ББК 32.86я73 Б18
УДК 621.375.8 (075.8)

Рецензенты:
кафедра оптико-электронных приборов Московского высшего технического училища им. Н. Э. Баумана (зав. кафедрой проф., д-р техн. иаук Л. П. Лазарев); проф., д-р техн. наук Л. 3. Криксунов

Редакция литературы по информатике и автоматике Зав. редакцией Г. Ф. Трофимчук

Байбородин Ю. В.
Основы лазерной техники. Втоое издание, переработанное и дополненное. - К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988.- 383 с. ISBN 5-11-000011-5.

В учебнике в сжатой форме излагаются основной математический аппарат формализма квантовой теории, вопросы когерентности, интерференции и поляризации вынужденного излучения. Рассматриваются принцип действия, характеристики и основные процессы в квантовых приборах. Приводятся методики инженерного расчета элементов схем и конструкции различных лазеров, усилителей и устройств управления лазерным излучением.
Помещен обширный материал по применению квантовых приборов в системах измерения углов, скоростей и расстояний, а также в голографии и лазерной интерферометрии, когерентной и интегральной оптике.

Для студентов высших технических учебных заведении.

Предисловие
Основные обозначения
Введение
Предмет, цели и роль лазерной техники в развитии народного хозяйства
Краткая историческая справка
Классификация квантовых приборов.

Раздел 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАЗЕРНЫХ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
Глава 1. Основные понятия и законы излучения
1.1. Законы классической теории излучения
1.2. Квантовые процессы излучения и поглощения электромагнитных волн
1.3. Форма и ширина спектральной линии

Глава 2. Постулаты и принципы квантовой теории
2.1. Математические методы описания квантовых систем
2.2. Принципы неопределенности, соответствия, суперпозиции
2.3. Простейшие случаи решения уравнения Шредингера
2.4. Кинетические уравнения квантовой системы
2.5. Смешанные состояния. Матрица плотности

Глава 3. Когерентность, интерференция и поляризация лазерного излучения
3.1. Математическая запись квазимонохроматического излучения
3.2. Матрица когерентности
3.3. Интерференция и когерентность
3.4. Поляризация излучения

Раздел 2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, УСТРОЙСТВО И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРОВ
Глава 4. Лазерные вещества и методы инверсии населенностей
4.1. Активные лазерные среды
4.2. Кристалл рубина - активная среда лазера
4.3. Методы инверсии населенностей активных лазерных сред
4.4. Система оптической накачки

Глава 5. Оптические резонаторы
5.1. Открытые оптические резонаторы
5.2. Кольцевые резонаторы
5.3. Оптические элементы резонаторов
5.4. Матричный метод расчета резонатора

Глава 6. Оптические квантовые усилители
6.1. Классификация, принцип действия и основные характеристики
6.2. Схемы оптических квантовых усилителей
6.3. Оптические квантовые усилители бегущей волны
6.4. Шумы в оптических квантовых усилителях

Глава 7. Твердотельные лазеры импульсного действия
7.1. Трехуровневый лазер
7.2. Анализ импульсного режима генерирования лазерного излучения
7.3. Четырехуровневый лазер
7.4. Нестационарное тепловое поле и теплопроводность активной среды
7.5. Частота генерации твердотельного лазера импульсного действия
7.6. Конструкции системы охлаждения и термостабилизации лазерных излучателей
7.7. Графоаналитический метод расчета конструктивных, параметров твердотельного лазера импульсного действия
7.8. Расчет энергетических характеристик
7.9. Номограмма для расчета спектральных характеристик

Глава 8. Газовые лазеры
8.1. Принцип действия лазера на нейтральных атомах гелий-неоновой смеси
8.2. Принцип действия ионного лазера
8.3. Принцип действия молекулярного лазера
8.4. Коэффициент усиления активной среды и стабилизация частоты излучения
8.5. Расчет газового лазера
8.6. Газодинамические лазеры
8.7. Химические лазеры

