紫外激光器研究进展及其关键技术讲解
全固态激光器的光束质量及其紫外激光的实验研究的开题报告
全固态激光器的光束质量及其紫外激光的实验研究的开题报告标题：全固态激光器的光束质量及其紫外激光的实验研究一、研究背景及意义全固态激光器由于具有结构简单、寿命长、易于集成化等优点，被广泛应用于医疗、制造、通信等领域。
其中，紫外激光在微细加工、光刻、生物荧光分析等领域具有重要应用价值。
对于光束质量的研究是提高激光器工作效率、减少环境污染、提高加工精度等方面的重要问题。
二、研究目的本课题旨在通过实验研究，探究全固态激光器在紫外激光工艺中的光束质量，并通过对比分析不同激光波长下的光束质量变化规律，为全固态激光器在紫外激光领域的应用提供科学依据。
三、主要研究内容和预期成果1. 建立全固态激光器实验台，选择合适的激光介质、激光波长和工作模式，调节激光器参数，获取光束质量数据。
2. 对不同波长下激光器的光束参数进行实验研究，建立光束质量评估模型。
3. 通过比较不同波长下激光器的光束参数变化规律，分析不同波长激光器在紫外激光领域的应用优劣差异。
预期成果：1. 建立全固态激光器的实验平台，能够准确测量全固态激光器的光束质量。
2. 分析不同波长下激光器的光束参数变化规律，获得紫外激光领域全固态激光器应用的科学依据。
3. 具体分析全固态紫外激光器及其应用的发展趋势。
四、研究方法和技术路线本研究采用以下具体方法和技术路线开展：1. 设计并搭建全固态激光器的实验平台。
2. 选择不同激光介质、不同波长的激光器进行实验研究。
3. 使用光学仪器对激光器光束参数进行测量和分析。
4. 基于理论模型，分析不同波长激光器在紫外激光领域的应用优劣差异。
五、研究进度安排本研究的进度安排如下：第一年：搭建实验平台，收集文献，编写研究方案。
第二年：对光束参数、波长等进行测量和分析，建立光束质量评估模型。
第三年：分析研究结果，并撰写研究报告。
六、研究的重要性和意义本研究旨在探究全固态激光器在紫外激光领域的光束质量及应用，对于推动激光加工技术创新和发展，促进全固态激光器的应用和发展具有重要意义。
紫外光刻机技术的研究与发展趋势
紫外光刻机技术的研究与发展趋势一、背景介绍紫外光刻技术是一种高精度、高分辨率的制造微电子器件的重要方法之一。
它利用紫外线对光刻胶进行曝光，通过显影、蚀刻等工艺步骤，将芯片上的图案迁移到硅片上，实现微电子器件的制造。
近年来，紫外光刻机技术在半导体制造、集成电路、显示器件等领域得到了广泛应用。
二、技术发展趋势1. 高分辨率化随着科技的不断进步，对微电子器件的制造要求也越来越高，尤其是对分辨率的要求。
传统的紫外光刻机技术已经无法满足微米级和纳米级的分辨率要求，因此，研究人员纷纷致力于开发更高分辨率的紫外光刻机技术。
包括多光束、电子束和极紫外光刻等新技术应运而生，努力提高分辨率，满足市场需求。
2. 多级曝光技术随着半导体器件尺寸的不断缩小，传统的单级曝光技术已经无法满足需求。
多级曝光技术通过多次曝光和对位，将一个芯片的图案分成多个子图案逐步曝光，最后形成一个完整的图案。
这种技术在提高整体曝光效率的同时，还可以提高分辨率并减小误差。
3. 高速刻蚀技术为了满足大规模集成电路的制造需求，紫外光刻机的刻蚀速度需要得到提高。
高速刻蚀技术通过优化刻蚀气体、调节蚀刻条件等方式，实现更高效的刻蚀过程。
同时，还可以提高刻蚀平坦度和减小副反应，降低产生缺陷的风险。
4. 绿色环保技术随着社会环保意识的增强，绿色环保技术成为紫外光刻机研究的一个重要方向。
研究人员致力于减少化学物品对环境的污染，研发无废水、废气的刻蚀工艺，并引入可持续发展的材料和技术，实现更加环保的制造过程。
5. 智能化与自动化随着人工智能和自动化技术的发展，紫外光刻机技术也逐渐向智能化和自动化方向发展。
通过引入智能控制系统、自动对位对焦技术等，提高生产线的自动化程度，降低人力投入和人为误差，并提高生产效率和产品质量。
三、结论紫外光刻机技术是现代微电子制造领域不可或缺的重要技术。
随着科技的不断进步和应用需求的增加，对紫外光刻技术的要求也越来越高。
未来，紫外光刻机技术还将朝着高分辨率化、多级曝光、高速刻蚀、绿色环保以及智能化和自动化方向进行深入研究和发展，为现代微电子器件的制造提供更好的解决方案。
全固态紫外激光
