On

Основные свойства лазерного излучения

Posted by admin


Свойства лазерного излучения

ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В МЕДИЦИНЕ

Спонтанные и вынужденные переходы

Возбужденный атом из состояния Е2может перейти в состояние Е1(Е1<Е2)c испусканием фотона как самопроизвольно (спонтанноеизлучение), так и под действием электромагнитного излучения (индуцированное, или вынужденное излучение).

При спонтанном излучении частота фотона, направление его распространения и фаза могут быть произвольными.

Если на атом, находящийся в состоянии Е2, падает фотон с энергией h v = Е2 – Е1,то этот фотон будет стимулировать процесс высвечивания. Отметим, что фотон не может возбудить атом, т.к. тот уже возбужден, но может вызвать обратный эквивалентный процесс, т.е. снятие возбуждения посредством высвечивания.

Таким образом, при индуцированном переходе электромагнитное поле как бы «сваливает» атом с возбужденного энергетического уровня вниз, на основной или менее возбужденный уровень. Отличительной особенностью этого процесса является то, что падающий фотон и индуцированный фотон вылетают из атома в фазе и движутся в одном и том же направлении, усиливая друг друга (рис.1). Такое излучение называется когерентным.

Рис. 1

С точки зрения волновой оптики явление вынужденного излучения сводится к увеличению интенсивности электромагнитной волны, проходящей через вещество.

Если мы имеем некоторое количество атомов, часть из которых находится в возбужденном состоянии, то всего лишь один — единственный падающий фотон может вызвать высвечивание этих атомов за счет вынужденного излучения. Далее, каждый фотон может стимулировать излучение фотонов из других атомов. В результате вся система излучит энергию возбуждения в виде пучка когерентных фотонов.

В чем состоит выигрыш в таком процессе?

Все возбужденные атомы отдали бы свою энергию в процессе спонтанного излучения. Мы просто стимулировали излучение, которое все равно бы произошло без нашего участия.

Однако, в процессе спонтанного излучения фотоны испускаются в случайных направлениях и с разными фазами. Индуцированное же излучение приводит к тому, что все фотоны испускаются в фазе и почти одновременно.

Обычный источник света не может испустить когерентное индуцированное излучение, т.к. в любой момент времени имеет больше атомов в основном состоянии, чем в возбужденном. Когда фотон пролетает через вещество, то вероятность его поглощения атомом в основном состоянии больше вероятности того, что он стимулирует излучение возбужденного атома.

Таким образом, из-за сильного поглощения эффект усиления индуцированного излучения в обычном источнике света не возникает.

Для преодоления действия поглощения необходимо реализовать ситуацию, когда число возбужденных атомов превышает число атомов в основном состоянии. Это называется инверсной заселенностью (населенностью) уровней.

Одним из способов осуществления инверсной заселенности является накачка атомов через третье возбужденное состояние (рис.2):

С_________________ С__________________

Рис. 2

Здесь состояние А — основное, В и С — возбужденные.

Состояние С возбуждается посредством поглощения фотонов, электрического разряда или столкновения. Оно выбрано так, что после испускания фотона атом оказывается в долгоживущем состоянии В, называемом метастабильным. Переход В ® Адает индуцированное излучение. Фотон с энергией ЕВ — ЕА, попадая в атом, находящийся в состоянии В, стимулирует испускание еще одного фотона, и оба фотона вылетают из атома в фазе.

Лазеры

Лазер (оптический квантовый генератор, аббревиатура от Light Ampflicalion by Stimulated Emission Radiation,что означает « усиление света вынужденным излучением») — устройство, преобразующее различные виды энергии (световую, химическую, тепловую и т.д.) в энергию когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона.

Устройство лазера зависит от его назначения, режима работы, диапазона генерируемых длин волн, уровня генерируемой мощности или энергии. Оно во многом определяется также тем, какой вид энергии преобразуется лазером в когерентное излучение.

Тем не менее, любой лазер, работающий как генератор когерентного излучения, должен состоять из трех элементов:

1. устройства, поставляющего энергию для переработки ее в когерентное излучение;

2. активной среды, которая «вбирает» в себя эту энергию и переизлучает ее виде когерентного излучения;

3. устройства, осуществляющего обратную связь.

