準分子激光器（Excimer lasers）正在面臨來自固態(tài)激光器的激烈競爭，但是在紫外波段它仍是最佳的光源，具有高能量，高峰值功率，高平均功率，可脈沖工作。同時它也有一些缺點，比如光束質(zhì)量差（多模結(jié)構(gòu)，發(fā)散角大等），體積大，運行成本高，維保復雜。這個領(lǐng)域的專家們說，隨著近些年技術(shù)的發(fā)展，準分子激光器的各種缺陷其實已經(jīng)改善很多了。

準分子激光器和氮分子激光器是最流行的兩種紫外波段氣體激光器。激光工作介質(zhì)是惰性氣體、鹵素氣體和緩沖氣體（一般是氖氣）的混合物。一種典型的混合比例是，2~9%惰性氣體，0.2%鹵素氣體，90~98%緩沖氣體，其中緩沖氣體主要用于傳輸能量。混合氣體存儲于高壓瓶中，典型氣壓是3500~5000millibar （3.5~5個大氣壓），工作時使用寬度為幾十個納秒的高壓短脈沖對混合氣進行放電激勵，從而生成惰性氣體的鹵化物，如ArF, KrF, XeF, XeCl等，這些鹵化物的壽命都非常短，并且基態(tài)很不穩(wěn)定。

Table 4.3 列出了常用惰性氣體鹵化物的基本性質(zhì)。

準分子的英文"excimer"來源于"excited dimer"的縮寫，即受激二聚物，用于描述一種特別的二聚物分子RH*，這種分子形式僅有激發(fā)態(tài)（E1態(tài)），基態(tài)（E0態(tài)）并不存在。激光躍遷就發(fā)生在E1態(tài)和E0態(tài)之間，如下圖所示。

E0態(tài)的復合分子是不穩(wěn)定的，會迅速瓦解，恢復到獨立分子的狀態(tài)，導致低能級粒子數(shù)減少，很容易形成激光振蕩所需的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件。

激光器工作過程中，混合氣會出現(xiàn)慢性損耗，會導致激光器性能下降。在商用激光器中，高壓氣瓶不是全密封的，需要定期給激光器充氣，充氣間隔可以是10^3~10^6個激光脈沖，以觀察到明顯的性能下降為準。需要注意的是，準分子激光器會涉及有毒有害物質(zhì)，因此一定要按照規(guī)定的安全程序進行操作和維護。在準分子技術(shù)發(fā)展的初期，由于鹵素氣體造成的高壓氣瓶腐蝕曾經(jīng)造成過嚴重的事故�，F(xiàn)代的激光器已經(jīng)通過材料選型解決了這個問題，電極材料選用鎳或溴，不再使用基于有機材料制造的潤滑、密封、絕緣材料。這些措施可以使準分子氣體的壽命延長到10^8個脈沖量級。

準分子介質(zhì)的激光增益很大，輸出耦合器的反射率只要達到10~30%就可以有足夠的能量輸出。最常使用的發(fā)光譜線是193 nm (ArF), 248 nm (KrF), 308 nm (XeCl), 351 nm (XeF)。這些激光器的功率范圍是1W(KrF)到100W(KrFXeCl)，也有更大的。Table 4.4 列出了常見的激光參數(shù)。

激光器的光學元件也需要維護，這也是決定激光壽命的第二大因素。XeCl 激光器的光學元件是使用石英或熔融石英制作的。XeF 激光器的光學元件則是使用MgF2，這主要是因為氟氣會腐蝕石英或熔融石英。

準分子激光器的主要優(yōu)點是高能量、高功率。已知最大的一個準分子激光器是美國Los Alamos National Laboratory 的“Aurora”裝置，主要指標是5 ns, 5 kJ, KrF，用于可控核聚變研究。在科研領(lǐng)域，準分子主要用于激勵染料激光器，以及用于產(chǎn)生真空紫外波段的高次諧波，這在計量學和系統(tǒng)準直方面有特別重要的意義。準分子激光在檢測大氣污染和臭氧層方面也有重要應用。

在光刻領(lǐng)域，準分子激光器是最主要的深紫外光源，廣泛應用于刻蝕各種電路結(jié)構(gòu)、定位點、商標，適用于陶瓷、玻璃、塑料、金屬等多種材料。KrF 和 ArF 激光器應用于遠紫外光刻工藝中，制造的電路特征尺寸可以小于0.18 μm。

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