Лазерное излучение

Лазеры  на монооксиде углерода. Требуют дополнительного охлаждения, однако имеют большую мощность — до 500 кВт

Эксимерные газовые лазеры, дающие ультрафиолетовое излучение. Используются при производстве микросхем(фотолитография) и в установках коррекции зрения. F2 (157 нм), ArF (193 нм), KrCl (222 нм), KrF (248 нм), XeCl (308 нм), XeF (351 нм)

Твердотельные лазеры

рубиновые (694 нм), александритовые (755 нм), массивы импульсных диодов (810 нм), Nd:YAG (1064 нм), Ho:YAG (2090 нм), Er:YAG (2940 нм). Используются в медицине.

Алюмо-иттриевые твердотельные лазеры с неодимовым легированием (Nd:YAG) — инфракрасные лазеры большой мощности, используемые для точной резки, сварки и маркировки изделий из металлов и других материалов

Кристаллические лазеры с иттербиевым легированием, такие как Yb:YAG, Yb:KGW, Yb:KYW, Yb:SYS, Yb:BOYS, Yb:CaF2, или на основе иттербиевого стекловолокна; обычно работают в диапазоне 1020—1050 нм; потенциально самые высокоэффективные благодаря малому квантовому дефекту; наибольшая мощность сверхкоротких импульсов достигнута на Yb:YAG-лазере. Волоконные лазеры с иттербиевым легированием обладают рекордной непрерывной мощностью среди твердотельных лазеров (десятки киловатт)

алюмо-иттриевые с эрбиевым легированием, 1645 нм

алюмо-иттриевые с тулиевым легированием, 2015 нм

алюмо-иттриевые с гольмиевым легированием, 2096 нм, Эффективный ИК-лазер, излучение поглощается влажными материалами толщиной менее 1 мм. Обычно работает в импульсном режиме и используется в медицине.

Титан-сапфировые лазеры. Хорошо перестраиваемый по длине волны инфракарасный лазер, используемый для генерации сверхкоротких импульсов и в спектроскопии

Лазеры  на эрбиевом стекле, изготавливаются из специального оптоволокна и используются как усилители в оптических линиях связи.

Микрочиповые лазеры. Компактные интегрированные импульсные твердотельные лазеры, наиболее широко используются в сверхъярких лазерных указках 

Полупроводниковые лазерные диоды 

Самый распространенный тип лазеров: используются в лазерных указках, лазерных принтерах, телекоммуникациях и оптических носителях информации(CD/DVD). Мощные лазерные диоды используются для накачки  современных твердотельных лазеров.

Лазеры  с внешним резонатором (External-cavity lasers), используются для создания этиловом

Лазеры  с квантовым каскадом спирте или этиленгликоле. Позволяют осуществлять пререстройку длины волны излучения в диапазоне от 350 нм до 850 нм (в зависимости от типа красителя). Применение - спектроскопия, медицина (в т.ч. фотодинамическая терапия), фотохимия. высокоэнергетических импульсов

Лазеры  на красителях Тип лазеров, использующий в качестве активной среды раствор  органических красителей

Лазеры  на свободных электронах.

Расшифровка обозначений

YAG —  алюмо-иттриевый гранат

KGW —  калий-гадолиниевый вольфрамат

YLF — фторид  иттрия-лития 

     При размещении в одном помещении  нескольких лазеров следует исключить  возможность взаимного облучения  операторов, работающих на различных  установках. Не допускаются в помещения, где размещены лазеры, лица, не имеющие  отношения к их эксплуатации. Запрещается  визуальная юстировка лазеров без  средств защиты.

     Для удаления возможных токсических  газов, паров и пыли оборудуется  приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением. Для защиты от шума принимаются  соответствующие меры звукоизоляции  установок, звукопоглощения и др.

     Методы  защиты от лазерного  излучения

     К организационным защитным мероприятиям относятся:

• Организация рабочих мест с определением всех необходимых защитных мероприятий и учетом специфики конкретных обстоятельств использования лазерных установок;
• Обучение персонала и контроль знаний правил техники безопасности;
• Организация медицинского контроля и т.д.

     Технические мероприятия и средства защиты подразделяются на коллективные и индивидуальные. Коллективные включают в себя:

• Средства нормализации внешней среды;
• Автоматические системы управления технологическим процессом;
• Использование предохранительных устройств, приборов, различных ограждений лазерно-опасной зоны;
• Использование телеметрических и телевизионных систем наблюдения;
• Применение заземления, зануления, блокировки и т.д.

 

Воздействие лазерного излучения на организм человека.

     Лазерное  излучение представляет собой вид  электромагнитного излучения, генерируемого  в оптическом диапазоне длин волн 0,1…1000 мкм. Отличие его от других видов излучения заключается  в монохромности, когерентности  и высокой степени направленности. Благодаря малой расходимости луча лазера плотность потока мощности может  достигать 10¹⁶…10¹⁷ Вт/м².

     Лазерное  излучение представляет особую опасность  для тканей, максимально поглощающих  излучение. Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза, а также  способность оптической системы  глаза многократно увеличивать  плотность энергии(мощность) излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона (780<λ<1400 нм) на глазном дне по отношению к роговице делают глаз наиболее уязвимым органом.

     При повреждении появляется боль в глазах, спазм век, слезотечение, отек век  и глазного яблока, помутнение сетчатки, кровоизлияние.  Клетки сетчатки после  повреждения не восстанавливаются.

     Ультрафиолетовое  излучение вызывает фотокератит, средневолновое  инфракрасное излучение(1400<λ<3000 нм) может вызвать отек, катаракту и ожог роговой оболочки глаза; дальнее ИК – излучение (3000<λ<10⁶ нм) – ожог роговицы.

     Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любой длинны волны в спектральном диапазоне 180…100000 нм. Характер поражения кожи аналогичен термическим ожогам. Степень тяжести повреждения кожи, а в некоторых случаях и всего организма, зависит от энергии излучения, длительности воздействия, площади поражения, ее локализации, добавления вторичных источников воздействия (горение, тление). Минимальное повреждение кожи развивается при плотности энергии 1000…10000 Дж/м².

     Лазерное  излучение дальней инфракрасной области (>1400 нм) способно проникать  через ткани тела на значительную глубину, поражая внутренние органы (прямое лазерное излучение).

     Длительное  хроническое действие диффузно отраженного  лазерного излучения нетепловой интенсивности может вызывать неспецифические, преимущественно вегетативно –  сосудистые нарушения; функциональные сдвиги могут наблюдаться со стороны  нервной, сердечно – сосудистой системы, желез внутренней секреции. Работающие жалуются на головные боли, повышенную утомляемость, раздражительность, потливость. 

     Способы устранения или уменьшения лазерного излучения.

Способы защиты персонала от лазерного излучения  подразделяются на коллективные и индивидуальные.

Коллективные  средства защиты от лазерного излучения  включают:

• защитные экраны (или кожухи), препятствующие попаданию лазерного излучения на рабочие места (экраны по возможности должны поглощать излучения основной длины волны и оставаться прозрачными на остальном участке спектра);
• размещение пульта управления лазерной установкой в отдельном помещении с телевизионной или другой системой наблюдения за ходом процесса;
• экранирование света импульсных ламп накаливания и ультрафиолетового излучения газового разряда; системы блокировок и сигнализации, предотвращающие доступ персонала во время работы лазера в опасную зону;
• окраску внутренних поверхностей помещений, а также находящихся в них предметов (за исключением специальной аппаратуры) в матовый цвет с минимальным коэффициентом отражения, обеспечивающим максимальное рассеяние света на длине волны излучения (стены рекомендуется окрашивать до потолка; двери окрашивают под цвет стен; перегородки делают из непроницаемого для лазерного излучения материала).

При использовании  лазеров открытого типа (в том  числе в цеховых, полевых и  других условиях) для предотвращения облучения персонала и других лиц применяют следующие средства коллективной защиты:

• ограждение (маркировку) лазерноопасной зоны;
• экранирование открытого луча лазера;
• вынесение пульта управления из лазерноопасной зоны.

Ограждения и  экраны должны быть огнестойкими и  при повышении температуры (в  результате воздействия излучения  лазера) не выделять токсических веществ.

На рабочем  месте должна быть схема с указанием  лазерноопасной зоны, размеры которой определяют расчетным или экспериментальным методом.

К средствам  индивидуальной защиты (СИЗ) от лазерного излучения относятся:

• специальные противолазерные очки, щитки, маски;
• технологические халаты из хлопчатобумажного или бязевого материала светло-зеленого или голубого цвета и перчатки (применяются в тех случаях, когда существует опасность воздействия лазерного излучения на кожу).

Средства индивидуальной защиты должны входить в комплекс мероприятий по обеспечению безопасных условий труда только в тех  случаях, когда другие способы защиты (коллективные) не позволяют обеспечить безопасное ведение работ на лазерных установках.

При совмещении системы наблюдения с оптической системой лазера необходимо применять  автоматические затворы или светофильтры, защищающие глаза оператора в  момент генерации излучения. Запрещается  в момент генерации излучения  осуществлять визуальный контроль попадания  луча в мишень без применения соответствующих  средств защиты, а также направлять луч на глаза человека или другие части тела.

Глаза от лазерного  излучения можно защитить путем  использования специальных противолазерных  фильтров (очков). Оптическая плотность  светофильтров характеризуется  уровнем затемнения, являющимся величиной, обратной показателю прозрачности материала. 
 
 

                   Средства защиты.

     К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при  работе с лазерами, относятся специальные  очки, щитки, маски, обеспечивающие снижение облучения глаз до ПДУ.

     Средства  индивидуальной защиты применяются  только в том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить требования санитарных правил. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Заключение.

     Лазеры решительно и притом широким фронтом вторгаются в нашу

действительность. Они необычайно расширили наши возможности  в самых различных областях - обработке металлов, медицине, измерении, контроле, физических, химических и биологических исследованиях. Уже сегодня лазерный луч овладел множеством полезных и интересных профессий. Во многих случаях использование лазерного луча позволяет получить уникальные результаты. Можно не сомневаться, что в будущем луч лазера подарит нам новые возможности, представляющиеся сегодня фантастическими.

     Мы уже начали привыкать, что “лазер все может”. Подчас это мешает трезво

оценить реальные возможности лазерной техники на современном этапе ее

развития. Неудивительно, что чрезмерные восторги по поводу возможностей

лазера иногда сменяются некоторым охлаждением  к нему. Все это, однако, не

может замаскировать  основной факт - с изобретением лазера человечество

получило в  свое распоряжение качественно новый, в высокой степени

универсальный, очень эффективный инструмент для  повседневной,

производственной  и научной  деятельности. С годами этот инструмент будет все

более совершенствоваться, а вместе с этим будет непрерывно расширяться и

область применения лазеров. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список литературы.

• И.И. Кондиленко, П.А. Коротков, А.И.Хижняк: “Физика лазеров” Вища школа-84г
• С.Д. Транковский: “Книга о лазерах” 88г.
• О.Ф. Кабардин “Физика. Справочные материалы” М-91г.
• “Физический энцеклопедический словарь” 84г.
• Григорьянц А.Г. , Соколов А.А. Лазерная техника и технология 1988г. -191с.