Классификация и конструктивные элементы
Современные промышленные генераторы лазерного излучения делятся на четыре группы в зависимости от агрегатного состояния активной среды: твердотельные, газовые, жидкостные и полупроводниковые (инжекционные).
Базовая конструкция любой лазерной установки включает следующие элементы:
- Рабочее тело. Определяет тип генератора. Это могут быть твердые материалы (искусственный рубиновый стержень, оптический кварц с добавлением неодима, эрбия или гольмия), газы (аргон, гелий, неон, углекислота), жидкости (пигменты вроде родамина или флюоресцина, растворенные в этиловом спирте и кумарине) либо полупроводники (кремний, германий).
- Два зеркальных резонатора. Одно зеркало абсолютно непроницаемое, второе — полупроницаемое (для выпуска готового луча).
- Лампа накачки. Внешний источник света, например, мощная ксеноновая лампа.
- Конденсатор и источник питания.
Механизм генерации излучения
Процесс образования когерентного света нагляднее всего рассмотреть на примере классического твердотельного лазера на основе кристалла рубина.
- При включении ксеноновой лампы накачки мощный световой поток переводит атомы хрома (основу рубина) в возбужденное энергетическое состояние.
- Возвращаясь к исходному состоянию, эти атомы испускают кванты света — фотоны.
- Высвобожденные фотоны сталкиваются с другими возбужденными атомами хрома, выбивая из них новые порции света. Начинается лавинообразный процесс по типу цепной реакции.
- Световой поток многократно отражается от зеркал резонатора на торцах стержня. Плотность световой энергии стремительно усиливается.
- Достигнув предельного значения, энергетический поток пробивает полупрозрачное зеркало и выходит наружу в виде монохроматического когерентного луча (длина волны для рубинового стержня составляет 0,69 мкм).
Свойства лазерного луча
Излучение оптических квантовых генераторов обладает уникальным набором физических характеристик, которые отличают его от обычных источников света:
- Монохроматичность — свет генерируется в предельно узкой, строго определенной полосе оптического спектра.
- Когерентность — абсолютная упорядоченность электромагнитной волны по амплитуде (высоте) и частоте (длине).
- Поляризованность — строгая ориентация векторов напряженности магнитного и электрического полей в плоскости, которая перпендикулярна световому лучу.
- Минимальный угол расхождения — пучок практически не рассеивается в пространстве.
Дозиметрия и практическое применение
При оценке параметров лазерного воздействия в гигиене труда основным показателем является плотность потока мощности (ППМ) — это объем световой энергии, приходящийся на единицу площади. Стандартно ППМ измеряется в Вт/м², а для низкоинтенсивных установок применяют величину мВт/см².
Энергия или мощность непрерывной генерации измеряется в ваттах (Вт) или милливаттах (мВт). В случае импульсного излучения оценивают мощность отдельного импульса (Вт/имп или Дж/имп), длительность самого импульса (в секундах, милли- или микросекундах) и частоту их следования (в герцах и килогерцах).
Способность концентрировать сверхвысокие энергии в микроскопических объемах обеспечивает широкое применение лазеров на производстве. Они используются для высокотемпературных эффектов, в частности для плавки, идеальной сварки и точной резки сверхтвердых материалов.
Профилактические мероприятия
Из-за высокого биологического воздействия лазерного излучения охрана труда на производстве требует строгого соблюдения профилактических мер. В отношении персонала применяются следующие подходы:
- Рационализация режима труда и отдыха: введение как минимум двух дополнительных коротких перерывов в течение рабочей смены.
- Физиопрофилактика: работникам назначают курсы массажа, профилактическое ультрафиолетовое облучение, лечебную гимнастику, тепловые водные процедуры и обязательную витаминизацию.
- Медицинский контроль: проведение тщательных предварительных (при приеме на работу) и регулярных периодических медосмотров для контроля за состоянием здоровья.
Вопросы с занятий и экзамена
Что означает слово «лазер»?
Это аббревиатура от английского термина Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. В переводе на русский язык это означает «усиление света стимулированным излучением».
Для чего в конструкции лазера нужны зеркала?
Два зеркала формируют оптический резонатор. Они заставляют поток фотонов многократно отражаться внутри рабочего тела, что приводит к лавинообразному нарастанию и усилению световой энергии перед ее выходом наружу.
В каких единицах измеряется плотность потока мощности?
В системе дозиметрии плотность потока мощности (ППМ) стандартно измеряют в Вт/м². Для аппаратуры низкой интенсивности допустимо использовать размерность мВт/см².
Что ещё разобрать по теме
- Механизм биологического действия лазерного излучения на ткани
- Инженерно-технические средства защиты от лазерного излучения
- Классификация лазеров по степени опасности генерируемого излучения
- Специфика применения средств индивидуальной защиты глаз
Разберите тему целиком в курсе «Гигиена»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Лазерное излучение на производстве» и ещё 530 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 95 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Глава 6. Основы гигиены и физиологии труда»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.