В основе работы лазера лежит процесс вынужденного испускания фотонов возбужденными квантовыми системами — атомами, молекулами, жидкостями и твердыми телами.

В качестве примера рассмотрим рубиновый и гелий — неоновый лазеры.

Рубин состоит из оксида алюминия Аl2 O3, содержащего в качестве примеси немного хрома Сr3+, придающего рубину характерный красный цвет.

Рис. 3. Некоторые уровни энергии атомов хрома в кристалле рубина

Энергетические состояния вблизи Е2и Е3являются полосами.Это означает, что состояние атома не связано с какой-то строго определенной энергией, а может иметь энергию в пределах некоторой полосы с центром в Е2 илиЕ3.

Излучение накачки (рис.3.) возбуждает две энергетические полосы Е2 и Е3. Т.к. эти полосы являются достаточно широкими, и белый свет от источника накачки содержит большое количество фотонов с энергиями внутри полос, то произойдет «накачка» этих полос. После этого возникает переход с каждой из этих полос в метастабильное состояние Е1. Лазерным является переход Е1 ® Е0 с излучением в красной части спектра при 693,4 нм.

Для обеспечения направленности излучения кристаллу рубина придается форма цилиндра со строго параллельными торцовыми поверхностями (рис.4.)

Один торец посеребрен, и представляет собой хорошее зеркало. Другой покрыт серебром лишь частично. Индуцированные фотоны отражаются между параллельными зеркалами и накапливаются. Пучок образуется фотонами, которые вылетают через частично отражающий торец цилиндра.

Накачку осуществляет мощная разрядная лампа, навитая в виде спирали вокруг кристалла. Как только в процессе спонтанного перехода Е1® Еообразуется хотя бы один фотон, начинается лазерное действие.

Фотоны, движущиеся параллельно оси цилиндра, отражаются от посеребренных торцов и, повторно пересекая кристалл, стимулируют испускание дополнительных фотонов. Часть этих фотонов проходит через торец с полупрозрачным покрытием и формирует лазерный пучок. Большая часть спонтанно испущенных фотонов излучается под углом к оси цилиндра. Они отражаются внутри кристалла и в конце концов вылетают через боковую поверхность. Такие фотоны не дают вклада в лазерный пучок. Однако число фотонов, которые отражаются между торцами цилиндра, оказывается достаточным для поддержания действия лазера.

Рис. 4. Схема рубинового лазера

Лазер на рубине работает в импульсномрежиме, т.к. непрерывный режим работы приведет к перегреву и кристалл растрескается.

Гелий — неоновый лазер является наиболее распространенным и наименее дорогим современным лазером. Он состоит из двух трубок, соединенных патрубками. Система трубок наполнена смесью гелия с неоном при низком давлении (рис.5).

Рис. 5. Схема гелий — неонового лазера

Первая трубка — лазерная, как и рубиновый лазер, имеет зеркало на одном из торцов и частично отражающее зеркало на другом. Вторая трубка — разрядная — имеет электроды, присоединенные к источнику питания.

Накачка осуществляется по следующей схеме:

Рис.6. Схема накачки гелий-неонового лазера

После включения источника питания в системе возникает газовый разряд. Столкновения электронов с атомами гелия приводят к возбуждению состояния В. Атомы газа находятся в непрерывном движении, и часто сталкиваются. Если атом Нев возбужденном состоянии В сталкивается с атомом в основном состоянии, то энергия атома Не передается атому Nе, который переходит в метастабильное состояние С´. Переход С´ ® В´ является лазерным с испусканием красных фотонов с длиной волны 632,8 нм. Гелий — неоновый лазер, в отличие от рубинового, может работать в непрерывном режиме.

Свойства 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 (рис. 7, а).

2.Коллимированность. Лазерное излучение является коллимированным, т.е. все лучи в пучке почти параллельны друг другу (рис.7, б).На большом расстоянии лазерный пучок лишь незначительно увеличиваетсяв диаметре. Так как угол расходимости φ мал, то интенсивностьлазерного пучка слабо убывает с расстоянием. Это позволяетпередавать сигналы на огромные расстояния при малом ослабленииих интенсивности.