第28卷第9期 光子学报 V o1.28N o.9 1999年9月 ACT A PHOT ONICA SINICA Septem ber1999 全固态紫外激光器研究*陈国夫 王贤华 杜戈果(瞬态光学技术国家重点实验室,中国科学院西安光学精密机械研究所,西安710068)摘 要 本文报道了具有增强谐振倍频腔的全固态紫外激光器研究.半导体激光二极管(LD)泵浦的Nd∶YVO4激光晶体产生波长为1064nm的近红外光,腔内倍频输出波长为532nm的绿光,再送入增强谐振腔进行四倍频,输出波长为266nm的深紫外激光.产生深紫外激光的基频绿光输入阈值可低到2.5mW.据我们所知,这是国内首次报道的全固态紫外激光器. 关键词 半导体激光二极管泵浦;Nd∶YVO4激光器;增强谐振倍频;紫外激光0 引言 固体激光器的激光波长一般在可见光和近红外波段.近年来国际上科学工作者努力研究紫外激光器,这是因为紫外激光器在高分辨光谱学(只需功率几微瓦)、大气探测、微电子学、医学诊断、高密度光数字存储、光化学、光生物学、激光诱发的物质原子荧光和紫外吸收(如Si原子的荧光诱发、冷冻和控制)、空间光通讯、机械成型、紫外器件的研究等领域有着广泛的应用1～4.通常紫外激光器有激发物激光器、氮激光器和四倍频固体激光器5.而LD泵浦的四倍频全固态激光器是首选的有前途的紫外激光源,那是因为这种激光器具有稳定可靠,寿命长,光束质量好,可调谐,小型紧奏,重量轻,结构简单,操作简单,价格低等实用化的优点6.所以近年来,美、英、日、法、德已在开展四倍频全固态紫外激光器的工作1,5,7.多数是用LD泵浦惯用的Nd∶YAG晶体,再进行倍频.本文报道用波长808nm小型半导体激光二极管LD泵浦Nd∶YVO4激光晶体产生1064nm的近红外光,腔内倍频输出波长为532nm的绿光,再送入增强谐振腔进行四倍频,输出波长为266nm 的深紫外激光.与N d∶YAG比较,Nd∶YVO4激光晶体具有更大的增益截面,是N d∶YAG的4倍;吸收系数大,是Nd∶YAG的5倍,偏振输出,激光阈值低等优点8,9,现在,小型大功率808nm的半导体激光器正合适泵浦Nd∶YVO4激光器带来新的生机10.在小功率泵浦的条件下,利用短腔谐振倍频技术,已成功获得紫外激光输出,这些实验结果国内还未见报道.1 实验装置和实验结果全固态紫外激光器由双端泵浦源、二倍频Nd∶YVO4激光器、增强谐振倍频、测量和控制系统构成.实验装置如图1所示.图1 全固体紫外激光器实验装置F ig.1 Ex perimental setup of the ultra vio la at la ser腔内倍频半导体激光二极管泵浦的Nd∶YVO4的谐振腔采用的是折叠式驻波腔.腔内倍频结构是输出为自准直的聚焦腔.M1、M2为平面反射镜.M3为凹凸反射透射镜作为倍频聚焦及倍频光输出自准直,M4是凹面回光反射镜,用以形成折叠式驻波腔结构.在腔体设计时考虑到尽*国家自然基金资助项目(69778012)收稿日期:1999—06—29可能减少腔内元件以提高工作稳定性,在折叠腔内未引入象散补偿玻片.通过选择最佳入射角,减小由聚焦凹面镜引起的象散.激光腔的光束传输矩阵为M =A B CD =d b caa b cd(1)式中a b c d =1l 101100n 1/n21L 1/n 201100n 2/n 1・1l 2+l 30110-2/R 111l 401100n 1/n 3・1L 2/n 31100n 3/n 11l 50110-2/R 21n 1为空气折射率,n 2为Nd ∶YVO 4晶体折射率,n 3为KT P 晶体折射率.根据矩阵光学,稳定腔的条件是 A +D /2<1.束腰半径 为2=( B / n )[1-((A +D )/2)2]1/2(3)当入射角 =5°,在输出光镜M 3上光束半径 随l 2+l 3的变化如图2.当l 2+l 3=50m m 时,在图2 输出镜M 3上的光斑尺寸随l 2+l 3的变化F ig.2 Spo t size on M 3v s l 2+l 3输出镜M 3上的光斑直径随入射角 的变化,如图3,从总体考虑l 2+l 3=50mm , =5°,M 3的曲图3 输出镜M 3上的光斑尺寸随入射角 的变化F ig.3 Spo t size on M 3v s率半径R =100mm ,M 4的曲率半径R =150mm.在这种腔体结构下在输出镜M 3上的子午面和弧矢面上的光斑尺寸相对误差不超过0.3%,输出光束为高斯光束.为了提高倍频效率采用聚焦共轭腔结构.Nd ∶YVO 4激光晶体两端的泵浦源均由波长可温控、光纤输出的半导体激光器LD 和耦合器组成3.LD 的最大功率可达15W ,波长在808nm 附近可调谐,功率通过直径为1.16mm 的光纤束输出,自己研制了小型的准直聚集耦合器,将光纤输出端面、准直系统、聚焦透镜都封闭在一个小型的系统中,使用中免调,还避免了环境中的灰尘污染,耦合器的出口处是焦距为3.3cm 的透镜,调节耦合器和激光晶体Nd ∶YVO 4的相对位置,使泵浦达到最佳状态.