Глава 9. Полупроводниковые лазеры
9.1. Основные физические процессы в полупроводниковой активной среде
9.2. Принцип действия и конструкция инжекционных лазеров
9.3. Гетероструктуры, гетеропереходы и гетеролазеры
9.4. Методика расчета основных параметров и характеристик инжекционного полупроводникового лазера

Глава 10. Кольцевые лазеры 10.1. Эффект Саньяка и кольцевой интерферометр-резонатор
10.2. Кольцевой лазер и его основные характеристики
10.3. Основные уравнения кольцевого лазера и явление захвата разностной частоты
10.4. Методы разноса частот. Ячейка Фарадея
10.5. Методика расчета основных характеристик кольцевого лазера

Глава 11. Модуляция лазерного излучения
11.1. Физические принципы, классификация и основные характеристики модуляторов лазерного излучения
11.2. Электрооптический эффект в кристаллах
11.3. В нерезонаторная электрооптическая модуляция непрерывного излучения
11.4. Магнитооптический эффект и модуляция лазерного излучения
11.5. Фотоупругость и акустооптические модуляторы излучения
11.6. Внутрирезонаторная модуляция. Метод модуляции добротйостн резонатора
11.7. Лазер с призменным или пассивным затвором
11.8. Электрооптические затворы

Глава 12. Устройства управления лазерным излучением
12.1. Непрерывный оптический дефлектор
12.2. Дискретный оптический дефлектор
12.3. Характеристика временного и пространственного распределения излучения
12.4. Перестройка частоты лазерного излучения
12.5. Методы и схемы селекции мод
12.6. Пространственное формирование лазерного излучения
12.7. Нелинейные оптические эффекты в формировании и преобразовании лазерного излучения

Раздел 3. ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВ ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНИКИ
Глава 13. Лазерные дальномеры
13.1. Принципы проектирования лазерных дальномеров
13.2. Особенности канала связи
13.3. Импульсные лазерные высотомеры и дальномеры
13.4. Фазовые дальномеры
13.5. Характеристики оптоэлектронного канала
13.6. Анализ точности лазерных устройств

Глава 14. Лазерные гироскопы
14.1. Принцип действия, состав и характеристики лазерного гироскопа
14.2. Нестабильность разностной частоты
14.3. Оптические схемы интерференционных смесителей излучения
14.4. Конструкция лазерного гироскопа
14.5. Методика оценки реальной и потенциальной точностей лазерного гироскопа
14.6. Применение и перспективы развития лазерных гироскопов

Глава 15. Лазерные доплеровские измерители скорости
15.1. Область применения
15.2. Схема ЛДИС с опорным лучом
15.3. Дифференциальная схема ЛДИС
15.4. Краткий анализ рассеянного излучения
15.5. Отношение мощностей сигнала и шума в ЛДИС и структура доплеровского сигнала
15.6. Оценка энергетических характеристик излучателя

Глава 16. Оптическая голография
16.1. Принцип голографии и уравнение голограммы
16.2. Схемы записи и восстановления голограмм
16.3. Типы голограмм
16.4. Некоторые примеры практического применения голографии

Глава 17. Оптические процессоры и интегральная оптика
17.1. Принципы проектирования оптических вычислительных устройств
17.2. Элементы оптических процессоров
17.3. Оптические процессоры
17.4. Пример расчета голографического запоминающего устройства
17.5. Физические принципы интегральной оптики
17.6. Интегрально-оптический волновод и элементы интегральной оптики
17.7. Пленочный лазер с распределенной обратной связью и пленарные фотодиоды
17.8. Перспективы развития интегральной оптики и когерентных оптических вычислительных устройств

Заключение
Приложение
Предметный указатель
Список рекомендуемой литературы

Скачать книгу Байбородин Ю. В. Основы лазерной техники. Киев, Издательство Выща школа, Головное изд-во, 1988

Введение

Свет использовался для лечения разнообразных болезней испокон веков. Древние греки и римляне часто «принимали солнце» в качестве лекарства. И список болезней, которые приписывалось лечить светом, был достаточно велик.

