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 隨著對(duì)小型電子產(chǎn)品和微電子元器件需求的日益增長(zhǎng)，紫外激光是加工微電子元器件中被普遍使用的塑料和金屬等材料的理想工具。固態(tài)激光器最新技術(shù)推動(dòng)了新一代結(jié)構(gòu)緊湊、全固態(tài)紫外激光器的發(fā)展，從而使之成為這個(gè)領(lǐng)域中更經(jīng)濟(jì)有效的加工手段。

1、 紫外激光的產(chǎn)生^[1-2]

355nm紫外激光由 1064nm Nd∶ YAG激光的三次諧波獲得 ,具體技術(shù)途徑是用二次諧波晶體腔內(nèi)倍頻1064nm基波產(chǎn)生 532nm二次諧波, 基波和諧波再經(jīng)三次諧波晶體腔內(nèi)混頻產(chǎn)生 355nm三次諧波。

1、1簡(jiǎn)單理論

三次諧波的產(chǎn)生分為兩個(gè)部分，在第一個(gè)晶體中，部分 1064nm基波輻射轉(zhuǎn)換為二次諧波(532nm)；接著，在第二個(gè)晶體中，未轉(zhuǎn)換的基波輻射與二次諧波和頻產(chǎn)生三次諧波。在非線(xiàn)性晶體中混頻的方程式為：

此處的 E_j項(xiàng)為以頻率 ω_j在 z 方向上傳播的波的綜合電矢，ω₃=ω₁+ω₂，波 j 的電場(chǎng)是 E_jexp(iω_jt-ik_jz)的實(shí)數(shù)部分，相位失配?k =k₃-(k₁+k₂)正比于相位匹配方向上光路的偏離量?θ，γ₁ 項(xiàng)為吸收系數(shù)。對(duì)于三倍頻，有 ω₂=2ω1，ω3=3ω₁，K₂≈2K₁，K#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#₃≈3K₁。為了提高倍頻效率及和頻光的功率輸出，我們要盡量滿(mǎn)足位相匹配條件：?k =0。令參量 S 為三倍頻晶體中二次諧波功率與總功率之比：

如果以 ω 和 2ω 輸入的光子匹配為 1:1，則有 Pω+P2ω 及 S=0.67，理論上在小信號(hào)近似情況下，輸入光束都能轉(zhuǎn)換為三次諧波。

1、2實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1 所示。Nd:YVO4 晶體采用 a 軸切割，摻釹濃度為1%，尺寸為3mm×3mm×2mm，一面鍍1064nm/532nm雙波長(zhǎng)高反膜作為輸入鏡，另一面鍍 808nm增透膜。輸出鏡 M 曲率半徑為 100mm，凹面鍍 1064nm/532nm高反膜及 355nm增透膜，平面鍍355nm高透膜。

二倍頻晶體選用 KTP，θ=90°，φ=23.5°，按Ⅱ類(lèi)臨界相位匹配切割，尺寸為 2mm×#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#2mm×10mm，兩端面鍍 1064nm/532nm 雙色增透膜。三倍頻晶體選用Ⅰ類(lèi)臨界相位匹配 LBO，θ=42.6°，φ=90°，尺寸為3mm×3mm×12mm，兩端面鍍 1064nm/532nm/355nm 三色增透膜。二倍頻和三倍頻晶體的放置要符合光波的偏振匹配條件， 如圖2所示Nd:YVO4、 KTP和LBO用致冷器溫控。 用coherent公司生產(chǎn)的LabMaster Ultima P540 功率計(jì)，LM-UV2 紫外探測(cè)器測(cè)量紫外激光的功率。

2、 紫外激光加工的特點(diǎn)^[3-4]

紫外激光除了具有激光的一般特點(diǎn)之外，還有一些與紫外波長(zhǎng)相應(yīng)的特點(diǎn)，使得紫外激光在很多材料的加工中有重要應(yīng)用。

2、1紫外激光加工的原理

與紅外或可見(jiàn)光通常靠產(chǎn)生集中局部的加熱使物質(zhì)熔化或汽化的方式來(lái)進(jìn)行加工不同，紫外加工從本質(zhì)上說(shuō)不是熱處理。紫外激光的波長(zhǎng)在0.4um以下，而且大多數(shù)材料吸收紫外光比吸收紅外光更容易，高能量的紫外光子直接破壞材料表面分子中原子間的連接鍵，這種“冷”光蝕處理加工出來(lái)的部件具有光滑的邊緣和最低限度的炭化。

圖 3 激光與材料作用的示意圖

2、2紫外激光加工的優(yōu)點(diǎn)：

（1）紫外激光器的波長(zhǎng)較短能加工很小的部件。紫外激光的波長(zhǎng)在0.4um一下，由于會(huì)聚光斑的最小直徑直接正比于光波長(zhǎng)(#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#由于衍射) ，激光的波長(zhǎng)越短，聚焦的能量就越集中，因此，更短波長(zhǎng)意味著更高的空間分辨率。例如，在鉆微通道時(shí)，用CO₂激光打出的最小孔極限是75um，而用355nm的紫外固體激光器可以加工成直徑小于25um的通道。

（2）許多材料（如陶瓷、 金屬、 聚合物等）對(duì)紫外波段的吸收比較大，可以加工許多紅外和可見(jiàn)光激光器加工不了的材料。像Cu這種金屬對(duì)紅外波段的光是高反的，用CO₂激光切割它，若不進(jìn)行預(yù)處理是無(wú)效的。

（3）紫外光子直接切斷材料分子中原子間的連接鍵。紅外或可見(jiàn)光通常靠產(chǎn)生集中局部的加熱使物質(zhì)熔化或汽化的方式來(lái)進(jìn)行加工，但這種加熱會(huì)導(dǎo)致周?chē)鷧^(qū)域嚴(yán)重破壞 ,因而限制了邊緣強(qiáng)度和產(chǎn)生小精細(xì)特征的能力。與熱加工相比,紫外激光加工使材料發(fā)生分解而被去除，因而加工處周邊熱損傷和熱影響區(qū)小.

而且紫外激光器尤其是固體紫外激光器的結(jié)構(gòu)越來(lái)越緊湊、 平均功率高、易維護(hù)、 操作簡(jiǎn)便、 成本低、 生產(chǎn)率高。