如图1所示,N d ∶YVO 4激光晶体、KT P 倍频晶体和腔镜M 1、M 2、M 3、M 4构成腔内二倍频激光器,532nm 的绿光由自准直凹凸透镜M 3输出.Nd ∶YVO 4激光晶体是福建物质结构所生产的,几何尺寸为8(3×3×5)mm.二倍频晶体KTP 是山东大学晶体研究所生产的,二类相位匹配,双面对1064nm 和532nm 波长处镀双增透膜.M 1、M 2为平面腔镜,在1064nm 波长,反射率R >95.5%.在800～810nm,透过率T >90.5%.腔内倍频结构采用聚焦共轭结构以提高倍频效率,自准直凹凸透镜M 3,曲率半径为100m m,在1064nm 波长,反射率R ≥99.6%,在532nm 波长,透过率T ≥94%.凹面镜M 4,曲率半径为150m m ,在1064nm 和532nm 波长,都有反射率R >99.9%.当每端LD 的泵浦功率均为6W 时,输出绿光为1.5W .效率为11%.四倍频晶体BBO 和M 5、M 6、M 7、M 8构成增强谐振倍频腔,M 5是平面镜,在532nm 波长,透过率T =12%,M 6也是平面镜,反射率R =99.4%.M 6安装在PZT 驱动器上,凹面镜M 7的曲率半径为150mm ,在532nm 波长,反射率为99.4%.凹面镜M 8的曲率半径也是150mm ,在532nm 波长,R =99.8%,在266nm 波长,透过率T =84%,四倍频晶体BBO 的几何尺寸为(5×5×6)mm ,位于M 7和M 8的共同焦点上,谐振腔的腔长尽量与Nd ∶YOV 4的腔长匹配.紫外光由腔镜M 8输出.石英棱镜将紫外光分离出来,由接收器测量.接收到的紫外信号送入计算机接口还可同时输入786 光子学报28卷示波器,以便实时监测,再控制PZT,使紫外光输出最大.在现在的结构和冷却条件下,由M 4透过的1064nm 的光估计,在无KT P 时Nd ∶YVO 4腔内功率大于80W ,放入KTP 二倍频晶体,绿光输出最大为1.5W .图4(a )、(b )分别为1064nm 和532nm 的光谱曲线,绿光在谐振倍频腔中的损耗约为12%.接收器接收的紫外光最大为5V.(a) (b)图4 腔内倍频传N d ∶YV O 4激光器的光谱曲线.(a )1064nm ,(b)532nm F ig .4 Spectr um o f N d ∶Y V O 4laser of intr acavity fr equency doubling参考文献1 Go ldberg L ,K liner D A V.T unable U V g eneration at 286nm by fr equency tr ipling of a hig h-pow er mo de -lo ckedsemiconducto r laser.O pt L ett ,1995,20(15):1640～16422 Saya ma S ,Ohtsu M .T unable U V cw genera tio n at 276nm w avelength by fr equency co nv ersio n o f laser dio des .OptCommu ,1998,(1):110～1123 Bahns J T ,L ynds L ,Stw alley W C,Simmons V ,R obinson T ,Bililign S.Airbo rne-mer cur y detection by r esonant U V laser pumping.Opt L ett ,1997,22(10):727～7294 K ung A H ,Jr -I L ee ,Chen Poe -jo u .A n efficient all -so lid -st ate ultr aviolet laser source .Appl P hys L ett ,1998,72(13):1542～15445 F eugnet G,P ocholle J P.8-mJ T EM 00diode-end-pumped fr equency -qua dr upled N d ∶Y A G laser.O pt L ett,1998,23(1):55～576 Per saud M A ,T olchard J M ,Fer guson A I .Efficient g ener ation of pico seco nd pulses at 243nm .I EEE J Q uant Elec ,1990,26(7):1253～12587 Ro termund F ,Pet ro v V.Gener atio n of t he four th harm onic o f a femt osecond T i ∶sapphir e laser.Opt Let t,1998,23(13):1040～10428 杜戈果,王贤华,陈国夫.L D 泵浦的高效掺钕钡酸钇(N d ∶YV O 4)激光器.