Импульсный режим работы лазера можно реализовать

• Непрерывные лазеры
• Импульсные лазеры
• Типы импульсных лазеров по длительности импульса
• Квази лазер
• Применение импульсных и непрерывных лазеров
• Лазерная очистка импульсным и непрерывным лазером
• Лазерная резка импульсным и непрерывным лазером
• Лазерная сварка импульсным и непрерывным лазером
• Отличия непрерывного и импульсного лазеров

Лазеры всех типов могут работать с помощью одного из двух режимов: лазерные лучи могут быть импульсными и непрерывными. Импульсный лазер также делится на:

• миллисекундный; 
• микросекундный;
• наносекундный; 
• пикосекундный;
• фемтосекундный;
• аттосекундный лазер.

Непрерывные лазеры

В лазерах с непрерывной волной существует постоянный поток энергии, то есть он постоянно излучает один непрерывный лазерный луч. Самый распространенный пример — непрерывный луч лазерной указки. Лазеры непрерывной волны обычно используются для лазерной резки, сварки и очистки.

Интенсивность светового потока (энергии) постоянна во времени и характеризуется количеством генерируемой мощности в ваттах (Вт). Примером непрерывного лазера является лазерная указка, которая излучает непрерывный луч видимого света малой мощности. Но они могут быть и очень мощными до 1000 Вт.

 

Рис. 1. Непрерывный луч лазерной указки

Проектирование регулируемого непрерывного лазера включает дополнительный фильтрующий элемент в резонаторе — обычно двулучепреломляющий фильтр (фильтр Лиота). 

Двулучепреломляющий фильтр необходим для: 

• Сужения полосы пропускания и, вращая фильтр, обеспечивает плавную перестройку. 
• Фильтра также используется в качестве заводской настройки для фиксации длины волны на точном значении, когда широкополосные лазеры должны быть предварительно настроены на определенную длину волны в зависимости от применения. Это обычно происходит с полупроводниковыми лазерами с оптической накачкой (OPSL), которые могут быть настроены на нужную длину волны в пределах их рабочего диапазона от 5 до 10 нм.

При использовании непрерывных лазеров в большинстве случаев требуется, чтобы мощность была как можно более стабильной в течение длительного времени, а также в течение короткого времени (микросекунды), в зависимости от конкретного применения. Для обеспечения стабильности, в том числе в условиях изменяющихся условий окружающей среды, таких как температура, вибрация и изменение параметров самого лазера, применяются микропроцессорные контуры управления. Например, Nd-лазер с диодной накачкой будет иметь сервоприводы для регулировки температуры и выходной мощности диодов накачки для поддержания стабильной выходной мощности резонатора. Кроме того, другие сервоприводы могут контролировать идеальное выравнивание зеркал резонатора.

 

Рис. 2. Параметры излучения лазерного света

Импульсные лазеры 

В импульсных лазерах луч прерывается через определенные промежутки времени, чтобы энергия могла накопиться и достичь более высокой пиковой мощности, чем в лазерах с непрерывной волной. Лазерный луч выпускается в виде импульсов, которые имеют определенную длительность. Такая высокая плотность энергии необходима для многих применений, таких как точечная сварка и гравировка.

Импульсные лазерные устройства производят импульсы длительностью от 0,5 до 500 нс. Данный режим работы лазера применяется для научных экспериментов и производственных процессов, связанных с абляцией или другими видами обработки материалов. Наиболее важной характеристикой наносекундного импульсного лазера является способность очень быстро «накапливать» и высвобождать энергию, т.е. в наносекундном масштабе лазерный выход может достигать пиковой мощности от десятков киловатт до мегаватт. Именно такая высокая пиковая мощность позволяет проводить абляционную обработку материалов. Кроме того, высокая пиковая мощность позволяет осуществлять оптические нелинейные процессы, основанные на взаимодействии более чем одного фотона с веществом.

Пиковая мощность = энергия одиночного импульса / длительность импульса; Средняя мощность = энергия одиночного импульса частота повторения.

