En excimerlaser är en typ av ultraviolett gaslaser som ofta används vid ögonkirurgi ( lasersynkorrigering ) och halvledartillverkning .
Termen excimer ( engelska excited dimer ) betyder en exciterad dimer och betecknar den typ av material som används som laserns arbetskropp.
Världens första excimerlaser uppfanns 1970 och introducerades 1971 av Nikolai Basov , V.A. Danilichev, A.G. Molchanov och Yu. M. Popov, vid det fysiska institutet. P. N. Lebedev i Moskva . Lasern använde en xenondimer (Xe2 ) exciterad av en elektronstråle för att producera stimulerad emission vid en våglängd av 172 nm. Därefter gjorde andra uppfinnargrupper Avco Everett, Sandia Laboratories, Northrop Science and Technology Center och US Government Naval Research Laboratory förbättringar och började använda blandningar av ädelgaser med halogener (till exempel XeBr ), som patenterades 1975 av George Hart och Stuart Searles från US Naval Research Laboratory , som också utvecklade en XeCl-blandningslaser som exciteras av en mikrovågsurladdning.
Laserstrålning av en excimermolekyl uppstår på grund av att den har ett "attraktivt" (associativt) exciterat tillstånd och ett "repulsivt" (icke-associativt) grundtillstånd - det vill säga det finns praktiskt taget inga molekyler i grundtillståndet. Detta beror på att ädelgaser som xenon eller krypton är mycket inerta och normalt inte bildar kemiska föreningar . När de exciteras (orsakade av en elektrisk urladdning ), kan de bilda molekyler med varandra (dimerer) eller med halogener som fluor eller klor . Därför skapar uppkomsten av molekyler i ett exciterat bundet tillstånd automatiskt en populationsinversion mellan två energinivåer. En sådan molekyl, som är i ett exciterat tillstånd, kan ge upp sin energi i form av spontan eller stimulerad emission , som ett resultat av vilket molekylen går in i grundtillståndet och sedan mycket snabbt (inom pikosekunder) sönderfaller till sin beståndsdel atomer.
Även om termen dimer endast hänvisar till sammanfogningen av identiska atomer, och de flesta excimerlasrar använder blandningar av ädelgaser med halogener, har namnet fastnat och används för alla lasrar av liknande design.
Våglängden för en excimerlaser beror på sammansättningen av den använda gasen och ligger vanligtvis i det ultravioletta området:
| Excimer | Våglängd |
|---|---|
| F2 _ | 157 nm |
| ArF | 193 nm |
| KrCl | 222 nm |
| KrF | 248 nm |
| XeBr | 282 nm |
| XeCl | 308 nm |
| XeF | 353 nm |
Excimerlasrar fungerar vanligtvis i ett pulserat läge med en pulsrepetitionshastighet från en till flera hundra hertz, i vissa modeller kan frekvensen nå 2 kHz; det är också möjligt att generera enstaka pulser. Strålningspulser har vanligtvis en varaktighet på 10 till 30 ns och en energi på enheter till hundratals millijoule. Den kraftfulla ultravioletta strålningen från sådana lasrar gör att de kan användas i stor utsträckning inom kirurgi (särskilt ögonkirurgi ), i fotolitografiprocesser vid halvledarproduktion, vid mikrobearbetning av material, vid produktion av LCD-paneler och även inom dermatologi . Idag är dessa enheter ganska skrymmande, vilket är en nackdel i breda medicinska tillämpningar (se LASIK ), men deras storlek minskar ständigt på grund av modern utveckling.