Настоящий рассвет фототерапии пришелся на 19 век - с изобретением электрических ламп появились новые возможности. В конце XIX столетия красным светом пытались лечить оспу и корь, помещая пациента в специальную камеру с красными излучателями. Также различные «цветовые ванны» (то есть свет различных цветов) успешно применялись для лечения психических заболеваний. Причём лидирующую позицию в области светолечения к началу двадцатого столетия занимала Российская Империя.

В начале шестидесятых годов появились первые лазерные медицинские устройства. Сегодня лазерные технологии применяются практически при любых заболеваниях.

лазерный технология излучение биоткань

Физические основы применения лазерной техники в медицине

Принцип действия лазера

Основой лазеров служит явление индуцированного излучения, существование которого было постулировано А. Эйнштейном в 1916 г. В квантовых системах, обладающих дискретными уровнями энергии, существуют три типа переходов между энергетическими состояниями: индуцированные переходы, спонтанные переходы и безызлучательные релаксационные переходы. Свойства индуцированного излучения определяют когерентность излучения и усиления в квантовой электронике. Спонтанное излучение обусловливает наличие шумов, служит затравочным толчком в процессе усиления и возбуждения колебаний и вместе с безызлучательными релаксационными переходами играет важную роль при получении и удержании термодинамически неравновесного излучающего состояния.

При индуцированных переходах квантовая система может переводиться из одного энергетического состояния в другое как с поглощением энергии электромагнитного поля (переход с нижнего энергетического уровня на верхний), так и с излучением электромагнитной энергии (переход с верхнего уровня на нижний).

Свет распространяется в виде электромагнитной волны, в то время как энергия при испускании излучения и поглощении сконцентрирована в световых квантах, при этом при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом, как было показано Эйнштейном в 1917 г., наряду с поглощением и спонтанным излучением возникает вынужденное (индуцированное) излучение, которое образует основу для разработки лазеров.

Усиление электромагнитных волн за счет вынужденного излучения или инициирование самовозбуждающихся колебаний электромагнитного излучения в диапазоне сантиметровых волн и тем самым создание прибора, названного мазером (microwave amplification by stimulated emission of radiation), было реализовано в 1954 г. По предложению (1958 г.) распространить этот принцип усиления на значительно более короткие световые волны в 1960 г. был разработан первый лазер (light amplification by stimulated emission of radiation).

Лазер является источником света, с помощью которого может быть получено когерентное электромагнитное излучение, которое известно нам из радиотехники и техники сверхвысоких частот, а также в коротковолновой, в особенности инфракрасной и видимой, областях спектра.

В учебном пособии изложены основы работы лазеров. Подробно рассмотрена работа пассивных элементов, приведены вероятностный метод описания процессов и полуклассическая теория лазеров. Основное внимание уделено описанию различных типов лазеров: газовых, жидкостных, твердотельных и полупроводниковых. Рассмотрены приборы управления лазерным излучением, свойства лазерного излучения и нелинейно-оптические явления.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗЕРКАЛА.
Основным оптическим элементом резонаторов, используемых в лазерной технике, является зеркало. При этом нашли применение плоские, цилиндрические, сферическое и асферическое зеркала, как металлические, так и диэлектрические, с металлическими и диэлектрическими покрытиями, в некоторых случаях применяются также зеркала, изготовленные из полупроводников.

Широкое распространение среди резонаторов получил резонатор, состоящий из плоских зеркал. Поэтому обратимся к рассмотрению плоских зеркал.