光子学报,1998,27(7):616～6189 何慧娟,廖严,陈冰瑶.激光二极管泵浦Nd ∶Y V O 4晶体的高效内腔倍频绿光激光器研究.光学学报,1998,18(3):277～28010 尹红兵,吴光照,罗山.可望实用化的几种新型激光晶体.激光与电子学进展,1997,(7):6～97879期陈国夫等.全固态紫外激光器研究ALL -SOLID -STATE ULTRAVIOLET LASERChen Guofu,Wang Xianhua,Du Geg uoState K ey laboratory of T r ansient Op tics T echnology ,X i ′an I nstitute of Op tics &p recision M echanics ,X i ′an 710068R eceived date :1999-06-29Abstract All -so lid -state ultr av iolet laser w ith a r esonant enhanccement cavity is reported .A frequen-cy -quadrupled Nd ∶YVO 4laser pumped by LD is described.The Nd ∶YVO 4laser with intracav ity fre-qency-do ubled g enerate g reen laser and deliv er into a enhancement resonant cavity for frequency-quadrupled .The laser has generated ultravoilet lig ht at 266nm w ith low threshold .Keywords LD pum pe ;Nd ∶YVO 4laser ;Enhancement resonant fr equency -doube ;Ultrav oilet laser Professor Chen Guofu w as g raduated fro m Beijing U niv ersity in 1966.Heis the head of the State Key Lab .of Transient Optics T echno log y ,Xi ′anInstitute o f Optics and Precision M echanics,Academ ia Sinica.He had w orked at Imperial Co lleg e and St.Andr ew s Univ er sity as a visiting schol-ar from 1984～1987.His research involves ultrashort light generation ,measurement and fs no nlinear optics .788 光子学报28卷。
千赫兹全固态紫外激光器实验研究的开题报告
千赫兹全固态紫外激光器实验研究的开题报告
1.研究背景
激光技术在工业和科研领域具有广泛的应用，其中紫外激光器由于其较短的波长和高能量密度，被广泛用于微电子制造、光刻、医学诊断等领域。
目前，全固态紫外激光器比气体激光器更具优势，因为它们具有更高的能量效率、更小的尺寸、更好的稳定性和可靠性。
2.研究目的
本研究旨在设计和实验一个千赫兹全固态紫外激光器，研究其激光输出特性和稳定性，并探究其在微电子制造、光刻和医学诊断等领域中的应用前景。
3.研究内容
（1）激光加工和诊断领域对紫外激光器的需求
通过收集整理激光加工和诊断领域对紫外激光器的需求，了解这些领域对激光器输出功率、波长、重复频率等参数的要求，为后续实验提供指导。
（2）千赫兹全固态紫外激光器的设计和制备
结合上述需求，设计和制备千赫兹全固态紫外激光器，选择适合的激光介质、激发源和输出窗口等关键组件，提高激光器的效率和稳定性。
（3）千赫兹全固态紫外激光器的特性研究
对制备好的紫外激光器进行实验研究，探究其激光输出功率、波长、重复频率、波束质量和稳定性等特性，并进一步优化激光器的设计以满足应用需求。
4.研究意义
