隨著對小型電子產(chan) 品和微電子元器件需求的日益增長，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。固態激光器最新技術推動了新一代結構緊湊、全固態紫外激光器的發展，從(cong) 而使之成為(wei) 這個(ge) 領域中更經濟有效的加工手段。

1、 紫外激光的產(chan) 生^[1-2]

355nm紫外激光由 1064nm Nd∶ YAG激光的三次諧波獲得 ,具體(ti) 技術途徑是用二次諧波晶體(ti) 腔內(nei) 倍頻1064nm基波產(chan) 生 532nm二次諧波, 基波和諧波再經三次諧波晶體(ti) 腔內(nei) 混頻產(chan) 生 355nm三次諧波。

1、1簡單理論

三次諧波的產(chan) 生分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 部分，在第一個(ge) 晶體(ti) 中，部分 1064nm基波輻射轉換為(wei) 二次諧波(532nm)；接著，在第二個(ge) 晶體(ti) 中，未轉換的基波輻射與(yu) 二次諧波和頻產(chan) 生三次諧波。在非線性晶體(ti) 中混頻的方程式為(wei) ：

此處的 E_j項為(wei) 以頻率 ω_j在 z 方向上傳(chuan) 播的波的綜合電矢，ω₃=ω₁+ω₂，波 j 的電場是 E_jexp(iω_jt-ik_jz)的實數部分，相位失配∆k =k₃-(k₁+k₂)正比於(yu) 相位匹配方向上光路的偏離量∆θ，γ₁ 項為(wei) 吸收係數。對於(yu) 三倍頻，有 ω₂=2ω1，ω3=3ω₁，K₂≈2K₁，K#p#分頁標題#e#₃≈3K₁。為(wei) 了提高倍頻效率及和頻光的功率輸出，我們(men) 要盡量滿足位相匹配條件：∆k =0。令參量 S 為(wei) 三倍頻晶體(ti) 中二次諧波功率與(yu) 總功率之比：

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

1、2實驗裝置

實驗裝置如圖 1 所示。Nd:YVO4 晶體(ti) 采用 a 軸切割，摻釹濃度為(wei) 1%，尺寸為(wei) 3mm×3mm×2mm，一麵鍍1064nm/532nm雙波長高反膜作為(wei) 輸入鏡，另一麵鍍 808nm增透膜。輸出鏡 M 曲率半徑為(wei) 100mm，凹麵鍍 1064nm/532nm高反膜及 355nm增透膜，平麵鍍355nm高透膜。

二倍頻晶體(ti) 選用 KTP，θ=90°，φ=23.5°，按Ⅱ類臨(lin) 界相位匹配切割，尺寸為(wei) 2mm×#p#分頁標題#e#2mm×10mm，兩(liang) 端麵鍍 1064nm/532nm 雙色增透膜。三倍頻晶體(ti) 選用Ⅰ類臨(lin) 界相位匹配 LBO，θ=42.6°，φ=90°，尺寸為(wei) 3mm×3mm×12mm，兩(liang) 端麵鍍 1064nm/532nm/355nm 三色增透膜。二倍頻和三倍頻晶體(ti) 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(chan) 的LabMaster Ultima P540 功率計，LM-UV2 紫外探測器測量紫外激光的功率。

2、 紫外激光加工的特點^[3-4]

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

2、1紫外激光加工的原理

與(yu) 紅外或可見光通常靠產(chan) 生集中局部的加熱使物質熔化或汽化的方式來進行加工不同，紫外加工從(cong) 本質上說不是熱處理。紫外激光的波長在0.4um以下，而且大多數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麵分子中原子間的連接鍵，這種“冷”光蝕處理加工出來的部件具有光滑的邊緣和最低限度的炭化。

圖 3 激光與(yu) 材料作用的示意圖

2、2紫外激光加工的優(you) 點：

（1）紫外激光器的波長較短能加工很小的部件。紫外激光的波長在0.4um一下，由於(yu) 會(hui) 聚光斑的最小直徑直接正比於(yu) 光波長(#p#分頁標題#e#由於(yu) 衍射) ，激光的波長越短，聚焦的能量就越集中，因此，更短波長意味著更高的空間分辨率。例如，在鑽微通道時，用CO₂激光打出的最小孔極限是75um，而用355nm的紫外固體(ti) 激光器可以加工成直徑小於(yu) 25um的通道。

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

（3）紫外光子直接切斷材料分子中原子間的連接鍵。紅外或可見光通常靠產(chan) 生集中局部的加熱使物質熔化或汽化的方式來進行加工，但這種加熱會(hui) 導致周圍區域嚴(yan) 重破壞 ,因而限製了邊緣強度和產(chan) 生小精細特征的能力。與(yu) 熱加工相比,紫外激光加工使材料發生分解而被去除，因而加工處周邊熱損傷(shang) 和熱影響區小.

而且紫外激光器尤其是固體(ti) 紫外激光器的結構越來越緊湊、 平均功率高、易維護、 操作簡便、 成本低、 生產(chan) 率高。