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準(zhǔn)分子激光器（Excimer lasers）正在面臨來(lái)自固態(tài)激光器的激烈競(jìng)爭(zhēng)，但是在紫外波段它仍是最佳的光源，具有高能量，高峰值功率，高平均功率，可脈沖工作。同時(shí)它也有一些缺點(diǎn)，比如光束質(zhì)量差（多模結(jié)構(gòu)，發(fā)散角大等），體積大，運(yùn)行成本高，維保復(fù)雜。這個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家們說(shuō)，隨著近些年技術(shù)的發(fā)展，準(zhǔn)分子激光器的各種缺陷其實(shí)已經(jīng)改善很多了。

準(zhǔn)分子激光器和氮分子激光器是最流行的兩種紫外波段氣體激光器。激光工作介質(zhì)是惰性氣體、鹵素氣體和緩沖氣體（一般是氖氣）的混合物。一種典型的混合比例是，2~9%惰性氣體，0.2%鹵素氣體，90~98%緩沖氣體，其中緩沖氣體主要用于傳輸能量。混合氣體存儲(chǔ)于高壓瓶中，典型氣壓是3500~5000millibar （3.5~5個(gè)大氣壓），工作時(shí)使用寬度為幾十個(gè)納秒的高壓短脈沖對(duì)混合氣進(jìn)行放電激勵(lì)，從而生成惰性氣體的鹵化物，如ArF, KrF, XeF, XeCl等，這些鹵化物的壽命都非常短，并且基態(tài)很不穩(wěn)定。

Table 4.3 列出了常用惰性氣體鹵化物的基本性質(zhì)。

準(zhǔn)分子的英文"excimer"來(lái)源于"excited dimer"的縮寫(xiě)，即受激二聚物，用于描述一種特別的二聚物分子RH*，這種分子形式僅有激發(fā)態(tài)（E1態(tài)），基態(tài)（E0態(tài)）并不存在。激光躍遷就發(fā)生在E1態(tài)和E0態(tài)之間，如下圖所示。

E0態(tài)的復(fù)合分子是不穩(wěn)定的，會(huì)迅速瓦解，恢復(fù)到獨(dú)立分子的狀態(tài)，導(dǎo)致低能級(jí)粒子數(shù)減少，很容易形成激光振蕩所需的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件。

激光器工作過(guò)程中，混合氣會(huì)出現(xiàn)慢性損耗，會(huì)導(dǎo)致激光器性能下降。在商用激光器中，高壓氣瓶不是全密封的，需要定期給激光器充氣，充氣間隔可以是10^3~10^6個(gè)激光脈沖，以觀察到明顯的性能下降為準(zhǔn)。需要注意的是，準(zhǔn)分子激光器會(huì)涉及有毒有害物質(zhì)，因此一定要按照規(guī)定的安全程序進(jìn)行操作和維護(hù)。在準(zhǔn)分子技術(shù)發(fā)展的初期，由于鹵素氣體造成的高壓氣瓶腐蝕曾經(jīng)造成過(guò)嚴(yán)重的事故。現(xiàn)代的激光器已經(jīng)通過(guò)材料選型解決了這個(gè)問(wèn)題，電極材料選用鎳或溴，不再使用基于有機(jī)材料制造的潤(rùn)滑、密封、絕緣材料。這些措施可以使準(zhǔn)分子氣體的壽命延長(zhǎng)到10^8個(gè)脈沖量級(jí)。

準(zhǔn)分子介質(zhì)的激光增益很大，輸出耦合器的反射率只要達(dá)到10~30%就可以有足夠的能量輸出。最常使用的發(fā)光譜線是193 nm (ArF), 248 nm (KrF), 308 nm (XeCl), 351 nm (XeF)。這些激光器的功率范圍是1W(KrF)到100W(KrFXeCl)，也有更大的。Table 4.4 列出了常見(jiàn)的激光參數(shù)。

激光器的光學(xué)元件也需要維護(hù)，這也是決定激光壽命的第二大因素。XeCl 激光器的光學(xué)元件是使用石英或熔融石英制作的。XeF 激光器的光學(xué)元件則是使用MgF2，這主要是因?yàn)榉鷼鈺?huì)腐蝕石英或熔融石英。

準(zhǔn)分子激光器的主要優(yōu)點(diǎn)是高能量、高功率。已知最大的一個(gè)準(zhǔn)分子激光器是美國(guó)Los Alamos National Laboratory 的“Aurora”裝置，主要指標(biāo)是5 ns, 5 kJ, KrF，用于可控核聚變研究。在科研領(lǐng)域，準(zhǔn)分子主要用于激勵(lì)染料激光器，以及用于產(chǎn)生真空紫外波段的高次諧波，這在計(jì)量學(xué)和系統(tǒng)準(zhǔn)直方面有特別重要的意義。準(zhǔn)分子激光在檢測(cè)大氣污染和臭氧層方面也有重要應(yīng)用。

在光刻領(lǐng)域，準(zhǔn)分子激光器是最主要的深紫外光源，廣泛應(yīng)用于刻蝕各種電路結(jié)構(gòu)、定位點(diǎn)、商標(biāo)，適用于陶瓷、玻璃、塑料、金屬等多種材料。KrF 和 ArF 激光器應(yīng)用于遠(yuǎn)紫外光刻工藝中，制造的電路特征尺寸可以小于0.18 μm。