3.Монохроматичность. Лазерное излучение является в высокой степени монохроматическим, т.е. содержит волны практически одинаковойчастоты (ширина спектральной линии составляет ∆λ ≈ 0,01 нм). На рис.7, в приведено схематическое сравнение ширины линии лазерного луча и луча обычного света.

Рис. 7. 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 = 3·10-12 с. Мощность в импульсе равна Р = E/t = 2,5·1013 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 (средняя интенсивность солнечного света вблизи земной поверхностиI = 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/с, 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 = 3,3·109 Па = 33000 атм.

8. Поляризованность. Лазерное излучение полностью поляризовано.

Излучение лазера представляет собой поток летящих почти параллельно одинаковых фотонов. Такое излучение имеет рад весьма важных особенностей. Во-первых, очень малая расходимость лазерного излучения. Если, например, диаметр лазерного пучка 1 см, а длина волны 5х10-5 см, то угол расходимости составляет всего лишь 5х10-5 рад, или 0,003°.

С помощью собирающих линз и зеркал лазерные лучи можно сфокусировать в точку размером 0,5 мкм (для видимого света). При этом угол расходимости уменьшается до 10-7 рад. Если такой луч послать на Луну, то он высветит на её поверхности круг диаметром 30 м.

Во-вторых, лазерное излучение обладает высокой монохромотичностью, т. е. практически излучение имеет одну единственную частоту и соответствующую ей одну единственную длину волны. Это объясняется тем, что у всех фотонов в лазерном пучке одинаковая энергия. Но все же при лазерном излучении наблюдаются флюктуации частоты, за счет того, что некоторая очень небольшая часть атомов дает спонтанное излучение, некогерентное с основным излучением. Поэтому лазерное излучение занимает очень узкую полосу частот, примерно 10-3 Гц.

Третья особенность лазерного излучения состоит в том, что можно в широких пределах управлять длительностью излучения от сколь угодно длительных до сверхкоротких (всего лишь 10-14-10-15 с) импульсных вспышек. Импульсы света такой малой длительности имеют в пространстве ничтожно малую длину и огромную мощность. Современные лазеры излучают в одном импульсе энергию до нескольких тысяч джоулей. Это соответствует мощности, во много раз большей, чем у крупнейших электростанций. Например, если энергия импульса 103 Дж, а его длительность 10-13 с, то мощность равна 103 Дж/10-13 с=1016 Вт=1010 МВт. Огромная мощность лазерного излучения приводит к тому, что вещества, освещенные лазером, могут быть нагреты до весьма высоких температур. Интенсивность сфокусированного лазерного пучка может быть 1020 Вт/см2 и более, и при этом напряженность электрического поля в луче достигает 1011 В/см. Под действием такого сильного поля у многих из веществ происходит ионизация атомов: они расщепляются на электроны и положительные ионы.

40. Оптическое детектирование….

НЕЛИНЕЙНАЯ СРЕДА — среда, в которой распространение света зависит от интенсивности (амплитуды) световой волны. В нелинейной среде не выполняется принцип суперпозиции : волны распространяются не независимо, а взаимодействуют между собой. Вследствие этого в нелинейной среде возбуждаются волны отличающиеся частотами и направлением распространения от падающей волны.

Основные свойства лазерного излучения и их применение

Среда, линейная в обычных условиях, т.е. при обычных интенсивностях света, становится нелинейной, когда напряженность электрического поля световой волны сравнима с внутриатомным электрическим полем Ea…

В сильных лазерных полях поляризация среды P является нелинейной ф-цией напряжённости электрич. поля E световой волны и может быть представлена в виде

где — линейная диэлектрич. восприимчивость среды, — квадратичная и кубичная восприимчивости (для простоты не учитываем тензорный характер восприимчивости и её временную и пространственную дисперсию; см. Нелинейные восприимчивости ).Для сред с квадратичной нелинейностью характерны трёхволновые (трёхчастотные, трёхфотонные) В. с. в., с кубичной нелинейностью -четырёхволновые (четырёхчастотные, четырёхфотонные) взаимодействия и т. д. T. о., нелинейная восприимчивость среды порядка п обусловливает (n+1)-волновые взаимодействия.