Начнем с рассмотрения зеркал с металлическими отражающими поверхностями. При этом прежде всего должны иметь в виду, что отражение электромагнитных волн от поверхности зеркал в соответствии с формулами Френеля, приведенными в предыдущем параграфе, может происходить только в том случае, если поверхность зеркала обработана с достаточной степенью точности. Когда электромагнитная волна падает на матовую или неполированную поверхность, то происходит расстройка всех фазовых соотношений между элементами фронта волн.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Глава 1. Введение в квантовую электронику
1.1. Спонтанное и вынужденное излучение
1.2. Принцип действия лазеров
1.3. Классификация лазеров
1.4. Форма спектральной линии
1.5. Характеристики излучения лазеров
Глава 2. Пассивные элементы лазеров
2.1. Основные уравнения электродинамики
2.2. Электромагнитные волны на границе раздела двух сред
2.3. Плоские слои
2.4. Металлические и диэлектрические зеркала
2.5. Электромагнитные волны в волноводах
2.6. Световоды
2.7. Общие сведения об оптических резонаторах
2.8. Резонаторы с плоскими зеркалами
2.9. Резонаторы со сферическими зеркалами
2.10. Призменные, угловые и сложные резонаторы
2.11. Неустойчивые резонаторы
2.12. Селекция мод
Глава 3. Методы описания процессов и расчетов в лазерах
3.1. Вероятностный метод описания процессов в лазерах
3.2. Полуклассический метод расчета лазеров
Глава 4. Режимы работы лазеров
4.1. Стационарный режим генерации
4.2. Работа лазеров в режиме модуляции добротности
4.3. Модуляция добротности резонаторов
4.4. Режим синхронизации мод
4.5. Синхронизация мод в лазерах
Глава 5. Твердотельные лазеры
5.1. Системы оптической накачки
5.2. Активные среды твердотельных лазеров
5.3. Трехуровневые лазеры
5.4. Четырехуровневые лазеры
5.5. Перспективы развития твердотельных лазеров
Глава 6. Газовые лазеры
6.1. Основные типы газовых лазеров
6.2. Осуществление инверсии в газовом разряде
6.3. Лазеры на нейтральных атомах
6.4. Ионные лазеры
6.5. Молекулярные газоразрядные лазеры
6.6. Электроионизационные лазеры
6.7. Газодинамические лазеры
6.8. Лазеры с химическим возбуждением
6.9. Лазеры на самоограниченных переходах
6.10. Лазеры на эксимерах
6.11. Волноводные лазеры
6.12. Газовые лазеры с излучением в длинноволновой ИК-области
Глава 7. Жидкостные лазеры
7.1. Основные типы и особенности жидкостных лазеров
7.2. Лазеры на неорганических жидкостях
7.3. Лазеры на растворах органических красителей
7.4. Управление спектром излучения жидкостных лазеров
Глава 8. Полупроводниковые лазеры
8.1. Вынужденное излучение в полупроводниках
8.2. Создание инверсии в полупроводниках
8.3. Лазеры на гомоструктурах
8.4. Лазеры на гетероструктурах
8.5. Лазеры с распределенной обратной связью
Глава 9. Рентгеновские, гамма-лазеры и лазеры на свободных электронах
9.1. Рентгеновские лазеры
9.2. Гамма-лазеры
9.3. Лазеры на свободных электронах
Глава 10. Свойства лазерного излучения и измерение его параметров
10.1. Параметры лазерного излучения
10.2. Когерентность
10.3. Поляризация
Глава 11. Приборы управления излучением лазеров
11.1. Модуляторы
11.2. Дефлекторы
Глава 12. Нелинейно-оптические явления
12.1. Нелинейная оптика
12.2. Условие фазового синхронизма и генерация второй гармоники
12.3. Параметрическое усиление и генерация излучения
12.4. Вынужденное комбинационное рассеяние
12.5. Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна
12.6. Самофокусировка и самоканализация излучения
Глава 13. Применение лазеров
13.1. Особенности использования лазеров в приборах
13.2. Применение лазеров в промышленности
13.3. Применение лазеров в научных и прикладных исследованиях
Список литературы.

