光器可以进行高分辨光谱研究.可调谐激光器是深入研究物质结构而迅速发展的激光光谱学的重要工具大功率中红外（3.5lm)LD在红外对抗、红外照明、激光雷达、大气窗口、自由空间通信、大气监视和化学光谱学等方面有广泛的应用.5. 绿光到紫外光的垂直腔面发射器在光电子学中得到了广泛的应用，如超高密度、光存储.近场光学方案被认为是实现高密度光存储的重要手段.垂直腔面发射激光器还可用在全色平板显示、大面积发射、照明、光信号、光装饰、紫外光刻、半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。
半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广，目前已超过300种，半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网，850nm波长的半导体激光器适用于）1Gh/。
高重频KrF准分子激光器能量特性控制
第49卷第11期Vol.49No.ll红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2020年11月Nov. 2020高重频K r F准分子激光器能量特性控制冯泽破u’3,周翊u，江锐韩晓泉“3,孙泽旭2,张华3(1.中国科学院微电子研究所，北京100029;2.中国科学院大学，北京100049;3.北京科益虹源光电技术有限公司技术中心，北京100176)摘要：能量稳定性和剂量精度是半导体光刻用高重频准分子激光器的重要指标，必须采用高精度 的控制算法对其进行控制。
针对准分子激光器，首先对准分子激光器的单脉冲能量特性进行了分析, 并在分析的基础上建立了准分子激光器的出光能量仿真模型。
然后，分别设计了能量稳定性控制算 法，基于PID的双闭环剂量精度控制算法和基于决策算法的剂量精度控制算法，并通过在仿真模型上 实验对于算法控制效果进行了分析，证明了基于决策算法的剂量精度控制算法的适应性更强。
最后，将基于决策的控制算法在一台重频为4 kH z的KrF准分子激光器上进行了验证。
该激光器在基于决 策的控制算法的控制下，能量稳定性的知小于5%，剂量精度小于0.4%，满足半导体光刻的需求。
在 仿真实验和实际实验中都证明了研究中设计的能量特性控制算法的有效性。
关键词：能量控制；剂量控制；准分子激光器；决策控制中图分类号：TN248.2 文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA20200043Energy characteristics control of high-repetitionfrequency KrF excimer laserFeng Zebin1.2.3,Zhou Yiu，Jiang Rui1’3,Han Xiaoquan1，3,Sun Zexu2,Zhang Hua3(1. Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;3. Beijing RSLaser Opto-Electronics Technology Co., Ltd, Beijing 100176, China)Abstract:Energy stability and dose accuracy are important indicators of high-repetition frequency excimer lasers for semiconductor lithography, which must be controlled by high-precision control algorithms. Firstly, the single-pulse energy characteristics of the excimer laser were analyzed. Based on the analysis, a simulation model of the output energy of the excimer laser was established and had been experimentally proven to be effective. Then, the energy stability control algorithm, the double closed-loop dose accuracy control algorithm based on PID and the dose accuracy control algorithm based on decision algorithm were designed respectively and the control effects of the algorithms were tested separately on the simulation model. The simulation analysis results showed that the dose accuracy control algorithm based on the decision algorithm is more adaptable. The algorithm based on decision was validated on a KrF excimer laser with a repetitive frequency of 4 kHz. Controlled by the收稿日期:2020~01-24;修订日期:2020-03-17基金项目:国家科技重大专项(2013ZX022020)作者简介:冯泽斌（1985-)，男，高级工程师，博士生，主要从事准分子激光器控制方面的研究D Email:fengzebin@导师简介:周翊（1970-)，男，研究员，博士，主要从事准分子激光器方面的研究。
激光器的分类介绍
