Навігація
Головна
Захист від лазерного випромінюванняЗасоби захисту від інфрачервоного, ультрафіолетового, лазерного і...Виготовлення деталей методом лазерного синтезу PHENIXЗахист від інфрачервоного випромінювання, теплоізоляція, екрануванняДія інфрачервоних випромінювань на організм людини та їх нормуванняВипромінювання оптичного діапазонуЗахист від іонізуючих випромінюваньВплив на людину іонізуючих випромінювань та інших небезпечних факторівВстановлення послідовності виконання на лазерному принтері ПК тексту...Лазерний метод формування біосумісних нанотрубочних композиційних...
 
Головна arrow Екологія arrow Теоретичні основи захисту навколишнього середовища
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Лазерне випромінювання

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

Лазерне випромінювання являє собою особливий вид електромагнітного випромінювання, що генерується в діапазоні довжин хвиль 0,1 ... 1000 мкм. Лазери широко застосовуються в самих різних областях людської діяльності завдяки таким унікальним властивостям, як висока ступінь когерентності і монохроматичности випромінювання, мала розбіжність променя, гостра фокусування випромінювання і можливість отримання величезної щільності потужності випромінювання.

Лазерні системи крім широкого науково-технічного та промислового використання мають різноманітне застосування в медицині, біології, біотехнології, генної інженерії тощо

По виду лазерне випромінювання підрозділяють на пряме; розсіяне; дзеркально-відбите; дифузне.

Властивості лазерного випромінювання. Інтенсивність випромінювання. На відміну від всіх відомих оптичних джерел випромінювання лазерів володіє надзвичайно високою інтенсивністю. Потужність твердотільного оптичного квантового генератора (ОКГ) може досягати 10 +12 Вт При фокусуванні це випромінювання можна сконцентрувати в малому плямі. Щільність потужності лазерного випромінювання може досягати високих значень - близько 10 сімнадцять Вт см -2 і більше. При впливі такого випромінювання на речовину розвиваються високі температури порядку 10 +6 К. і вище. Природно, що ніякої тугоплавкий матеріал не витримає такої щільності випромінювання. Час впливу таких густин у разі імпульсної дії набагато менше часу встановлення стаціонарного процесу, при цьому відбувається взаємодія інтенсивного випромінювання з речовиною в локальному обсязі, тобто в області опромінення, не зачіпаючи сусідні області.

Ширина лінії випромінювання і когерентність. Монохроматична хвиля має строго певну частоту коливань:

Е = E 0 cos [(ωt - KХ) + φ], (5.29)

де Е 0 - амплітуда вектора електричної напруженості поля; к - хвильове число; x - координата осі поширення хвилі; φ - фаза (E 0, ω, k, φ - не залежить від t).

При поширенні в просторі двох хвиль однакової частоти, але з різними фазами (φ 1, φ 2), в будь-який момент часу різниця фаз Δφ = (φ 12) буде залишатися постійною. Дві хвилі когерентні, якщо амплітуда, частота, фаза, поляризація і напрям поширення цих хвиль залишаються постійними або змінюються за певним законом. Ідеальних монохроматичних коливань в природі не існує, так як кожен енергетичний рівень має кінцеву ширину, пов'язану з часом життя рівня. Зі співвідношення невизначеності (співвідношення Гейзенберга) випливає, що невизначеність значення верхнього рівня Δε при випромінюванні пов'язана з невизначеністю часу життя цього рівня Δt співвідношенням

(5.30)

Тривалість процесу випромінювання τ і природна ширина лінії випромінювання Δω = 2πΔν пов'язані виразом

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

(5.31)

Враховуючи, що в лазері є оптичний резонатор, в якому існують власні частоти (моди коливань шириною Δν ρ), шляхом відповідного вибору розмірів резонатора і умов роботи лазера можна отримати високу ступінь монохроматичности. У газових лазерах порівняно легко отримати Δν ρ / ν 0 = 10 -10 (де v 0 - резонансна частота переходу) і навіть менше. Це виконується в тому випадку, якщо в інтервалі Δν л на резонансній частоті ν 0 знаходиться одна мода Δν м коливання резонатора (одномодовий режим). У твердотільних ОКГ монохроматичность гірше монохроматичности газових лазерів. Високий ступінь монохроматичности лазерних джерел полегшує отримання меншого плями r s при фокусуванні. При цьому хроматична аберація оптичних лінз практично не грає ролі. Ця властивість лазерних джерел сприяє отриманню значних інтенсивностей.