Дата публикования: 2015-02-03; Прочитано: 189 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…

Все лазерные системы можно разделить на группы в зависимости от типа используемой активной среды. Важнейшими типами лазеров являются:

  • газовый лазер;
  • газодинамический лазер;
  • твердотельный лазер;
  • полупроводниковый лазер;
  • жидкостный лазер

Активная среда представляет собой совокупность атомов, молекул, ионов или кристалл (полупроводниковый лазер), которая под действием света может приобретать усиливающие свойства.

Газовый лазер

Газовый лазер представляет собой стеклянную трубку, заполненную газовой смесью низкого давления. Перед началом работы производится поджиг молекулы газа ионизуются высоковольтным импульсом. Ионы переводит в возбужденное состояние постоянный электрический ток. Трубка помещена между двумя зеркалами полностью отражающим и полупрозрачным, через которое выводится лазерное излучение. Первый газовый лазер на смеси гелия и неона построил в конце 1960 года американский физик А. Джаван.

Рис. 3. Схема газового лазера (22)

Газодинамический лазер

Газодинамический лазер разновидность лазера газового, напоминающий реактивный двигатель. Сгорающее в нем топливо создает поток горячих газов, ионы и молекулы которых возбуждены нагревом до тысячи с лишним градусов. Поток проходит через сопло и резонатор, где охлаждается и отдает энергию в виде непрерывного излучения мощностью до сотен киловатт.

 

Рис. 4. Схема газодинамического лазера (22)

Твердотельный лазер

Твердотельный лазер работает на искусственно выращенных кристаллах рубина, алюмо-иттриевого граната и на стекле с примесью редкого элемента неодима. Стеклянный или кристаллический стержень вместе с импульсной лампой накачки окружен отражателем и помещен внутрь резонатора между парой зеркал. Энергия световой вспышки превращается в лазерный импульс. Первый лазер на кристалле рубина длиной 1 сантиметр был построен в 1960 году Т. Мэйманом (США).

 

Рис. 5. Твердотельный лазер (23)

 

Полупроводниковый лазер

Полупроводниковый лазер излучает за счет квантовых p-n переходов между зоной проводимости (p) и валентной зоной (n). Излучающая область лазера исключительно мала ≈ порядка 10-11 сантиметра (длина около 1 мм, толщина порядка 2 мкм), но энергия излучения достигает 10 Вт. Наиболее распространенным материалом для этих лазеров служит арсенид галлия GaAs. Первый полупроводниковый лазер построил американский физик Р. Холл в 1962 году.

 

Рис. 6. Полупроводниковый лазер (22)

Жидкостный лазер

Жидкостные лазеры работают на растворах органических красителей и на неорганических жидкостях, налитых в кювету. Они способны перестраивать длину волны излучения в широких пределах и могут работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Накачка производится либо мощными лампами, либо лазерным излучением. Нагревающаяся в процессе работы жидкость прокачивается через холодильник. Лазеры на неорганических жидкостях по своим параметрам сходны с твердотельными лазерами. Первый лазер на красителях был построен в 1966 году.

Основные свойства лазерного излучения и их применение

Рис. 7. Жидкостный лазер (23)

Частота — лазерное излучение

Cтраница 2

Аналогично рассеянию в режиме Ми, используемому в лазерной доплеровской анемометрии, частота света, рассеянного в режиме рэлеевского рассеяния, несколько отличается от частоты лазерного излучения из-за движения молекул газа и взвешенных частиц. Поскольку молекулы совершают хаотическое движение, в конечном итоге ширина спектральной линии рассеянного света определяется скоростью хаотического движения и, следовательно, температурой ( и плотностью) молекул. Кроме того, если молекулы газа ( или аэрозольные частицы) все вместе совершают направленное движение, можно определить средний доплеровский сдвиг, что позволяет найти скорость потока.  [16]