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Основы лазерной техники, Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А., 1990 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ¾МИФИ¿

А. П. Менушенков, В. Н. Неволин, В. Н. Петровский

Физические основы лазерной технологии

для студентов высших учебных заведений

Москва 2010

УДК 621.373.826(075) ББК 32.86-5я7 М 50

Менушенков А.П., Неволин В.Н., Петровский В.Н. Физические основы лазерной технологии. Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2010. 212 с.

Целью настоящего учебного пособия является систематизация накопленных за годы развития лазерной технологии знаний и восполнение пробелов учебной литературы по современным проблемам технологических применений лазеров. В книге подробно рассматриваются физические механизмы взаимодействия лазерного излучения с металлами, полупроводниками и другими непрозрачными средами, принципы устройства лазерных технологических установок, методы фокусировки мощного лазерного излучения, особенности тех или иных лазерных технологических процессов, включая физику резонансного воздействия лазерного излучения на вещество.

Подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ.

Рецензент д-р физ.-мат. наук, проф. В.А. Рыков

ISBN 978-5-7262-1252-4 c Национальный исследовательский ядерный университет ¾МИФИ¿, 2010

1 Взаимодействие лазерного излучения с веществом 11

1.1 Классификация лазерных технологических процессов. . . . . . . . . . . . . . . 12

1.2 Основные характеристики лазерного излучения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.3 Процессы передачи энергии лазерного излучения металлам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.4 Механизмы поглощения лазерного излучения полупроводниками и

диэлектриками. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.5 Оптические свойства металлов. . . . . . . . . . . . 37

1.6 Пространственно-временные характеристики лазерного излучения

как источника тепла. . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

1.7 Процессы нагрева материалов при воздействии лазерного излучения. . . . . . . . . . . 47

1.8 Нелинейные случаи нагрева материала лазерным излучением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

1.9 Плавление и испарение материала под действием импульсов лазерного

излучения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

1.10 Физические свойства лазерной плазмы. . . . . . . . 68

2.1 Структурная схема лазерных технологических установок. . . . . . . . . . . . . . . 79

2.2 Энергетические оптические системы ЛТУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

2.2.1 Принципы фокусировки мощного лазерного

излучения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

2.2.2 Принципы компоновки энергетических оптических систем. . . . . . . . . . . . . . . . 86

2.2.3 Проекционные лазерные системы. . . . . . . 88

2.2.4 Линзовые абберации. . . . . . . . . . . . . . 90

2.2.5 Оптические материалы. . . . . . . . . . . . . 92

2.3 Лазерные технологические установки на основе твердотельных лазеров. . . . . . . . . . . 94

2.3.1 Сравнительные характеристики активных сред твердотельных лазеров. . . . . . . . . . 94

2.3.2 Рубиновый лазер. . . . . . . . . . . . . . . . 94

2.3.3 Твердотельные Nd:YAG-лазеры с ламповой накачкой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

2.3.4 Твердотельные лазеры с диодной накачкой. 108

2.3.5 Волоконные лазеры. . . . . . . . . . . . . . . 108

2.4 Лазерные технологические установки

на основе CO2 -лазеров. . . . . . . . . . . . . . . . . 111

2.4.1 Основные параметры и классификация

CO2 - лазеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

2.4.2 Коэффициент полезного действия СО2 -лазеров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

2.4.3 Классификация мощных СО2 -лазеров. . . . 113

2.4.4 Непрерывные СО2 -лазеры с диффузионным охлаждением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

2.4.5 Непрерывные СО2 -лазеры с продольной

прокачкой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

2.4.6 Непрерывные СО2 -лазеры с поперечной прокачкой (ТЕ-лазеры) . . . . . . . . . . . . . 116

