Основные характеристики лазерных излучений. Классификация лазеров.

Лазерное излучение (ЛИ) - представляет собой особый вид электромагнитного излучения, генерируемого в диапазоне длин волн 0, 1... 1000 мкм, отличающиеся монохроматичностью, когерентностью и высокой степенью направленности. Диапазон спектра – от рентгеновского через ультрафиолетовый, видимый, инфракрасный до субмиллиметрового диапазона.

Оптический квантовый генератор (ОКГ) – лазер - состоит из рабочего пола (активная среда), лампы накачки и зеркального резонатора. Принцип действия основан на использовании вынужденного электромагнитного излучения, возникающего в результате возбуждения квантовой системы активной среды.

Активной средой могут быть:

— твердый материал: рубины, активированное неодимом стекло, алюмоитттриевый гранат, пластмассы;

— полупроводниковые материалы (Z_n (цинк), S (сера), ZnO (оксид цинка), CaSe (селенид кальция), Te (теллур), TbS (сульфид свинца), CaAs (арсенид галлия) и др.);

— жидкость с редкоземельными активаторами или органическими красителями (пиридин, бензол, толуол, бромнафталин, нитробензол);

— газовые материалы (смесь гелия с парами кадмия, аргон, криптон, ксенон, гелий, углекислый газ).

Для образования излучения активная среда подвергается т.н. «накачке» путем бомбардировки ее (непрерывной или импульсной) световым пучком специальной лампы накачки и др. методами (электрический разряд в газах, химические реакции, бомбардировка электрическим пучком). Сильная световая вспышка лампы переводит электроны активной среды из спокойного состояния в возбужденное, образуется лавинный поток световых фотонов. Зеркальный резонатор формирует узкий монохроматичный когерентный (строго направленный) световой пучок высокой энергии.

В соответствии с биологическим действием лазерное излучение может быть разбито на области спектра:

— рентгеновскую (3, 10^-3…3, 10^-7);

— ультрафиолетовую (0, 2-0, 4мкм);

— видимую (0, 1-0, 75мкм);

— ближнюю инфракрасную (0, 75-1, 4мкм);

— дальнюю инфракрасную (свыше 1, 4мкм);

— субмиллиметровую (10²-10³мкм).

Для разных целей применяют лазеры с разным длинами волн, энергий и мощностью.

Стационарные и передвижные, сверхмощные и маломощные лазеры нашли широкое применение:

При рассмотрении физических характеристик лазерного излучения объектами изучения являются:

— пучок излучения, характеризуемый энергией лазерного излучения Е (Дж), энергией импульса лазерного излучения Е_И (Дж), мощностью Р (Вт), плотностью энергии W_С (Дж/см²) и мощности W_Р (Вт/см²);

— поле излучения, характеризуемое потоком излучения Ф, F, Р (Вт), поверхностной плотностью потока излучения Е_Э (Вт/м²), интенсивностью излучения I, S (Вт/м²);

— источник излучения характеризуется излучательной способностью R_Э (Вт), энергетической силой излучения I_Э (Вт/ср), энергетической яркостью L_е (Вт/м²);

— приемник излучения характеризуется облученностью (энергетической освещенностью) Е_е (Вт/м²) и энергетическим количеством освещения Н_е (Дж/м²).

Излучение также характеризуется временными параметрами: длительностью импульса τ, частотой повторения импульсов f, длительностью воздействия излучения t, длиной волны λ.

При эксплуатации лазерных установок обслуживающий персонал может подвергаться воздействию ряда опасных и вредных производственных факторов.

Основную опасность представляет прямое, зеркальное и диффузно отраженное и рассеянное лазерное излучение.

По степени опасности лазеры разделяются на классы:

0 – безопасные: выходное излучение не представляет опасности для биологической ткани при остром и хроническом воздействии;

I – малоопасные: воздействие прямого и зеркального отраженного излучения только на глаза;

II – средней опасности: воздействие на глаза прямого, зеркального и диффузно отраженного излучения, а также прямого и зеркального отраженного излучения на кожу;

III – опасные: воздействие на глаза, кожу прямого, зеркального и диффузно отраженного излучения. Кроме того, работа лазеров сопровождается возникновением других опасных и вредных производственных факторов;

IV – высокой опасности: к опасностям, свойственным лазерам II-III класса, добавляется ионизирующее излучение с уровнем, превышающим ПДУ.

Классификацию лазеров по степени опасности осуществляют на основе временных, энергетических и геометрических (точечный или протяженный источник) характеристик источника облучения и предельно допустимых уровней (ПДУ) лазерного излучения.

Сопутствующие опасные и вредные факторы присущи лазерам, особенно, начиная с III класса опасности.

К таковым относятся:

— излучение ультрафиолетовое оптического диапазона от ламп накачки;

— инфракрасное излучение и тепловыделение от оборудования и нагретых поверхностей;

— шум и вибрация, возникающие при работе лазера: 70…80 дБ (до 100-120);

— аэрозоли, газы (озон, NOх) как продукты взаимодействия с мишенью;

— токсические вещества, используемые в конструкции лазера;

— электромагнитное излучение от генераторов накачки(ВЧ, СВЧ);

— ионизирующее излучение;

— высокое напряжение в электрической цепи питания системы «накачки».