Excimerlaser

Excimerlaser erzeugen elektromagnetische Strahlung im ultravioletten Wellenlängenbereich. Anwendungsbeispiele sind z.B. die operative Korrektur der Kurzsichtigkeit und die Fotolithografie (Mikrolithographie), zur Herstellung hochintegrierter Halbleiter-Bauelemente und zur Mikro-Materialbearbeitung (z.B. zum „Bohren“ extrem feiner Düsen für Tintenstrahldrucker).

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Das Wort Excimer ist eine Zusammenziehung von excited (angeregt) und dimer und bezeichnet das laseraktive Medium. Ein Excimer ist ein Molekül, das grundsätzlich aus zwei Atomen des gleichen chemischen Elements besteht. Allerdings werden heute vorrangig Edelgas-Halogenide als laseraktives Medium eingesetzt. Somit müsste die korrekte Bezeichnung eigentlich Exciplexlaser lauten. Excimerlaser können nur gepulst betrieben werden. Die Pulsdauer liegt typischerweise zwischen 4 und 40 ns. Wiederholraten heutiger Excimerlaser liegen im Bereich von maximal einigen Kilohertz. Im industriellen Bereich werden Excimerlaser eingesetzt, die Pulsenergien von bis zu 300 Millijoule erreichen. Excimerlaser werden vorrangig dort verwendet, wo der Effekt der photoablativen Dekomposition bei der abtragenden Materialbearbeitung zur Anwendung kommen soll. Weiterhin werden Excimerlaser bevorzugt dort eingesetzt, wo sehr kleine Fokusdurchmesser erforderlich sind, z.B. im Anwendungsfeld des so genannten Micromachining. Da der minimal erreichbare Fokusdurchmesser wesentlich durch eine kurze Wellenlänge des verwendeten Lasers begünstigt wird, haben sich die im kurzwelligen UV-Bereich emittierenden Excimer- bzw. Exciplexlaser in diesem Zusammenhang bewährt gemacht.

Der erste Excimerlaser wurde 1971 von Nikolai Bassow, V.A. Danilychew und Yu.M. Popow am P.N. Lebedew Physikinstitut in Moskau konstruiert. Sie benutzten das Xenon-Dimer Xe₂ und einen Elektronenstrahl zur Anregung. Der erste kommerzielle Excimerlaser wurde 1977 von Lambda Physik gebaut.

Die Wellenlänge eines Excimerlasers ist durch das bei der Anregung entstehende Molekül festgelegt. Die entsprechenden Ausgangsstoffe (Gase) werden z.B. in Gasflaschen bereitgestellt. Das Gasgemisch in der Laser-Kavität, aus dem die laseraktiven Excimere bzw. Exciplexe erzeugt werden, muss regelmäßig ersetzt werden. Dies ist erforderlich, weil sich sowohl durch längere Standzeiten als auch durch den laufenden Betrieb die Eigenschaften des Gasgemisches derart verändern, dass die Pulsenergie unter einen akzeptablen Wert abfällt.