Термин эксимер (англ.excited dimer) означает возбуждённый димер и обозначает тип материала, используемого в качестве рабочего тела лазера.
Первый в мире эксимерный лазер был изобретен в 1970, а представлен в 1971 годуНиколаем Басовым, В. А. Даниличевым, А.Г. Молчановым и Ю. М. Поповым, в Физическом институте им. П. Н. Лебедева в Москве. Лазер использовал димер ксенона (Xe2), возбуждаемый пучком электронов для получения вынужденного излучения с длиной волны 172 нм. В дальнейшем другие группы изобретателей Avco Everett, Sandia Laboratories, Научно-технический центр Northrop и Военно-морскую исследовательскую лабораторию правительства США ввели усовершенствования и стали использовать смеси благородных газов с галогенами (например, XeBr), что было запатентовано в 1975 году Джорджем Хартом и Стюартом Сирлесом из исследовательской лаборатории ВМС США, которая также разработала лазер на смеси XeCl, который возбуждается с помощью микроволнового разряда.
Лазерное излучение эксимерной молекулы происходит вследствие того, что она имеет «притягивающее» (ассоциативное) возбуждённое состояние и «отталкивающее» (не ассоциативное) основное — то есть молекул в основном состоянии практически не существует. Это объясняется тем, что благородные газы, такие как ксенон или криптон высокоинертны и обычно не образуют химических соединений. В возбуждённом состоянии (вызванном электрическим разрядом), они могут образовывать молекулы друг с другом (димеры) или с галогенами, такими как фтор или хлор. Поэтому появление молекул в возбуждённом связанном состоянии автоматически создаёт инверсию населённостей между двумя энергетическими уровнями. Такая молекула, находящаяся в возбуждённом состоянии, может отдать свою энергию в виде спонтанного или вынужденного излучения, в результате чего молекула переходит в основное состояние, а затем очень быстро (в течение пикосекунд) распадается на составляющие атомы.
Несмотря на то, что термин димер относится только к соединению одинаковых атомов, а в большинстве эксимерных лазеров используются смеси благородных газов с галогенами, название прижилось и используется для всех лазеров аналогичной конструкции.
Длина волны эксимерного лазера зависит от состава используемого газа, и обычно лежит в ультрафиолетовой области:
Эксимер
Длина волны
Ar2
126 нм
Kr2
146 нм
F2
157 нм
Xe2
172 нм
ArF
193 нм
KrCl
222 нм
KrF
248 нм
XeBr
282 нм
XeCl
308 нм
XeF
353 нм
Эксимерные лазеры обычно работают в импульсном режиме с частотой следования импульсов от одного до нескольких сотен герц, у некоторых моделей частота может достигать 2 кГц; также возможна генерация единичных импульсов. Импульсы излучения обычно имеют длительность от 10 до 30 нс и энергию от единиц до сотен миллиджоулей. Мощное ультрафиолетовое излучение таких лазеров позволяет их широко применять в хирургии (особенно глазной), в процессах фотолитографии в полупроводниковом производстве, при микрообработке материалов, в производстве ЖК панелей, а также в дерматологии. Сегодня эти устройства довольно громоздки, что является недостатком при широком медицинском применении (см. LASIK), однако их размеры постоянно уменьшаются благодаря современным разработкам.