Ттуш — эффективное время релаксации рассеяния; L — расстояние от зондируемого объекта; t ( L) — геометрический фактор, характеризующий переналожение входящего и выходящего пучков; T ( L), T2 ( L) — пропускание атмосферы на пути L для частоты YI лазерного излучения и частоты V2 рассеянного излучения соответственно.  [17]

Если частота лазерного излучения не совпадает с частотой перехода, то противоположные волны взаимодействуют в ячейке с различными атомами или молекулами, имеющими противоположные по знаку проекции скорости. Если частота лазерного излучения совпадает с частотой перехода, то обе волны взаимодействуют с одной группой частиц. Вследствие нелинейности поглощения насыщающей волны она влияет на пропускание пробной волны. Поэтому на частоте перехода поглощение пробной волны уменьшается.  [18]

Направим на этот газ пучок лазерного излучения. Подберем частоту лазерного излучения таким образом, чтобы опа была в резонапсе с определенным разрешенным переходом в спектре тех атомов А, которые движутся в определенном направлении, например в направлении распространения излучения.  [19]

Точность выполняемых измерений распределенными ПВОД данного типа, главным образом ограничивается нелинейностью процесса модуляции частоты излучения лазера, нестабильностью частоты генерации лазера и фазовыми шумами в измерительной системе. Как правило, нелинейность модуляции частоты лазерного излучения определяется характеристиками генератора пилообразного напряжения и нелинейностью отклика частоты лазера на изменение амплитуды тока инжекции. Поэтому для уменьшения величины ошибки определения координаты внешнего воздействия целесообразно производить усреднение результатов определения частоты биений интерференционного сигнала по нескольким периодам.  [21]

Таким образом, существует связь между порядками квазисинхронизма для одновременной генерации различных гармоник лазерного излучения в кристаллах с ПДС. Это позволяет создавать многочастотные преобразователи частоты лазерного излучения в оптические гармоники, что может найти ряд интересных применении, в частности, для создания источника электромагнитных волн оптического диапазона.  [22]

Поскольку методы пространственного управления лучом ОКГ для различных типов лазеров в основных чертах между собой сходны, нам нет нужды рассматривать их отдельно в применении к полупроводниковому ОКГ. Специфическими для ПКГ являются методы управления интенсивностью или частотой лазерного излучения, и на них мы остановимся более подробно.  [23]

Ценность этих явлений для лазерной техники обусловлена тем, что удвоение частоты лазерного излучения или смешивание излучений двух лазеров в нелинейной среде позволяет получать мощный поток когерентного света в области спектра, отличной от исходной. Например, удвоение частоты излучения лазеров на красителях, генерирующих в видимой области спектра ( см. § 231), обеспечивает когерентное излучение с плавной перестройкой частоты в ультрафиолетовой области.

Основные характеристики лазерных излучений. Классификация лазеров.

Дело в том, что приемники инфракрасного излучения значительно уступают по чувствительности и инерционности приемникам, применяемым в видимой и ультрафиолетовой областях. В инфракрасной области очень плохо разработана фотография. Смешивание же излучения, например, с Я, 4 мкм и 0 694 мкм ( рубиновый лазер) дает желтый свет с длиной волны 0 591 мкм, который можно регистрировать и визуально, и фотографически, и с помощью фотоумножителя. Таким способом удается регистрировать даже слабое тепловое излучение.  [24]

Ценность этих явлений для лазерной техники обусловлена тем, что удвоение частоты лазерного излучения или смешивание излучений двух лазеров в нелинейной среде позволяет получать мощный поток когерентного света в области спектра, отличной от исходной. Например, удвоение частоты излучения лазеров на красителях, генерирующих в видимой области спектра ( см. § 231), обеспечивает когерентное излучение с плавной перестройкой частоты в ультрафиолетовой области. Дело в том, что приемники инфракрасного излучения значительно уступают по чувствительности и инерционности приемникам, применяемым в видимой и ультрафиолетовой областях. В инфракрасной области очень плохо разработана фотография. Смешивание лее излучения, например, с А 4 мкм и 0 694 мкм ( рубиновый лазер) дает желтый свет с длиной волны 0 591 мкм, который можно регистрировать и визуально, и фотографически, и с помощью фотоумножителя. Таким способом удается регистрировать даже слабое тепловое излучение.  [25]