Лазерне випромінювання володіє високим ступенем часової і просторової когерентності. Ця властивість лазерного випромінювання сприяє отриманню більших значень W s, так як мала розбіжність лазерного потоку сприяє отриманню менших значень r s. Поняття когерентності грає велике значення при використанні лазерного випромінювання в оптичній локації.

Напруженість електричного поля. Лазерне випромінювання, володіючи надзвичайно високою інтенсивністю, дозволяє отримувати високі значення електричної напруженості в потоці. Ці значення можна порівняти з внутріатомними полями. Максимальне значення електромагнітної зв'язку електрона з протоном водню Н визначається виразом

(5.32)

де е - заряд електрона; r 0 - радіус електронної орбіти.

data-override-format="true" data-page-url = "http://stud.com.ua">

При го = 10 -8 см величина Е н, = 10 дев'ять В / см. Для інших речовин це значення становить 107 ... 108 В / см.

Як відомо, інтенсивність поля (щільність потужності) пов'язана з напруженістю електричного поля Е співвідношенням

(5.33)

де ε 0 - діелектрична проникність вакууму; с - швидкість світла.

При інтенсивностях, наприклад, 10 14 Вт · см -2 величина Е становить приблизно 10 вісім У см -1.

Лазерне випромінювання дає можливість відносно просто варіювати потужність променевого потоку, змінювати напрямок його розповсюдження за допомогою фокусуючих лінз, зовнішніх коллиматоров, відображають дзеркал або спеціальних пристроїв.

Яскравість. Властивості лазерів дозволяють отримати надзвичайно високе значення яскравості випромінювання. У табл. 5.10 представлені порівняльні значення яскравості деяких оптичних джерел, з якої видно, що яскравість лазерного джерела на багато порядків перевищує яскравість Сонця і потужність штучних джерел спонтанного оптичного випромінювання.

Таблиця 5.10. Значення яскравості деяких джерел

Джерело

Потужність,

Вт

Расходимость потоку, стсрад

Площа, см 2

Яскравість,

Вт · см -2 · стсрад -1

Ртутна лампа

10 4

4 π

1

~ ю 5

Сонце

4 · 10: б

2,5 • 10 31

1,3 · 10 *

Не-, Νe-лазер

10 -2

3 · 10 -4

0,1

10 6

Рубіновий лазер

10 7

5 · 10 -3

1

4 · 10 "

СО 2 -лазер (безперервний)

10 2

1

~ 3 • 10 +9

Nd-скло (лазер спец. Конструкції)

4 · 10 '°

4 х 10 п'ять

10

~ 2 • 10 17

Кут розходження пучка. Однією з важливих характеристик лазерного випромінювання є спрямованість (колімація) випромінювання. Важливість колімації полягає в тому, що енергія, що переноситься лазерним потоком, може бути зібрана (сфокусована) на малій площі.

Обмеження на кут розходження лазерного потоку накладається дифракцією:

(5.34)

де θ - кут розходження; К - числовий коефіцієнт порядку одиниці (для однорідного пучка К = 1,22); λ - довжина хвилі; d - діаметр вихідної апертури.

Класифікація лазерів. Основне джерело лазерного випромінювання - оптичний квантовий генератор (лазер). Лазери є генераторами електромагнітних хвиль оптичного діапазону, в яких використовується вимушене електромагнітне випромінювання молекул активної речовини, що приводиться в збуджений стан джерелом накачування. Типи лазерів розрізняються видом активного речовини і способом накачування.

У твердотільних лазерах в якості активної речовини використовуються кристали рубіна, иттриево-алюмінієвий гранат (АІГ) або скло, активований неодимом (Nd) або ербієм. Для порушення активної речовини застосовують імпульсні ксенонові лампи. У режимі вільної генерації твердотільні лазери генерують імпульси тривалістю 0,1-1 мс, з енергією десятки джоулів і потужністю в імпульсі десятки або сотні кіловат (10 дев'ять ... 10 10 Вт). Кут розходження променя в твердотільних лазерах становить 20 ... 30 °.

У газових лазерах активною речовиною є газ або суміш газів, які приводяться в збуджений стан газовим розрядом. Газові лазери характеризуються малим кутом розходження променя - всього 1 ... 3 °. Найбільшого поширення набули лазери на суміші гелію (Не) і неону (Ne) з довжиною хвилі генерації 0,63 мкм і лазери на вуглекислому газі (СО 2) з довжиною хвилі 10,6 мкм. Потужність гелій-неонових лазерів невелика і складає десятки або сотні милливатт. Лазери на вуглекислому газі характеризуються великою потужністю - сотні ват в безперервному режимі і високим ККД - 20 ... 30%.

У напівпровідникових лазерах активною речовиною є напівпровідниковий кристал. Збудження лазера здійснюється електричним струмом, що проходить через кристал. Максимальна потужність складає близько 100 Вт в імпульсному режимі і кілька ват - в безперервному. Володіє кутом расходимости променя в кілька градусів.

У рідинних лазерах в якості активної речовини використовують зазвичай органічні барвники. Збудження активної речовини здійснюється або когерентним випромінюванням іншого лазера, або некогерентним випромінюванням імпульсних ламп. У рідинних лазерах при відповідному виборі активної речовини можна отримати когерентне випромінювання з довжинами хвиль від 0,34 до 11,75 мкм. Енергія випромінювання в імпульсі становить до 10 Дж.

Вплив лазерного випромінювання на людину, живий організм, живу клітину багатолике і суперечливо.

В даний час лазерне випромінювання використовується і як хірургічний ніж для видалення злоякісних пухлин та інших утворень, і як тонкий інструмент в мікрохірургії ока, і як цілющий промінь для лікування найрізноманітніших захворювань серця, печінки, вегетативно-судинної системи, травного тракту і т.д .

З іншого боку, лазерне випромінювання становить певну небезпеку при необережному і невмілому його використанні. Навіть робота з малопотужним лазером становить небезпеку, насамперед для очей.

Біологічна дія лазерного випромінювання залежить від довжини хвилі і інтенсивності випромінювання, тому весь діапазон довжин хвиль ділиться на області: ультрафіолетова (0,2 ... 0,4 мкм); видима (0,4 ... 0,5 мкм); інфрачервона - ближня (0,75 ... 1) і далека (понад 1,0).

За ступенем небезпеки лазерного випромінювання для організму людини все лазерні установки підрозділяються на чотири класи. До класу I відносяться лазери, випромінювання яких не представляє небезпеки для шкіри і очей людини, до класу II - випромінювання яких становить небезпеку для очей або шкіри при опроміненні прямим або дзеркально відбитим випромінюванням.

Випромінювання лазерів класу III становить небезпеку для очей і шкіри при опроміненні прямим або дзеркально відбитим випромінюванням і небезпеку для очей при опроміненні дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від поверхні, що відбиває.

До класу IV відносяться лазери, випромінювання яких становить небезпеку для шкіри і очей при опроміненні дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від поверхні, що відбиває.

Розподіл лазерів на класи дозволяє визначити заходи щодо забезпечення безпеки при роботі з лазерами різних типів.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Cхожі теми

Захист від лазерного випромінювання
Засоби захисту від інфрачервоного, ультрафіолетового, лазерного і іонізуючого випромінювань
Виготовлення деталей методом лазерного синтезу PHENIX
Захист від інфрачервоного випромінювання, теплоізоляція, екранування
Дія інфрачервоних випромінювань на організм людини та їх нормування
Випромінювання оптичного діапазону
Захист від іонізуючих випромінювань
Вплив на людину іонізуючих випромінювань та інших небезпечних факторів
Встановлення послідовності виконання на лазерному принтері ПК тексту та інших реквізитів документа
Лазерний метод формування біосумісних нанотрубочних композиційних матеріалів для їх застосування у складі хірургічних імплантатів, МІЕТ, 2012
 
Дисципліни
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук