الضوء فوق البنفسجي

تعريف:
ضوء غير مرئي بطول موجة أقل من حوالي 400 نانومتر.

الضوء فوق البنفسجي هو الضوء بطول موجة أقل من حوالي 400 نانومتر (الحد الأدنى لطول موجة الضوء المرئي).  
هناك عدة تعاريف مختلفة للتمييز بين المناطق الطيفية المختلفة:

1. النطاق الطيفي القريب من الأشعة فوق البنفسجية هو من 400 نانومتر إلى 300 نانومتر. يتراوح ضوء الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة بين 300 نانومتر و 200 نانومتر ، في حين تنتمي 200 نانومتر و 10 نانومتر إلى منطقة الأشعة فوق البنفسجية البعيدة. الأطوال الموجية القصيرة تنتمي إلى الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة (EUV).  
2. تشير الأشعة فوق البنفسجية الفراغية (أقل من 200 نانومتر) إلى نطاق الأطوال الموجية المستخدمة عادة في أجهزة الفراغ ، حيث يتم امتصاص طاقة الضوء في هذا الطول الموجي بقوة من قبل الهواء. تشمل الأشعة فوق البنفسجية الفراغية الأشعة فوق البنفسجية البعيدة والأشعة فوق البنفسجية المتطرفة.  
3. UVA يمثل نطاق الطول الموجي من 320-400nm ، UVB هو 280-320nm ، و UVC هو 200-280nm

ضوء الأشعة فوق البنفسجية لديه العديد من الاستخدامات، مثل تطهير المياه والأدوات، علاج اللاصقات، والتحكم في جودة العديد من المواد، والفلورسنت مثيرة.  

كتالوج

1. الخصائص الرئيسية للضوء فوق البنفسجي
2. توليد ضوء فوق البنفسجي
3. البصريات الأشعة فوق البنفسجية
4. خطر السلامة المحتمل

الخصائص الرئيسية للضوء فوق البنفسجي
يختلف الضوء فوق البنفسجي عن الضوء المرئي بطريقتين:

1. يمكن لطولها الموجي القصير التركيز بدقة وإنتاج هياكل دقيقة للغاية (إذا تم استخدام مصدر ضوء متماسك للغاية من الناحية المكانية). يمكن تطبيق هذا على تكنولوجيا الليثوغرافيا بالأشعة فوق البنفسجية لتصنيع الأجهزة الإلكترونية الدقيقة ، مثل المعالجات الدقيقة والشرائح. تتطلب المعالجات الدقيقة المستقبلية هياكل أكثر دقة وتكنولوجيا التصوير الضوئي في منطقة EUV. نحن حاليا تطوير مصادر الضوء EUV ومقاومتها الضوئية المقابلة.  
2. طاقة الفوتونات أعلى من طاقة الفجوة النطاقية للعديد من الأجسام. لذلك ، يمكن امتصاص الضوء فوق البنفسجي من قبل العديد من المواد ، ويمكن أن تسبب عملية الإثارة الناتجة تغييرات في الهيكل الكيميائي للمادة (مثل كسر الروابط الكيميائية). يمكن استخدام هذا في معالجة المواد بالليزر (مثل الحفر بالليزر ، وتراسب الليزر النبضي ، وإعداد شبكات براغ الألياف) لتطهير وتعقيم المياه أو الأجهزة الطبية. يمكن أن يضر ضوء الأشعة فوق البنفسجية بشرة الإنسان ، وخاصة ضوء الأشعة فوق البنفسجية له آثار مبيدة للبكتيريا. عندما يتفاعل الضوء فوق البنفسجي مع الهيدروكربونات النزرة في الهواء ، يمكن ترسب طبقات رقيقة عضوية على الأسطح القريبة. هذا النوع من التلوث الضوئي يمكن أن يقلل من جودة البلورات غير الخطية في مصادر الليزر الأشعة فوق البنفسجية.  

توليد ضوء فوق البنفسجي
يواجه إنتاج الليزر للضوء فوق البنفسجي العديد من المشاكل ، ولكن لا يزال هناك بعض الليزرات فوق البنفسجية التي يمكن أن تولد ضوء الأشعة فوق البنفسجية مباشرة: بعض الليزرات السائبة (مثل استخدام بلورات منشأة بالسيريوم ، Ce: LiCAF) ، الليزرات الأليافية ، الديودات الليزرية (معظمها باستخدام GaN) ، الليزرات الصبغة ، الليزرات شبه الجزيئية ، والليزرات الإلكترونية الحرة.
طريقة أخرى لتوليد الضوء فوق البنفسجي هي إجراء تحويل التردد غير الخطي على ضوء الخروج من الليزر بالأشعة تحت الحمراء القريبة. راجع ليزر الأشعة فوق البنفسجية لمزيد من التفاصيل.  
وخاصة في منطقة EUV ، يتم استخدام تفريغ الغاز (مثل بخار الزينون أو القصدير) أو البلازما الناشئة عن الليزر بشكل شائع لتوليد إشعاع الأشعة فوق البنفسجية عالي الطاقة من عدة واط أو حتى عشرات واط. ومع ذلك ، فإن هذا النوع من مصدر الضوء ليس متسقاً.  
في بعض الأحيان لا يتم توليد الضوء فوق البنفسجي بواسطة الليزر. ومن الأهمية الخاصة مصابيح تفريغ الغاز (مثل أنابيب الزئبق) ، كما تستخدم على نطاق واسع أيضًا الثنائيات المنبعثة للضوء (LED الأشعة فوق البنفسجية).  

البصريات الأشعة فوق البنفسجية
عند التعامل مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، هناك حاجة إلى نظرية بصرية خاصة للأشعة فوق البنفسجية. المعلمات المهمة للمواد في تطبيقات الأشعة فوق البنفسجية هي الرغوة المنخفضة ومحتوى الإدراج ، وتوحيد جيد لمؤشر الانكسار ، وانخفاض الانكسار المزدوج ، والسطح الناعم. وخاصة عند استخدام الليزر الأشعة فوق البنفسجية القوية ، فإن مقاومة الأشعة فوق البنفسجية طويلة الأجل مهمة أيضًا.
مطلوب بصريات الأشعة فوق البنفسجية في فلوريد الكالسيوم النقي ، الذي لديه امتصاص الأشعة فوق البنفسجية المنخفض ، والتوحد العالي ، وانخفاض الانكسار الثنائي ، والصلابة العالية (مقارنة بمواد الفلوريد الأخرى) ، والاستقرار العالي ، وعتبة الضرر العالية. يمكن استخدامه تحت 160 نانومتر ، وبالتالي يمكن استخدامه لليزر excimer فلوريد الأرجون.
لكنها هشة، غير متماثلة، و hygroscopic. بديله هو السيليكا المنصهر درجة الأشعة فوق البنفسجية ، والتي يمكن استخدامها للأطوال الموجية تحت 200 نانومتر ، في حين أن السيليكا المنصهر القياسي الرخيص لديه خسائر كبيرة تحت 260 نانومتر. مادة أخرى متاحة هي الماس، والتي هي شفافة تحت 230nm ولكن مكلفة جدا.  
يمكن استخدام بعض الألياف البصرية في المنطقة الطيفية القريبة من الأشعة فوق البنفسجية ، ولكن خسارة الانتشار عالية نسبيا. لا يمكن نقل الضوء فوق البنفسجي عبر الألياف البصرية في الحالات التي يكون فيها الطول الموجي أقصر أو الطاقة أعلى.  
في منطقة EUV ، تقريبا جميع المواد الصلبة لها امتصاص قوي ، ويحدث تخفيف قوي حتى في الهواء تحت 200 نانومتر. لذلك ، مطلوب الفراغ الأشعة فوق البنفسجية أو EUV للنقاشة الليثوغرافية في ظروف الفراغ.
يمكن إعداد عاكس براغ باستخدام هيكل الموليبدينوم / السيليكون (Mo / Si) في منطقة EUV ، وتحقيق انعكاس بنسبة حوالي 70٪ عند 12 نانومتر. بسبب انعكاسها المحدود ، من الضروري تعديل تصميم الهيكل البصري EUV لتحقيق الحد الأدنى من الأسطح العاكسة.  

مخاطر السلامة
الضوء فوق البنفسجي ضار لكل من العيون (خصوصا في 250-300 نانومتر) والجلد (خصوصا في 280-315 نانومتر) ، لأنه يمكن أن يسبب عدسة العين أو التهاب القشرة. بالإضافة إلى تسبب ترسب الصبغة والأحمر ، يمكن أن يؤدي أيضًا إلى سرطان الجلد.
كما أن الجرعات الصغيرة التي لا تكفي لتسبب ردود فعل حادة يمكن أن تسرع شيخوخة الجلد. لذلك ، إذا تم استخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية للتشغيل ، وخاصة الليزر الأشعة فوق البنفسجية ، فإن تدابير حماية خاصة بالليزر مطلوبة. على سبيل المثال، تحتاج أشعة الأشعة فوق البنفسجية في الأجهزة البصرية المفتوحة إلى أن تكون مغلقة ببعض الأنابيب المعدنية.