Особенности лазерного излучения

Лазерное излучение по своим свойствам значительно отличается от излучения обычных источников света. Отметим его характерные особенности.

1. Когерентность. Излучение является высококогерентным, что обусловлено свойствами вынужденного излучения. При этом имеет место не только временная, но и пространственная когерентность: разность фаз в двух точках плоскости, перпендикулярной направлению распространения, сохраняется постоянной.

2. Коллимированность. Лазерное излучение является коллимированным, т.е. все лучи в пучке почти параллельны друг другу (рис. 31.5, б). На большом расстоянии лазерный пучок лишь незначительно увеличивается в диаметре. Так как угол расходимости ц мал, то интенсивность лазерного пучка слабо убывает с расстоянием. Это позволяет передавать сигналы на огромные расстояния при малом ослаблении их интенсивности.

3. Монохроматичность. Лазерное излучение является в высокой степени монохроматическим, т.е. содержит волны практически одинаковой частоты (ширина спектральной линии составляет Дл ≈0,01 нм). На

рисунке приведено схематическое сравнение ширины линии лазерного луча и луча обычного света.

Рис. Когерентность (а), коллимированность (б), монохроматичность (в) лазерного излучения

До появления лазеров излучение с некоторой степенью монохроматичности удавалось получить с помощью приборов - монохроматоров, выделяющих из сплошного спектра узкие спектральные интервалы (узкие полосы длин волн), однако мощность света в таких полосах мала.

4. Высокая мощность. С помощью лазера можно обеспечить очень высокую мощность монохроматического излучения - до 10⁵ Вт в непрерывном режиме. Мощность импульсных лазеров на несколько порядков выше. Так, неодимовый лазер генерирует импульс с энергией Е = 75 Дж, длительность которого t = 3х10^-12 с. Мощность в импульсе равна Р = Е/t = 2,5х10¹³ Вт (для сравнения: мощность ГЭС составляет Р ~10⁹ Вт).

5. Высокая интенсивность. В импульсных лазерах интенсивность лазерного излучения очень высока и может достигать I = 10¹⁴-10¹⁶ Вт/см² (ср. интенсивность солнечного света вблизи земной поверхности I = 0,1 Вт/см²).

6. Высокая яркость. У лазеров, работающих в видимом диапазоне, яркость лазерного излучения (сила света с единицы поверхности) очень велика. Даже самые слабые лазеры имеют яркость 10¹⁵ кд/м² (для сравнения: яркость Солнца L ~ 10⁹кд/м²).

7. Давление. При падении лазерного луча на поверхность тела создается давление (Д). При полном поглощении лазерного излучения, падающего перпендикулярно поверхности, создается давление Д = I/c, где I -интенсивность излучения, с - скорость света в вакууме. При полном отражении величина давления в два раза больше. Для интенсивности I = 10¹⁴ Вт/см² = 10¹⁸ Вт/м²; Д = 3,3х10⁹ Па = 33 000 атм.

8. Поляризованность. Лазерное излучение полностью поляризовано.

Опасные и вредные производственные факторы, возникающие при работе лазера, подразделяют на основные и сопутствующие.

К основным относятся собственно лазерное излучение и паразитные излучения (отраженное и рассеянное).

К сопутствующим относятся факторы, которые возникают при эксплуатации лазеров (шум, вредные вещества и т.п.). В зависимости от конструкции лазера и условий его эксплуатации ими могут быть:

· ультрафиолетовое излучение от ламп накачки или кварцевых газоразрядных трубок;

· шум и вибрация, возникающие при работе лазера;

· ионизирующие излучения;

· высокое напряжение в электрической сети питания ламп накачки, поджога или газового разряда;

· электромагнитные поля ВЧ и СВЧ диапазонов от генераторов накачки;

· инфракрасное излучение и тепловыделения от оборудования и нагретых поверхностей;

· запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны продуктами взаимодействия лазерного луча с мишенью и радиолиза воздуха (озон, окислы азота и др.);

· агрессивные и токсические вещества, используемые в конструкции лазера.

Воздействие лазерного излучения на организм человека носит сложный характер и обусловлено как непосредственным действием излучения на облучаемые ткани, так и вторичными явлениями, выражающимися в различных изменениях, возникающих в организме в результате облучения. Различают термическое и нетермическое действие лазерных излучений.

Поражающее действие лазерного излучения зависит от его мощности (или плотности энергии), длины волны излучения, длительности времени воздействия, биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Наиболее биологически активно ультрафиолетовое излучение, которое вызывает фотохимические реакции в биологических средах.

Термическое действие лазерного излучения непрерывного действия имеет много общего с обычным нагревом. На коже образуется ожог, а при больной энергии образуется кратерообразный участок из-за разрушения и испарения биологической ткани. Характерной особенностью лазерного ожога является резкая ограниченность пораженной области.

Воздействие импульсного излучения более сложно. В облучаемых тканях энергия импульсного излучения быстро преобразуется в теплоту, что приводит к мгновенному плазмо- и парообразованию, вызывающим механическое разрушение ткани.

Нетермическое действие лазерного излучения обусловлено процессами, возникающими в результате избирательного поглощения тканями электромагнитной энергии, а также электрическими и фотоэлектрическими эффектами.

Лица, длительно работающие с лазерами, иногда жалуются на повышенную утомляемость, головные боли, повышенную возбудимость, нарушение сна и т.п.

Особенно чувствительны к воздействию лазерного излучения глаза человека. Повреждение глаз возникает от попадания как прямого, так и отраженного лазерного луча, даже если отражающая поверхность не является зеркальной.

Дата добавления: 2015-07-20