2.4.7 СО 2 -лазеры атмосферного давления с поперечным возбуждением (TEA-лазеры) . . 118

2.4.8 Мощные СО2 -лазеры с несамостоятельным разрядом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

3.1 Классификация лазерных технологических процессов в

микроэлектронике. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

3.2 Подготовительные операции. . . . . . . . . . . . . . 123

3.2.1 Очистка поверхности. . . . . . . . . . . . . . 123

3.2.2 Геттерирование. . . . . . . . . . . . . . . . . 129

3.3 Основные операции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

3.3.1 Окисление. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

3.3.2 Лазерный отжиг полупроводников после

ионной имплантации. . . . . . . . . . . . . . 134

3.3.3 Лазерное легирование. . . . . . . . . . . . . . 143

3.3.4 Создание силицидов. . . . . . . . . . . . . . . 154

3.3.5 Осаждение тонких пленок. . . . . . . . . . . 160

3.3.6 Лазерное напыление тонких ВТСПпленок. 173

3.4 Завершающие операции. . . . . . . . . . . . . . . . . 177

3.4.1 Лазерное скрайбирование. . . . . . . . . . . 177

3.4.2 Маркировка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

3.5 Применение лазеров в создании

4.1 Лазерная химия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

4.2 Лазерное разделение изотопов. . . . . . . . . . . . . 183

4.2.1 Схемы лазерного разделения изотопов. . . . 184

4.2.2 Коэффициент обогащения. . . . . . . . . . . 186

4.2.3 Инициируемые лазером реакции. . . . . . . 187

4.2.4 Однофотонная предиссоциация. . . . . . . . 190

4.2.5 Двухфотонная диссоциация. . . . . . . . . . 192

4.2.6 Фотоизомеризация. . . . . . . . . . . . . . . 194

4.2.7 Двухступенчатая фотоионизация. . . . . . . 196

4.2.8 Оптическое отклонение атомного пучка. . . 199

4.2.9 Многофотонная диссоциация. . . . . . . . . 200

4.3 Лазерное разделение изотопов в атомной энергетике. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

4.4 Получение особо чистых веществ. . . . . . . . . . . 208

ВВЕДЕНИЕ

Лазерная технология наряду с информационными и нанотехнологиями уверенно выдвинулась в число наиболее перспективных высоких технологий технологий 21 века. На своем начальном этапе развития в 70-е, 80-е годы это направление науки и техники вполне обоснованно связывалось лишь с технологией сварки, резки и закалки металлов и сплавов . Лазерный отжиг полупроводников, получение новых сплавов, покрытий, аморфизация, напыление тонких пленок, модификация свойств поверхности, лазерно-плазменная технология, стереолитография, лазерная химия и т.д. еще двадцать лет назад были неизвестны. Сейчас каждый из этих процессов представляет собой самостоятельную, динамичную область исследовательской деятельности, перешагнувшей из стадии первоначальных лабораторных экспериментов в стадию новой, лазерной промышленной технологии.

Общий рынок лазерного оборудования в мире достиг к 2008 г. 200 млрд долларов США. Причем рынок только лазерных установок равен 28.8 млрд долларов. Годовой прирост объема продаж составил в 2008 г. 59%.

Основные направления исследований связаны с разработкой и созданием мощных автоматизированных лазерных технологических комплексов АЛТК для решения широкого круга промышленных задач. Разрабатываются физические и технические принципы создания лазеров мощностью до 20 кВт, проводятся исследования взаимодействия излучения с различными материалами, создаются и отрабатываются технологические процессы изготовления деталей различной сложности.

С созданием мощных непрерывных и импульсно-периодичес- ких газовых и твердотельных лазеров возник целый ряд вопросов, связанных с более широким использованием этих лазеров в различных областях производства, включая и традиционные методы термического воздействия, направленные на изменение

геометрии деталей (сварка, резка) и их физико-химического состояния (термоупрочнение, легирование и т.д.). Высокая интенсивность лазерных источников способствует селективному развитию физико-химических процессов в поверхностном слое материалов. Эти вопросы нашли достаточно подробное отражение как в зарубежных, так и в отечественных монографиях и справочниках .

Вместе с тем, физические процессы, происходящие при воздействии коротких и ультракоротких лазерных импульсов с металлами и полупроводниковыми материалами, определяющие возможности таких быстро развивающихся областей лазерной технологии, как лазерный отжиг полупроводников, лазерное легирование, геттерирование, напыление тонких эпитаксиальных пленок, а также достижения в области лазерной химии, пока недостаточно полно отражены в монографиях и учебных пособиях. В то же время, более двух третей лазеров, используемых в развитых странах для обработки материалов, в 2008 г. применялись в микроэлектронике, производстве печатных плат и электротехнике. Электронная промышленность остается наиболее крупным потребителем лазерных технологических установок до настоящего времени и оказывает стимулирующее действие на развитие и совершенствование производства лазерного технологического оборудования. Применение лазеров в электронике позволило довести уровень автоматизации процессов до 85 %, обеспечив выполнение практически всех основных и вспомогательных операций. Среди таких процессов следует выделить отжиг полупроводников после ионной имплантации, легирование, осаждение и травление тонких пленок, получение окисных изолирующих слоев, геттерирование и очистку полупроводниковых пластин, формирование токопроводящих слоев и омических контактов. Кроме того, использование лазерного излучения позволяет модифицировать свойства полупроводниковых приборов, создавать структуры монокристаллического кремния на диэлектрических подложках, гибридные

GaAs/Si микросхемы. Применение эксимерных лазеров в качестве источника ультрафиолетового излучения в фотолитографии при нанесении изображения на фоторезист через шаблон и при прямой записи обеспечивает разрешение 90 нм, что соответствует требованиям промышленного выпуска СБИС. Обеспечивая локальность и быстроту обработки, лазерная технология приводит к ускорению перечисленных технологических процессов, снижению количества критических операций и, в конечном итоге, к повышению качества продукции по сравнению с традиционными способами.

Использование коротких и мощных импульсов лазерного излучения для модификации свойств металлических материалов чрезвычайно перспективно вследствие реализации аномально высоких скоростей нагрева и остывания поверхности материала, поглотившего излучение. Это определяет широкие возможности в создании новых, уникальных по физико-химическим свойствам, структурных и фазовых состояний в металлах и сплавах, являющихся интересными объектами исследований и практических применений. Этими вопросами занимается лазерно-плазменная технология и технология получения металлических стекол.

В новую современную область взаимодействия излучения с веществом вылилась лазерная химия, использующая уникальную возможность резонансного возбуждения атомов и молекул за счет высокой монохроматичности лазерного излучения. Здесь наибольший интерес представляют такие важнейшие процессы, как лазерное разделение изотопов, лазерный синтез материалов с заданными свойствами и получение особо чистых веществ.

Целью настоящего учебного пособия является систематизация накопленных за годы развития лазерной технологии знаний и восполнение пробелов учебной литературы по отмеченным выше современным проблемам технологических применений лазеров. Авторы подробно рассматривают физические проблемы взаимодействия лазерного излучения с металлами, полупроводниками и другими непрозрачными средами, принципы устройства лазер-

ных технологических установок, методы фокусировки мощного лазерного излучения, особенности тех или иных лазерных технологических процессов, включая физику резонансного воздействия лазерного излучения на вещество.

Предлагаемое учебное пособие является развитием изданной авторами в 1992 г. книги “Лазерная технология Часть I” и наряду

с переработанным в соответствии с современными достижениями материалом содержит новые главы и разделы, включающие описание созданных в последнее время твердотельных лазеров

с диодной накачкой и волоконно-оптических лазеров, проблемы фокусировки мощного лазерного излучения, проблемы лазерной химии и др.