En excimerlaser er en type ultraviolet gaslaser, der er meget udbredt i øjenkirurgi ( lasersynskorrektion ) og halvlederfremstilling .
Udtrykket excimer ( engelsk excited dimer ) betyder en exciteret dimer og betegner den type materiale, der bruges som laserens arbejdslegeme.
Verdens første excimer-laser blev opfundet i 1970 og introduceret i 1971 af Nikolai Basov , V.A. Danilichev, A.G. Molchanov og Yu. M. Popov, ved det fysiske institut. P. N. Lebedev i Moskva . Laseren brugte en xenon -dimer (Xe2 ) exciteret af en elektronstråle til at producere stimuleret emission ved en bølgelængde på 172 nm. Efterfølgende lavede andre grupper af opfindere Avco Everett, Sandia Laboratories, Northrop Science and Technology Center og US Government Naval Research Laboratory forbedringer og begyndte at bruge blandinger af ædelgasser med halogener (for eksempel Xe Br ), som blev patenteret i 1975 af George Hart og Stuart Searles fra US Naval Research Laboratory , som også udviklede en XeCl-blandingslaser, der exciteres af en mikrobølgeudladning.
Laserstråling af et excimer-molekyle opstår på grund af, at det har en "attraktiv" (associativ) exciteret tilstand og en "frastødende" (ikke-associativ) grundtilstand - det vil sige, at der praktisk talt ikke er nogen molekyler i grundtilstanden. Dette skyldes, at ædelgasser som xenon eller krypton er meget inerte og normalt ikke danner kemiske forbindelser . Når de exciteres (forårsaget af en elektrisk udladning ), kan de danne molekyler med hinanden (dimerer) eller med halogener såsom fluor eller klor . Derfor skaber udseendet af molekyler i en exciteret bundet tilstand automatisk en populationsinversion mellem to energiniveauer. Et sådant molekyle, som er i en exciteret tilstand, kan afgive sin energi i form af spontan eller stimuleret emission , som et resultat af hvilken molekylet går ind i grundtilstanden og derefter meget hurtigt (inden for picosekunder) henfalder til sin bestanddel atomer.
Selvom udtrykket dimer kun refererer til sammenføjningen af identiske atomer, og de fleste excimer-lasere bruger blandinger af ædelgasser med halogener, har navnet sat sig fast og bruges til alle lasere af lignende design.
Bølgelængden af en excimer-laser afhænger af sammensætningen af den anvendte gas og ligger normalt i det ultraviolette område:
| Excimer | Bølgelængde |
|---|---|
| F2 _ | 157 nm |
| ArF | 193 nm |
| KrCl | 222 nm |
| KrF | 248 nm |
| XeBr | 282 nm |
| XeCl | 308 nm |
| XeF | 353 nm |
Excimer-lasere fungerer normalt i en pulseret tilstand med en pulsgentagelseshastighed fra et til flere hundrede hertz, i nogle modeller kan frekvensen nå 2 kHz; det er også muligt at generere enkelte impulser. Strålingsimpulser har normalt en varighed på 10 til 30 ns og en energi på enheder til hundreder af millijoule. Den kraftige ultraviolette stråling af sådanne lasere gør det muligt i vid udstrækning at blive brugt i kirurgi (især øjenkirurgi ), i fotolitografiprocesser i halvlederproduktion, i mikrobearbejdning af materialer, i produktion af LCD-paneler og også i dermatologi . I dag er disse enheder temmelig omfangsrige, hvilket er en ulempe i brede medicinske anvendelser (se LASIK ), men deres størrelse er konstant faldende på grund af moderne udvikling.