短波紫外固体激光器应用

短波紫外激光是指波长介于200-280nm紫外激光，波长短，聚焦性能好，光子能量高，可冷处理，能刺激特定的光化学反应，在微电子、微机械、光存储、光谱分析、大气探测、生物医学、精细标记、激光精密加工、*科学、航空航天等领域具有重要的应用价值。

紫外线激光器主要分为固体紫外线激光器、气体紫外线激光器和半导体紫外线激光器。与其他类型的激光器相比，新兴的半导体泵浦全固体激光器具有效率高、性能可靠、硬件结构简单等特点，应用较广泛。

紫外激光的输出功率和光束质量主要取决于非线性晶体的质量。自非线性晶体问世以来，许多紫外线非线性晶体已经开发并投入到紫外激光器的开发中，更常用BBO、LBO、BIBO、CLBO、KBBF。通过非线性变频技术变频技术获得的。已报道的短波紫外固体激光波长为213nm，216nm，236nm，237nm，244nm，257nm，261nm，266nm等。

本文主要介绍了短波固体紫外激光器的几个典型应用：

一、紫外拉曼

短波紫外激光器出现在拉曼光谱领域，避免荧光干扰，灵敏度高，通过共振拉曼信号可以增强拉曼信号，大大扩大了拉曼光谱在物理、化学、生物、材料等领域的应用。例如，蛋白质结构分析和太阳背景以外的拉曼光谱；紫外拉曼也是探测金属中心合成物、富勒分子、联乙酰等稀有分子的重要技术，对可见光吸收强；200nm220nm激励光可以增强特定芳香暂留物的振动峰。

2017年，参与研发的7公里深海原位探测紫外激光拉曼光谱仪，如李灿院士、范峰涛研究员、黄保坤高级工程师，在马里亚纳海沟成功通过7000米海试验证。该光谱仪是世界上首次进行深海探测的紫外激光拉曼光谱仪，也创造了拉曼光谱仪较高深海探测记录(7449米)。该仪器的成功研发将提高我国在深海矿产、能源资源（天然气和水合物）、碳循环和气候变化以及深海生物信息方面的探测能力。

二、激光雷达

随着技术的发展和改进，激光雷达的应用越来越广泛，其中环境监测领域是一个非常重要的方面，可以用来测量颗粒物、臭氧、温度和湿度的变化。通过测量激光对颗粒物或气体分子上后散射光的消光比或偏振状态的变化，分析大气中的颗粒物或气体成分及其分布高度和浓度。

355nm和532nm两种波长激光；测风雷达，主要使用1550nm激光；臭氧雷达，由于短波紫外波段可被臭氧层阻挡，主要使用266nm激光、紫外波段具有散射强度高、抗干扰性强的优点，可用于近距离大分子检测，适用于臭氧检测。下图为大气臭氧雷达示意图。

三、光泽

用于探测材料电子结构的光发光光谱是一种非接触、无损伤的方法。原则上，光发光是指光照在样品上，被样品吸收，产生光刺激过程。光发光的数量和类型取决于研究材料和激光波长。选择合适的激光波长通常可以避免不必要的荧光干扰。GUILD在检测蓝宝石样品时，宝石实验室发现在长波长紫外线下没有荧光，在短波紫外线下出现强度不均匀的蓝白、黄绿色等颜色异常荧光。

四、刑侦领域

自激光在指纹检测领域的应用以来，国内对该领域的研究也取得了一系列成果。然而，短波紫外线激光在潜在指纹显示中的应用较少。紫外线反射摄影法作为一种无损检测方法，对玻璃、照片等非渗透物表面指纹的显示有突出的效果。

266nm激光显示指纹，有效提取物体表面的潜在指纹。该波段激光具有光学质量高、导热性好、化学稳定性好、尺寸稳定性好、光漫反射特性好、制造成本低、生产周期短等优点，易于控制其光学特性，在法庭科学领域具有广阔的应用前景。

五、紫外加工

紫外激光器具有其他激光器所不具备的优点——它可以限制热应力。这是因为大多数紫外激光系统在低功率状态下运行，有时被称为冷融化过程。紫外激光器的光束会产生一个缩小的热影响区，可以较大限度地减少冲压加工、碳化等热应力的影响，而使用更高功率的激光器通常会产生这些负面影响。

紫外线激光器的波长比可见光波长短，但短波紫外线激光器可以更准确地聚焦，以保持良好的定位精度。有很多文章介绍了紫外线激光器的加工，这里没有详细介绍。

各种激光器开始进入短波紫外产品的研发，以抢占短波紫外激光的市场。2017年，加拿大麦吉尔大学的研究人员制造了氮化铝镓（AlGaN）激光二极管可输出239波长nm短波紫外线，但短波紫外线半导体激光刚刚兴起，技术不是很成熟；铜蒸汽紫外线激光主要通过混合频率和倍频波长为255nm，271nm和289nm紫外激光，该激光占地面积大，可靠性有限，使用寿命短，能耗高，成本高；KrF波长248nm，激光束质量差，掩膜损失大；氩气、氪离子倍频激光和氦镉激光存在光束指向性差等缺点，固体紫外激光突出其优点。

简而言之，随着新的增益晶体、倍频晶体的出现，以往晶体加工技术，短波长紫外固体激光输出功率越来越高，输出波长越来越短，激光结构越来越简化，相信其独特的优势，可以在许多领域发挥更大的作用，有更好的发展前景。