準分子激光

準分子激光是可以在紫外波長范圍內產生電磁輻射的氣體激光器。 應用示例包括近視手術矯正、用于生產高度集成半導體組件的光刻或微材料加工（例如，為噴墨打印機“鉆孔”極細的噴嘴）。

二聚體基本上是兩個相同的原子或分子。 然而，惰性氣體鹵化物目前主要用作激光活性介質。

用作準分子的惰性氣體鹵化物只能以激發分子形式存在，基態不穩定。 它們可以通過放電或強大的電子束將惰性氣體和鹵素之間的化學反應引導到激發的惰性氣體鹵化物的所需方向來形成。 由于激發分子是亞穩態的，惰性氣體鹵化物最初富集并發生粒子數反轉，這意味著處于激發態的分子比處于基態的分子多（見圖）。 激發的分子可以以紫外線輻射的形式釋放儲存的能量，轉變為不穩定的基態并立即分解成它們的成分。 這種轉變可以由所有激發分子中相同波長的入射紫外光同時觸發，從而產生激光束。

大多數準分子激光只能在脈沖模式下運行。 脈沖持續時間在 300 fs 和 40 ns 之間。 今天準分子激光的重復率最多也就幾千赫茲。 在工業領域，使用脈沖能量高達 1.2 J 的準分子激光。

準分子激發光的波長由激發過程中產生的分子決定。 相應的原料（氣體）是 提供氣瓶。 激光腔中產生激光活性準分子或激基復合物的氣體混合物由百分之幾的活性氣體成分和緩沖氣體（氦氣或氖氣）組成，必須定期更換，因為時間較長停機時間以及在持續運行期間以脈沖能量低于可接受值的方式改變氣體混合物的特性。

自 20 世紀 90 年代中期以來，KrF 和 ArF 準分子激發光已被用于光刻以曝光光敏光刻膠。 短波長能夠制造 28 納米寬的結構（使用簡單的多重圖案化技術，更復雜的甚至達到 10 納米），因此仍然是所有現代 CMOS 技術集成電路制造的基礎，即使最新的產品已經在最關鍵的水平上使用 EUV 光刻。準分子激光還用于直接處理幾乎所有材料（陶瓷、金屬、塑料等），以生產橫向尺寸在亞微米范圍內的結構。 這方面的例子是光纖布拉格光柵 (FBG) 的生產或表面的微加工。

準分子激發光在醫學上也有許多應用。 例如，它們用于切割人體組織。 脈沖激光輻射（頻率在 100 和 200 赫茲之間）通常用于此，這意味著周圍組織不會被加熱，并且傷口愈合過程不會產生明顯的疼痛。 每個脈沖可去除多達 2 μm 的組織。 這一點和非常小的焦點直徑使準分子激光對眼科應用具有吸引力，例如 LASIK，并且越來越多地取代使用氬、Nd:YAG 和 CO2 激光的“熱切割方法”，這些激光對人體組織具有更大的穿透深度。

為了保護古跡和保護文化資產，準分子激光器已被討論了很長時間并且已經被使用，例如用于溫和去除腐蝕沉積物或藝術品上不需要的涂層。