什么是准分子激光器
发布时间：
2025-10-21
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准分子激光器是一类基于受激复合分子（excimer）能级跃迁机制的气体激光源，其工作物质通常为惰性气体与卤素气体在激发态下形成的瞬态化合物（如ArF、KrF、XeCl等）。该类激光器输出波长位于紫外波段（157–353 nm），具有光子能量高、峰值功率大、脉冲宽度窄（典型值为数十纳秒）等特点，是目前深紫外区域重要的高功率相干光源。
从能级结构来看，准分子激光属于四能级系统。激发态分子（E₁）可在跃迁至排斥性或弱束缚的基态（E₀）时辐射激光，而基态分子迅速解离，从而自然形成粒子数反转，降低激光振荡阈值。这一特性使其即使在输出耦合器反射率较低（10%–30%）的情况下仍能实现有效能量输出。
在工程实现方面，典型准分子激光器采用高压脉冲放电方式激励工作气体。气体组分配比通常为惰性气体占2%–9%，卤素气体约0.2%，其余为缓冲气体（如氖气），工作气压维持在3.5–5.0 atm之间。随着脉冲次数积累，气体会因化学反应与吸附而逐步损耗，造成激光性能衰减，因此工业系统中需设置定期补气机制。近年来，通过电极材料优化（如采用镍或溴兼容材质）以及密封与绝缘组件的无机化改进，气体寿命已显著提升至10⁸脉冲量级，系统稳定性和安全性也得到增强。
尽管准分子激光器在光束质量（如多模特性、发散角偏大）和系统集成度方面存在一定局限，但凭借其在紫外波段突出的功率表现，仍在光刻、医学、光谱探测及科学研究中具有不可替代的地位。尤其是在半导体光刻领域，KrF（248 nm）与ArF（193 nm）激光器作为主流深紫外光源，支撑着纳米级集成电路制造工艺的发展。此外，在科研装置中，准分子激光器常作为染料激光器泵浦源或用于产生高次谐波，在大气遥感、激光光谱、精密测量等方面也广泛应用。
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