激光器的分类介绍激光器是一种产生聚集一束光的装置，其主要特点是具有极高的单色性、方向性和相干性。
激光器广泛应用于医学、通信、制造、科学研究等领域。
根据原理和应用的不同，激光器可以分为多种类型。
下面将对常见的激光器分类进行介绍。
1.固体激光器固体激光器是利用其中一种固态材料产生激光的装置，通常包括晶体激光器和玻璃激光器。
其中，晶体激光器利用激活态离子在晶体内部的能级跃迁发射激光，常见的晶体有Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体等；而玻璃激光器则是利用包含稀土离子（如Nd、Er）的玻璃产生激光。
固体激光器具有高效率、长寿命、较高的功率输出等优点，广泛应用于医学激光手术、材料加工等领域。
2.气体激光器气体激光器是利用气体的分子、原子激发态跃迁产生激光的装置，常见的气体激光器有氦氖激光器、氩离子激光器等。
氦氖激光器（He-Ne激光器）是最早发展起来的激光器之一，主要用于教学演示、测量和光学仪器中；而氩离子激光器则具有较高的功率输出和较宽的光谱范围，适用于多种应用领域，如材料加工、光刻、医学等。
3.半导体激光器半导体激光器是利用半导体材料，通过注入电子与空穴的复合辐射出激光的装置。
半导体激光器具有体积小、功率效率高、寿命短、驱动电流低等优点，广泛用于信息通信、光存储、激光打印等领域。
另外，半导体激光器还可以通过堆积多个激光二极管，形成多模或多波长激光，提高输出功率和多功能应用。
4.准分子激光器准分子激光器是利用被激发态分子在材料内部的能级跃迁产生激光的装置。
其中，较常见的准分子激光器是二氧化碳激光器（CO2激光器），通常工作在中红外光谱区域，广泛应用于工业加工（切割、焊接）、医学手术、测量等领域。
此外，还有氟化氢激光器（HF激光器）、分子氮激光器等。
5.光纤激光器光纤激光器是利用光纤内的激光表面反射和倍增效应产生激光的装置。
光纤激光器的输出光束质量好，功率密度高，可以实现对光束的精细调控和方向性扩展。
光纤激光器具有高可靠性、耐用性强等特点，广泛应用于通信、材料加工、医学等领域。
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准 分 子 激 光 器 具 有 功 率 大 、 量 高 和 被 长 短 等 特 点 。 固体 Ｉ Ｆ驱 动 源 的 强 有 力 竞 争 者 ， 由 能 是 Ｃ 但 于 输 出 光 束 质 量 不 太 好 ． 许 多 应 用 中 ， 常 需 要 改 善 其 光 束 质 量 。 波 长 ３ ８ ｍ ， ＣＩ 分 子 激 在 常 用 ０ ｒ Ｘｅ 准 ｉ
内 泵浦 不 均 匀 对 染 料 输 出激 光 均 匀 性 的 影 响 。 实 验 中 ， 用 ３ ８ ｍ ＣＩ 分 子 激 光 双 侧 面 泵 浦 香 豆 素 ４ ０ Ｃ ｕ ｒ ４ ０ 染 料 激 光 器 ， 过 采 ０ ｎ Ｘｅ 准 ６ （ ｏ束 质 量 ， 现 染 料 激 光 光 束 的均 匀 性 远 远 优 于 泵 浦 光 束 。 Ｃ 发 另外 ， 实验 对 比 了双 侧 面 对 称 泵浦 方 式 和 传 统 的单 侧 面 横 向 泵 浦 方式 的 输 出 光 束 特 点 。 验 发 现 ． 者 的 光 束均 匀 性 要 大 大 好 实 前 于 后者 。 实 验 中 还 测 量 了在 波 长 ４ ０ ｍ 处 的 激 光 转 换 效 率 ， 染 料 浓 度 为 ２ ０ ｍｏ／ 溶 剂 是 在 ６ｎ 在 ×ｌ ｌＬ（ 甲醇 ） ， 于 ８ ． ｍＪ的 泵 浦激 光 ， 料 激 光 能 量 达 １ ． ｍＪ 能 量 转 换 效 率 为 １ ． 。Ｂ２ ） 时 对 ７４ 染 ０２ ， １７ （ １
利用皱纹波导管作为 自由电子 激光摆动 器的可行性研究 夕 ／ ７
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将 一 束 相 对 论 性 电子 束 注 入 一有 规 则 皱 纹 的 波 导 管 内 ， 电子 束 在 管 壁 的 反 射 下 ， 使 它 沿 波 导 迫 管呈现 周期性 波 动 ， 由同步 辐 射 理 论 ， 子 束 在 前 进 的 方 向 将 产 生 辐 射 ， 此 皱 纹 波 导 管 可 作 为 自 电 因 由 电子 激 光 的 摆 动 器 。 据 相 对 论性 电子 束 在 皱 纹波 导 管 内 的 运 动 规 律 ， 出辐 射 频 谱 分 布 、 射 根 求 辐 功 率 。 先 ， 据 皱 纹 波 导管 内 电 磁 场 的 亥 姆 霍 兹 方 程 和 波 导 管 的 边 界 条 件 ， 出波 导 管 可 以 传 播 首 根 得 的 电磁 波 模 式 ， 由 电子 辐 射 波 长的 相 干 条 件 ， 出 辐 射 的 基 波 波 长 ， 射 波 长 一 方 面 要 满 足 相 长 再 求 辐 干涉， 另一 方 面 还 要 满 足 波 导 管 内 电磁 波 的 传 播模 式 ， 有 这 样 ， 射 才 可 从 波 导管 输 出 。 这 两 个 只 辐 由 条 件 求 出 相 对 论 性 电子 束 穿 过 皱 纹 波 导 管 后 的 辐 射 频 谱 范 围 。 过 分 析 计 算 皱 纹 波 导 管 内 电 子 束 通 与静 电波 、 射 场 波 的 相 互 作 用 ， 出 电 子穿 过 波 导 管 的 辐 射 功 率 。 析 了 皱 纹 波 导 管 长 度 、 径 、 辐 求 分 管
光 双 侧 面 对 称 泵 浦 之 形 腔 染 料 激 光 器 ， 光 腔 型安 排 借 鉴 了 固 体 板 条 状 之 形 腔 的特 点 ， 有 效 地 消 激 能
除 染 料 激 光 器 中 的 热 透镜 效 应 ， 学 效 应 以 及 这 些 效 应 引起 的 输 出 光 束 质 量 变 坏 等 后 果 。 声 另外 ， 由 于 染 料 激 光 在 染 料 池 的 两 个 泵 浦 面 之 间 成 之 形 反 射 传 播 ， 结 果是 ， 在 很 大程 度 上 消 除 泵 浦 区域 其 能