本研究可以为紫外激光器的发展提供实验数据和实际应用案例，推动全固态紫外激光器技术的发展，丰富工业和科研领域的激光应用。
全固态266nm紫外脉冲激光器研究
（ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ ２ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： ２ ６ ６ ｎ ｍ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｖ ｉ ｏ ｌ ｅ ｔ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ ｐ ａ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ Ｑ — ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｅ ｄ Ｃ ｒ ４ Ｙ Ａ Ｇ， Ｋ Ｔ Ｐ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ
调 Ｑ， Ｋ Ｔ Ｐ晶体 腔 内倍 频及 Ｂ Ｂ Ｏ 晶体 腔 外 四倍 频 ， 实现 ２ ６ ６ ｎ ｍ 连 续脉 冲 输 出。通 过 优 化激 光
器 外谐 振腔 ， 提 高腔 外非 线 性变 频转 化效 率。Ｌ Ｄ抽运 功 率 为 ４ ． ６ Ｗ 时， 得到５ ３ ２ ｎ ｍ 激光平 均 输 出功 率为 １ ５ ４ ｍ Ｗ， 与腔 外直 接倍 频相 比， ５ ３ ２ ｎ ｍ 激光 的平 均 功 率提 高 了 ３倍 ， 单脉 冲 能量 和 峰值 功率提 高 了 ２倍 ， 这 有利 于 四倍 频 转化 效率 的提 高 。２ ６ ６ Ｈ ｉ ｌ ｌ 紫 外激 光平 均 输 出功 率 为
实用化266nm紫外激光器的研究
Ｋｅ ｒ ｓ ２ ６ ｎ ｕｔａ ｉｌ ｔ ｓ ｃ ｎ ａ ｍｏ ｉ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ；ｏ ｒ ａ ｏ ｉ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ６ ｍ ｌ ｖ ｏｅ ；ｅ ｏ ｄ ｈ ｒ ｎ ｃ ｅ ｅ ａｉ ｆ ｕ ｔ ｈ ｒ ｎ ｃ ｅ ｅ ａｉ ｒ ｏ ｈ ｍ ｏ
中图分类 号 ：Ｎ ４ ． Ｔ ２８１ 文献标 识码 ： Ａ Ｄ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ —０ ８ ２ １ ．８ ０ ９ ＯＩ １ ． ９ ９ ｊｉ ． ０ １５ ７ ． ０ ２ ０ ． ０ ｓ
Ｓ ｕ ｙ ｏ ａ ｔｃ ｌ２ ６ ａ ｔ ａ ｉ ｌ ｔｌ ｓ ｒ ｔ ｄ ｎ ａ ｐｒ ｃ ｉａ ６ ｍ ｕｌｒ ｖ ｏ ｅ ａ ｅ
ＺＨＡＯ ｈ ｙ ｎ， ＡＯ ｅ， ＡＮＧ Ｓ ｕ— ｕ ＸＩ Ｌｉ Ｗ Ｘｕ ， ＺＨＡＮＧ ｉ ＬＩ Ｌｅ Ｃｈ ， Ｕ ｉ
（ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ｎＳ ｌ — ａ ａｅ ａｏａ ｒ ，ｅ ｉｇ１０ １ ，ｈｎ ） Ｓｉ ｅａｄＴ ｃｎ ｌ ｙｏ ｏｄｓ ｔ Ｌ ｓｒ ｂｒｔ ｙ Ｂ ｉｎ ０ ０ ５ Ｃ ｉａ ｎ ｏ ｉ ｔｅ Ｌ ｏ ｊ
第４ ２卷 第 ８期
２１ ０ ２年 ８月
激 光 与 红 外
Ｌ ＡＳＥＲ ＆ Ｉ ＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏ ． １４２， ． Ｎｏ ８ Ａｕｇ ｓ ， ０１ ｕｔ２ ２
文 章 编 号 ：０ １５ ７ （ ０ ２ ０ －８３０ １０ — ８ ２ １ ） ８０ ８ －４ ０
2024年纳秒紫外激光器市场分析现状
2024年纳秒紫外激光器市场分析现状1.引言纳秒紫外激光器是一种高频率、高功率的激光器，广泛应用于科研、制造和医疗等领域。
随着技术的不断发展，纳秒紫外激光器市场也逐渐扩大。
本文将对纳秒紫外激光器市场的现状进行分析，并探讨其未来发展趋势。
2.市场规模纳秒紫外激光器市场在过去几年中呈现了快速增长的趋势。
根据市场研究公司的数据显示，2019年纳秒紫外激光器市场规模达到了XX亿元，预计到2025年将达到XX亿元。
这表明纳秒紫外激光器市场潜力巨大，并具有巨大的发展空间。
3.市场驱动因素3.1 科研领域需求增加纳秒紫外激光器在科研领域有着广泛的应用。
随着科学研究的不断深入，对纳秒紫外激光器的需求也在增加。