Импульсные лазеры функционируют в различных режимах. В режиме свободной генерации импульс ла­зерного излучения появляется под действием импульса накачки в его начале и прекращается на его спаде. Поэтому длительность лазерного излучения в значи­тельной степени определяется длительностью импуль­са накачки. Лазеры с относительно большой продол­жительностью жизни возбужденного уровня могут ра­ботать в режиме с модуляцией добротности резонато­ра.

Рис. 3. Лазер с модуляцией добротности

Работа импульсного лазера существенно отличается от работы непрерывного. Чтобы создать и произвести каждый импульс, свет успевает совершить очень мало круговых оборотов в резонаторе лазера, и простой двухзеркальный резонатор на основе частично пропускающего зеркала не может производить такие энергичные и короткие импульсы. Ключом к получению таких энергичных импульсов является сохранение энергии накачки в атомах или молекулах излучающей среды путем предотвращения лазерного усиления.

Длительность импульса зависит от нескольких параметров: типа среды усиления и количества энергии, которое она может накопить, длины резонатора, частоты повторения импульсов и энергии накачки. Лазеры с модуляцией добротности, обычно используемые в промышленности, могут производить среднюю мощность до десятков или сотен ватт и частоту повторения до 10 Гц или до 200 кГц. Большинство промышленных процессов происходит в режиме от килогерца до десятков килогерц.

Типы импульсных лазеров по длительности импульса

Импульсные лазеры делятся на несколько категорий в зависимости от длительности их импульсов.

Для управления количеством импульсов в секунду используется модулятор. Каждый импульс имеет точную длительность, называемую длительностью импульса, длиной импульса или шириной импульса. Длительность импульса — это время между началом и концом импульса.

Для импульса лазерных лучей используется несколько методов модуляции: q-переключение, переключение усиления и блокировка мод — вот некоторые примеры. Чем короче импульс, тем выше энергетический пик. Наиболее распространенные единицы, используемые для выражения длительности импульса:

Миллисекунды (одна тысячная секунды) — самые длинные единицы времени, используемые для выражения длительности импульса, и, следовательно, имеют самые низкие энергетические пики. Например, импульсы лазерной эпиляции могут составлять от 5 мс до 60 мс в зависимости от толщины волос.

Микросекунды (одна миллионная доля секунды), вероятно, наименее распространенная длительность импульса. Они могут использоваться для обработки материалов, но следующие длительности импульса используются чаще, поскольку они обеспечивают большую точность. Микросекундные лазеры также могут использоваться для таких задач, как спектроскопия и удаление волос.

Наносекунды (одна миллиардная доля секунды) — очень распространенная длительность импульса, используемая в таких приложениях, как лазерная обработка материалов, измерение расстояний и дистанционное зондирование. Laserax, например, использует наносекундные волоконные лазеры для лазерной маркировки, очистки, текстурирования и гравировки.

Пикосекунды (одна триллионная доля секунды) и фемтосекунды (одна квадриллионная доля секунды) — самые короткие длительности импульсов, поэтому используются термины «ультракороткие импульсы» и «сверхбыстрые лазеры». Эти лазеры обеспечивают наиболее точные результаты и имеют наименьшие зоны теплового воздействия. Это предотвращает нежелательное плавление и позволяет делать очень точные гравировки. Они используются в обработке материалов, медицине (например, в глазной хирургии), микроскопии, измерениях и телекоммуникациях.

 

Рис. 4. Импульсный излучатель (источник) JPT LP 30 W

Главным преимуществом импульсной генерации является возможность достижения максимальной пиковой мощности. Если в непрерывном режиме твердотельные лазеры достигают показателя мощности генерации в 1 – 3 кВт, то средняя мощность импульсного лазера достигает 10 кВт при работе в режиме свободной генерации и при длительности импульса 10-3 — 10-4с. Это открывает большие возможности в промышленности, медицине и других сферах применения лазерных технологий.

