Excimer 是Excited Dimer 的缩写,直译为处于激发状态的双原子。
准分子(最初是激发二聚体的简称)是由两种物质形成的短寿命二聚体或异二聚体分子,其中至少一种物质的价壳层被电子完全填充(例如,惰性气体)。在这种情况下,只有当这种原子处于电子激发态时,才有可能形成分子。异核分子和具有两种以上物质的分子也称为激基复合物分子(最初是激发复合物的简称)。准分子通常是双原子的,由两个原子或分子组成,如果两者都处于基态,则不会结合。准分子的寿命非常短,约为纳秒。大量激发原子的结合形成里德堡物质簇,其寿命可以超过数秒。
这两个原子一个是惰性气体原子,另外一个是卤素原子。惰性气体原子被放点激发为离子状态时,变成准分子,而准分子只在激发状态下与卤素原子结合。这种准分子寿命短,会发出紫外光并且返回到基本形态,成为原来的惰性气体和卤素原子。
而准分子激光器是一种脉冲气体激光器,可发射超短脉冲(脉冲持续时间为皮秒或飞秒)。它们发射波长短于 360 nm 的高能紫外线。紫外线发射源是等比例的稀有气体(例如氦、氖、氩、氪等)和卤素气体(例如氟、氯、溴等)的高压混合物中的快速放电。
它们通常使用含有分子的稀有气体,因为它们在正常情况下是非反应性化学化合物。激光发射的波长取决于组成卤素和激光介质中存在的稀有气体。准分子一词源于二聚体,二聚体是指由两个原子结合形成的双原子分子。如果这种二聚体处于激发态,则称为激发二聚体或准分子分子。准分子激光器也称为激基复合物激光器。
工作原理
准分子分子含有惰性气体,在正常条件下不会形成化学化合物,但只有当它们处于激发态时才会形成不稳定的化合物。此类分子在基态时会解离。
使用放电激发含有稀有气体和卤素(或氧化物)气体的混合气体。这会产生含有卤素气体和稀有气体的激发分子,或准分子分子。与基态相比,这种激发态的寿命更长。因此,会发生受激发射,两种气体去激发回到基态,并通过光子的发射分离。
一些常见的二聚体分子是参与准分子激光器形成的惰性气体的氧化物(氧化氩,ArO)和卤化物(卤化氩,ArF;氟化氪,KrF 等)。例如,氟化氪是一种含有氪和氟的气体混合物,在脉冲放电中被激发。在氟化氪的激发下,即形成 KrF* 亚稳态激发态,会发生一系列复杂的过程。星号(*)表示激发态分子。亚稳态激发态在解离前保持短暂的时间。需要注意的是,准分子激光器不能产生连续波,部分原因是不可能获得具有合适特性的稳定放电。从准分子激光器获得的脉冲持续时间通常为几纳秒,但有时更长,约为 100 纳秒。
Pump Source:
将惰性气体气体(氩气,Ar2;氪气,Kr2;氙气Xe2)暴露在约10个大气压的压力下,并使用高能电子束或脉冲放电。现代工业准分子激光器使用放电准分子激光器,因为它们价格便宜,体积小。此外,与电子束装置相比,脉冲放电的能量提取能力较低。
激光器的寿命
以前,准分子激光器的寿命有限,原因是(1)使用过的气体腐蚀,(2)电极材料烧蚀,(3)强紫外线导致光学材料降解,(4)放电产生的化学副产品和灰尘污染。
上述问题通过定期更换混合气体(3000万次脉冲后)解决。由于这些激光器具有很强的腐蚀性,因此使用缓冲气体(通常是氖气或氦气)。准分子激光器通常采用不锈钢、聚乙烯和聚四氟乙烯材料设计,以防止腐蚀。
不同的准分子激光器、其相关波长和应用
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