科研机构对高精度、高能量的激光器的需求将推动市场的增长。
3.2 制造业的需求增长纳秒紫外激光器在制造业中有着重要的应用。
制造业需要高精度和高速的激光器来进行精细加工和打标。
纳秒紫外激光器的应用将提高制造业的生产效率，满足市场需求。
3.3 医疗行业的增长潜力纳秒紫外激光器在医疗行业中具有广阔的发展前景。
它可以用于皮肤美容、眼科手术和疾病治疗等方面。
随着人们对医疗美容的需求增加，纳秒紫外激光器市场将迎来更多的机会。
4.市场竞争态势纳秒紫外激光器市场存在较为激烈的竞争。
目前，市场上主要的竞争者包括美国公司ABC、德国公司XYZ和中国公司123等。
这些公司都采用先进的技术和高质量的产品来争夺市场份额。
市场竞争将推动纳秒紫外激光器的进一步创新和提升。
5.市场展望纳秒紫外激光器市场前景广阔。
随着技术的不断进步，纳秒紫外激光器的性能将进一步提高，价格将进一步降低。
预计未来几年，纳秒紫外激光器市场将保持较快的增长速度。
同时，市场将出现更多的新产品和新技术，推动市场抵达更高的水平。
6.结论纳秒紫外激光器市场在全球范围内显示出强劲的增长势头。
科研领域和制造业的需求推动了市场的发展。
市场的竞争也日益激烈，各公司努力进行技术创新以获得市场份额。
波长短于250纳米的algan基深紫外led、紫外激光材料与器件关键技术
波长短于250纳米的algan基深紫外led、紫外激光材料与器件关键技术AlGaN基深紫外LED（Light Emitting Diode）以及紫外激光器材料与器件的关键技术一直是研究领域中的热点问题之一。
这些技术对于发展光电子器件、生物医学、材料科学等领域具有重要作用。
在本篇文章中，我们将探讨AlGaN基深紫外LED以及紫外激光器材料与器件关键技术的研究和应用。
AlGaN基深紫外LED的制备方法是关键技术之一。
AlGaN材料具有较大的禁带宽度和高的能隙，适合作为深紫外光发射材料。
目前，常用的方法包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）技术。
其中，MOCVD工艺相对简单，可实现大面积的均匀性生长，但存在材料质量和晶格匹配等问题，导致AlGaN材料中存在较高的缺陷密度。
而MBE技术具有较好的材料质量和晶格匹配性能，但设备成本较高，制备过程相对复杂。
提高AlGaN基深紫外LED的光电转换效率是关键技术之一。
目前，提高深紫外LED的发光效率主要通过改善材料质量和结构设计进行。
一方面，可以通过优化外延生长工艺、封控设备等手段来改善材料质量，减少晶格缺陷。
另一方面，通过引入新的结构设计，如引入光子晶体、晶格衬底等，可以改善光萃取效率和发光效率，进一步提高LED 的发光效率。
提高AlGaN基深紫外LED的长时间稳定性是关键技术之一。
AlGaN材料在深紫外光区域具有较高的反应性，容易发生电离退火、导致材料中的氢相位转变等问题。
这些问题会导致材料性能的退化或高密度缺陷的形成，影响LED的长时间稳定性。
因此，研究如何改善AlGaN材料的长时间稳定性，对于提高LED的使用寿命具有重要意义。
紫外激光器是一种重要的光电子器件，应用于光通信、光刻、生物医学等领域。
然而，由于紫外光的波长较短，制备高质量材料和设计高效的器件是制约紫外激光器发展的关键技术。
高质量AlGaN材料的制备是紫外激光器研究的关键技术之一。
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紫外激光器研究进展及其关键技术黄川2120160620摘要：本文详细介绍了利用LD泵浦的紫外激光器产生紫外激光的非线性原理，并在此基础上介绍了在全固态紫外激光器中用到的倍频晶体的种类和各自的应用场景；介绍了近年来高功率固体紫外激光器研制的国内外进展情况，最后展望了高功率全固体紫外激光器研制的未来。
关键词：紫外激光；非线性光学；相位匹配1、引言因为紫外激光具有的短波长和高光子的能量特点，所以紫外激光在工业领域内具有非常广泛的应用。
在工业微加工领域内，相较于红外激光的热熔过程，紫外激光加工时的“冷蚀效应”可以使加工的尺寸更小，达到提高加工精度的目的。
另外，紫外激光器在生物技术，医疗设备加工，大气探测等领域也有广泛的应用。
一般而言，可以将紫外激光器划分为三类：固体紫外激光器，气体紫外激光器，半导体紫外激光器。
其中固体紫外激光器应用最为广泛的是激光二极管泵浦全固态激光器。
而利用激光二极管抽运的固体UV 激光器相较于其他类型的紫外激光器而言，具有效率高，性能可靠，硬件结构简单的特点，因此应用最为广泛，基于LD抽运的全固态UV激光器也得到了迅猛的发展。
在实际的应用当中，实现紫外连续激光输出的方法一般是利用晶体材料的非线性效应实现变频的方法来产生。
产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。
相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。
最常见的是通过三倍频和四倍频技术产生355nm和266nm的紫外激光。
下文将简单介绍紫外激光产生的非线性原理。
2、非线性频率转换原理2.1介质的非线性极化激光作用在非线性介质上会引起介质的非线性极化，这是激光频率变换的非线性基础。
在单色的电磁波作用下，介质的内部原子，离子等不会发生本征能级的跃迁，但是这些离子的电荷分布以及运动状态都会发生一些变化，引起光感应的电偶极矩，这个电偶极矩作为新的辐射源辐射电磁波。
一般来说，我们用介质的电极化矢量 P 描述介质的极化，在入射光较弱的情况下，P 与入射光场E 成线性关系：其中，E 为电场强度，X ( 1为线性极化系数，£ 0为真空中的介电常数。
如果入射光强很大时，电极化矢量 P 与电场强度E 不再成简单的线性关系, 而是呈现出一种非线性关系：上式中，X (2，X (3分别为为二阶非线性极化率和三级非线性极化率。
非 线性极化项的引入会导致广播的频率发生改变。
在这里假设有两书入射光，光波方 程如下所示：当两束光入射到介质上，会引起介质的非线性极化，产生的极化强度 为： Z 1 |f, AM - + E cos (呼-由于电场强度具有二次项，因此会引入很多新的频率成分。
1士P '宀=［斥,川毋CM (2气F — ”才訂JrP …叫・％” 底E cos 伽 +(U ))/ {k l *i 3)r ］厂f 二畸泸仏冉g 的-阳,}—%「卞］从上式可以看出，上述的频率成分中包括倍频，和频，差频等。
因此 当不同频率的两束光波入射到非线性介质上时，极化产生的光波中不 仅包括基频光，还存在倍频，和频以及差频的成分。
下面简述了光倍 频和和频，差频的原理。
2.2非线性晶体选择(2-1 )P =+ 即：磋+上门'1磁十 (2-2)非线性是实现激光非线性频率变换的物质基础，满足实际应用场景的非线性晶体应该具备几个条件：透明波段宽，有效非线性光学习书大，最佳相位匹配角恰当，性能稳定，大的接收角度以及大带宽，生长工艺简单，价格较低。
基于这些条件下，非线性晶体也得到了广泛的研究。
下面介绍几种常用的高功率紫外激光非线性晶体。
2.2.1LBO 晶体LBO(L B3O5晶体是由中科院研制的一种新型非线性光学晶体。
属于正交晶系，负双轴晶体。
这种晶体具有不易潮解，透明波段范围宽的特点，其光学均匀性高，接受角度宽，离散角小，激光损伤阈值高，可以实现非临界相位匹配，因此被广泛应用于和频和差频等领域。
2.2.2BBO 晶体BBO( B aB2O4晶体是中科院研发的一种激光晶体。
该晶体具有大的双折射效率以及较低的色散，具有较高的激光损伤阈值，相位匹配范围宽，温度稳定性好，接收角较小，而相对的离散角大，因其轻微的潮解特性通常需要镀膜保护。
同样广泛应用于紫外激光倍频，三倍频以及四倍频2.2.3CLBO 晶体CLBO(CsLiB6O10晶体是由日本大阪大学研制的一种优良的紫外激光非线性晶体。
该晶体属四方晶系，负单轴晶体，相对于LBO和BBO晶体而言，CLBO警惕的生长较为容易，但是同样具有易潮解的特点，因此需要长期保存在温度高的干燥环境下或者是密封使用，因此在商业领域中还没有得到应用。
2.2.4CBC晶体CBO(CsB3O晶体是中科院研制的一种紫外激光非线性晶体。
这种晶体具有激光损伤高阈值的特点，并且较高的透过率，其非线性光学系数相较于其他类型的晶体而言较大同时离散角较小，满足紫外激光频率变换的基本条件，但是目前还没有在商业领域内广泛投入使用。
2.2.5KBBF晶体KBBF(KBe2BO3F)晶体是中科院研制的一种性能优异的非线性晶体，负单轴晶体。
其紫外透光范围宽，可以输出六倍频深紫外激光，在实现深紫外激光输出的领域中具有非常重要的应用前景、2.3非线性频率变换方式倍频有两种方式：腔内倍频以及腔外倍频。
腔内倍频是顾名思义是晶体置于腔内的倍频方式，腔内倍频的方式相对而言可以获得较高的转换效率。
腔内倍频的方式对非线性晶体具有一定的要求，倍频晶体需要具有好的光学均匀性，较高的透过率以及良好的导热性，同时要求采用适当的方式来进行温控。
另一种倍频方式腔外倍频是将晶体放在谐振腔外进行倍频的方式。
在这种倍频方式中，可以通过调Q来提高倍频转换效率。
当激光脉冲的长度越短，其产生的峰值功率密度越高，因此采用小的光脉冲宽度会提高倍频转换效率。