Проведенное выше рассмотрение, а также сделанные оценки ( последние носят оптимистический характер) проведены без учета замедления атомов и, тем самым, без учета изменения допле-ровского сдвига частоты. Для компенсации изменения скорости атомов необходимо синхронно с замедлением атомов изменять частоту лазерного излучения, что представляет собой значительную трудность для практической реализации процесса охлаждения атомов.  [26]

Выше уже говорилось об относительных знаках нелинейных оптических коэффициентов, которые ответственны за преобразование частоты лазерного излучения. От знаков этих коэффициентов зависит выход второй гармоники.  [27]

За последние несколько лет были синтезированы и достаточно подробно исследованы сегнетоэлектрические монокристаллы ниобатов и танталатов щелочноземельных металлов, обладающие высокими электрооптическими, пьезоэлектрическими, пироэлектрическими и нелинейными свойствами. Физические свойства этих кристаллов обусловливают возможности их широкого применения в приборах для модуляции, отклонения и преобразования частоты лазерного излучения, а также в параметрических генераторах света. Кристаллы этого класса соединений имеют нелинейные и электрооптические коэффициенты, намного превышающие коэффициенты других кристаллов. Достаточно сказать, что на кристаллах ниобата бария-натрия достигнуто 100 % — ное преобразование излучения с длиной волны К 1 06 мкм в излучение с К 0 53 мкм, а кристаллы твердого раствора ниобата бария-стронция имеют величину полуволнового напряжения 80 В, что в 40 раз меньше, чем у ниобата лития и танталата лития, и в 100 раз меньше, чем у широко применяемых кристаллов гидрофосфата калия.  [28]

В этом методе неселективно образованные ионы всех изотопов ( например, путем поверхностной ионизации) ускоряются заданным потенциалом, так что ионы различных изотопов приобретают различную скорость, затем перезаряжаются в атомы и уже после изотопически-се-лективно ионизируются при коллинеарном облучении пучка ускоренных атомов. Изменяя ускоряющее напряжение, можно было настраивать за счет эффекта Доплера частоту резонансного поглощения атома в резонанс с частотой лазерного излучения на первой ступени возбуждения.  [29]

Если на контакты подать напряжение, то возникающее электрическое поле заставляет электроны и дырки двигаться навстречу друг другу, встречаться и ре-комбинировать в пространстве между контактами. Важной особенностью полупроводникового лазера является его экономичность ( почти 100 % — ная эффективность преобразования электрической энергии в световую), а также возможность плавного изменения частоты лазерного излучения за счет изменения температуры и других условий эксперимента.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

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 (Zn (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.

Основные характеристики лазерных излучений. Классификация лазеров.

«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 ЕИ (Дж), мощностью Р (Вт), плотностью энергии WС (Дж/см2) и мощности WР (Вт/см2);

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

— источник излучения характеризуется излучательной способностью RЭ (Вт), энергетической силой излучения IЭ (Вт/ср), энергетической яркостью Lе (Вт/м2);

— приемник излучения характеризуется облученностью (энергетической освещенностью) Ее (Вт/м2) и энергетическим количеством освещения Не (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».

Предыдущая143144145146147148149150151152153154155156157158Следующая

Дата добавления: 2015-03-19; просмотров: 970;

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

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 (Zn (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).

Свойства лазерного излучения

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 ЕИ (Дж), мощностью Р (Вт), плотностью энергии WС (Дж/см2) и мощности WР (Вт/см2);

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

— источник излучения характеризуется излучательной способностью RЭ (Вт), энергетической силой излучения IЭ (Вт/ср), энергетической яркостью Lе (Вт/м2);

— приемник излучения характеризуется облученностью (энергетической освещенностью) Ее (Вт/м2) и энергетическим количеством освещения Не (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».

Предыдущая143144145146147148149150151152153154155156157158Следующая

Дата добавления: 2015-03-19; просмотров: 971;

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *