准分子激光器（Excimer lasers）正在面临来自固态激光器的激烈竞争，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，可脉冲工作。同时它也有一些缺点，比如光束质量差（多模结构，发散角大等），体积大，运行成本高，维保复杂。这个领域的专家们说，随着近些年技术的发展，准分子激光器的各种缺陷其实已经改善很多了。

准分子激光器和氮分子激光器是最流行的两种紫外波段气体激光器。激光工作介质是惰性气体、卤素气体和缓冲气体（一般是氖气）的混合物。一种典型的混合比例是，2~9%惰性气体，0.2%卤素气体，90~98%缓冲气体，其中缓冲气体主要用于传输能量。混合气体存储于高压瓶中，典型气压是3500~5000millibar （3.5~5个大气压），工作时使用宽度为几十个纳秒的高压短脉冲对混合气进行放电激励，从而生成惰性气体的卤化物，如ArF, KrF, XeF, XeCl等，这些卤化物的寿命都非常短，并且基态很不稳定。

Table 4.3 列出了常用惰性气体卤化物的基本性质。

准分子的英文"excimer"来源于"excited dimer"的缩写，即受激二聚物，用于描述一种特别的二聚物分子RH*，这种分子形式仅有激发态（E1态），基态（E0态）并不存在。激光跃迁就发生在E1态和E0态之间，如下图所示。

E0态的复合分子是不稳定的，会迅速瓦解，恢复到独立分子的状态，导致低能级粒子数减少，很容易形成激光振荡所需的粒子数反转条件。

激光器工作过程中，混合气会出现慢性损耗，会导致激光器性能下降。在商用激光器中，高压气瓶不是全密封的，需要定期给激光器充气，充气间隔可以是10^3~10^6个激光脉冲，以观察到明显的性能下降为准。需要注意的是，准分子激光器会涉及有毒有害物质，因此一定要按照规定的安全程序进行操作和维护。在准分子技术发展的初期，由于卤素气体造成的高压气瓶腐蚀曾经造成过严重的事故。现代的激光器已经通过材料选型解决了这个问题，电极材料选用镍或溴，不再使用基于有机材料制造的润滑、密封、绝缘材料。这些措施可以使准分子气体的寿命延长到10^8个脉冲量级。

准分子介质的激光增益很大，输出耦合器的反射率只要达到10~30%就可以有足够的能量输出。最常使用的发光谱线是193 nm (ArF), 248 nm (KrF), 308 nm (XeCl), 351 nm (XeF)。这些激光器的功率范围是1W(KrF)到100W(KrFXeCl)，也有更大的。Table 4.4 列出了常见的激光参数。

激光器的光学元件也需要维护，这也是决定激光寿命的第二大因素。XeCl 激光器的光学元件是使用石英或熔融石英制作的。XeF 激光器的光学元件则是使用MgF2，这主要是因为氟气会腐蚀石英或熔融石英。

准分子激光器的主要优点是高能量、高功率。已知最大的一个准分子激光器是美国Los Alamos National Laboratory 的“Aurora”装置，主要指标是5 ns, 5 kJ, KrF，用于可控核聚变研究。在科研领域，准分子主要用于激励染料激光器，以及用于产生真空紫外波段的高次谐波，这在计量学和系统准直方面有特别重要的意义。准分子激光在检测大气污染和臭氧层方面也有重要应用。

在光刻领域，准分子激光器是最主要的深紫外光源，广泛应用于刻蚀各种电路结构、定位点、商标，适用于陶瓷、玻璃、塑料、金属等多种材料。KrF 和 ArF 激光器应用于远紫外光刻工艺中，制造的电路特征尺寸可以小于0.18 μm。