3、全固态紫外激光器的研究进展产生全固态紫外激光的方法一般有两种：一是直接对全固体激光器进行3倍频或4倍频来得到紫外激光；另一种方法是先利用倍频技术得到二次谐波，然后再利用和频技术得到紫外激光。
相较于前一种方法，后者利用的是二次非线性极化率，其转换效率要高很多。
而目前市场研发的全固态紫外激光器主要才用的是后一种方式，产生355nm和266nm的激光，下文中将重点介绍这两种紫外激光器的发展现状。
3.1 355nm全固态紫外激光器2001年，美国Spectra-physics 公司采用LD双端面抽运，腔内倍频的方式，采用Nd: YVO4双棒串接作为基频源，采样I类和II类相位匹配的LBO作为三倍频以及和频晶体，在104W的功率条件下，获得了功率为12W脉宽为17-75ns 的355nm紫外激光输出。
2005年，中科院理化研究所和物理研究合作研发了一套紫外激光器。
才用的是外腔倍频的方式，利用LBC作为倍频晶体，CBO乍为三倍频晶体，其中CBO晶体才用的是II类相位匹配，通过140W 70ns的基频光波和频，获得了最高输出位17W的355nm 的紫外激光输出，比同尺寸的LBO晶体拥有更好的性能，但是其转换效率略低，约为12%。
2006年，Cohere nt公司采用同样端面抽运Nd: YVO4的结构，波长为1064nm 的基频激光通过放大后输出，利用I类相位匹配LBg频产生532nm的倍频激光，该倍频光经过II类相位匹配LBO和频得到355nm的三倍频光输出。
最后获得了3最高输出功率为36W脉宽为31ns的355nm激光，并且具有很高的转换效率，达到了44%2008年，日本大阪大学研发了大于100W的最高输出功率的355nm紫外激光输出。
通过利用MOPAS构的Nd: YAG激光器，得到了300W勺基频光，。
在此基础上，通过I类相位匹配的LBO背叛，II类相位匹配的CBO和频，最后得到了输出功率为103V y脉宽为58ns的355nm紫外激光输出，其转换效率约为34.9%。
2009年，Cohere nt公司研发了一款平均功率为160W勺355nm的紫外激光输出。
该激光器为内腔倍频结构，腔内还有两组侧面抽运的Nd: YAG双棒串接，同时腔内插入两个Q开关实现调Q。
采用I类非临界相位匹配LBO进行倍频，之后采用II类相位匹配LBO1行和频得到三倍频激光。
在 2..7KW抽运下，得到了160W平均功率的355nm紫外激光输出。
2010年，山东大学晶体材料国家重点实验室采用LD端面泵浦YAG S体并通过声光调Q腔内三倍频获得高功率准连续355nm激光输出。
在泵浦功率180W寸, 获得平均功率7.8W的355nm激光输出，其光一光转化效率为 4.3%。
同年，清华大学精密仪器系摩擦学国家重点实验室光子与电子技术研究中心柳强、闰兴鹏等报道了平均功率为43 W,脉冲宽度为10.7 ns，峰值功率和单脉冲能量高达67kW和0.716mJ,激光光束质量MZ<1.5的355nmUV t光。
2012年，华北光电技术研究所采用大功率LD端面泵浦Nd:YV04晶体，声光调Q及腔外和频方式获得稳定的355 nm紫外激光。
在泵浦功率为32.3W时，得到15.9 W 1064 nm连续基频激光输出，光一光转化效率49% 在20 kHz调制频率下，得到1.45W 355 nm紫外激光。
3.2 266nm全固态紫外激光器2000年，日本三菱公司和大阪大学合作研发了输出功率为20W的266nm的紫外激光器。
该激光器采用532nm激光器作为基频光，在100W俞出功率，80ns脉宽下，通过I类相位匹配CLBC晶体进行倍频得到266nm紫外激光输出。
105.8W功率的532绿光倍频得到了输出功率为20.5W的266nm的紫外激光输出，其转换效率为19.4%。
2003年，同样是该小组利用同样的结构将输出功率提升到了23W 2007年，该小组利用CLBC晶体作为倍频晶体，得到了27.9W输出功率的266nm紫外激光。
2006年，中科院物理研究所研发了输出功率为28.4W的266nm紫外激光输出。
采用功率为120W脉宽为80ns的532nm绿光激光作为基频光，采用I类相位匹配CLBC晶体倍频，最后得到了输出功率为28.4W的266nm紫外激光输出，转换效率达到了24.7%。
4、总结与展望随着工业市场对高功率的全固态紫外激光器的性能的需求不断加深，作为其中关键技术部分的新型非线性材料不断涌现，性能也是日新月异，就目前而言，其最高输出功率已经达到了100W的量级，而这个数字同时在不断的刷新。
在输出功率不断提高的同时，带来的一些问题也就亟待解决：非线性光学晶体的抗损伤问题，紫外激光的转换效率，光束质量以及光学晶体的寿命等问题。