Оптимальным методом импульсной генерации является модуляция добротности резонатора. Для этих целей в резонатор вносятся дополнительные оптические потери, вследствие чего происходит накопление мощности в импульсе. Наиболее распространенными импульсными лазерами являются волоконные и неодимовые (на кристалле иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами неодима). Также широко используются полупроводниковые лазеры.

Квази лазер

Квази лазеры стоят между непрерывными волоконными лазерами киловаттного класса и импульсными лазерами с модуляцией добротности. Они очень похожи на волоконные лазеры киловаттного класса с одним существенным отличием: их пиковая мощность во время импульса до десяти раз выше их же средней мощности в чисто непрерывном режиме работы

Рис. 5. Квазинепрерывный режим

Применение импульсных и непрерывных лазеров

Лазерная очистка импульсным и непрерывным лазером 

Импульсное оборудование для очистки деликатнее обрабатывает поверхность, при этом имеет большую цену и медленнее скорость очистки. Лазер непрерывного действия способен удалить более серьезные загрязнения, но при этом может нанести незначительный урон материалу, например счищая слой ржавчины, снять небольшой слой заготовки.

Рис. 6. Процесс импульсной очистки 

Лазерная резка импульсным и непрерывным лазером 

Резать материал можно как импульсным, так и непрерывным лазерным оборудованием для резки. Непрерывный режим чаще всего применяется для резки стандартного контура металла и пластика толщиной от миллиметра до сантиметра.

Для вырезания отверстий и получения точных контуров используются низкочастотные импульсные лазеры

Импульсно-периодическое излучение целесообразно в тех случаях, когда необходима прецизионная резка или когда нужно получить пазы и щели (сквозные и несквозные) малых размеров и высокой точности.

Рис. 7. Высокомощная лазерная резка YAG

Лазеры непрерывного действия на СО2 применяют для лазерной резки, при которой в зону воздействия лазерного луча подается струя газа. Газ выбирают в зависимости от вида обрабатываемого материала. 

При резке дерева, фанеры, пластиков, бумаги, картона, текстильных материалов в зону обработки подается воздух или инертный газ, которые охлаждают края реза, препятствуют горению материала и расширению реза.

При резке большинства металлов, стекла, керамики струя газа выдувает из зоны воздействия луча расплавленный материал, что позволяет получать поверхности с малой шероховатостью и обеспечивает высокую точность реза. 

При резке железа, малоуглеродистых сталей и титана в зону нагрева подается струя кислорода. 

Лазерная сварка импульсным и непрерывным лазером 

 Для сварки используют твердотельные и газовые лазеры импульсного и непрерывного действия. При непрерывном излучении длительность определяется временем экспонирования, а при импульсном — длительностью импульса. 

Скорость сварочного оборудования с непрерывным излучением в несколько раз превышает скорости традиционных способов сварки плавлением. Непрерывным лазерным лучом стальной лист сваривается со скоростью 100 м/ч за 1 проход при ширине шва в 5 мм.

Основные параметры режима импульсной лазерной сварки — это энергия и длительность импульсов, диаметр сфокусированного излучения, частота следования импульсов, положение фокального пятна относительно поверхности свариваемых деталей. Однако лазерная сварка с импульсным излучением по скорости сопоставима с традиционными способами сварки.

При работе в импульсном режиме существенный недостаток твердотельного лазера — низкий КПД (0,01…2,0%). Более высокую мощность и больший КПД обеспечивают лазеры, работающие в непрерывном режиме.

Рис. 8. Импульсная и лазерная сварка 

Отличия непрерывного и импульсного лазеров

Лазеры определяются типом среды, которую они используют, например, газ, краситель, твердотельный или эксимерный. Разница между лазером с непрерывной волной (cw) и импульсным лазером с модуляцией добротности характеризуется длиной и продолжительностью лазерного излучения.

Лазер с непрерывной волной работает со стабильной или непрерывной выходной мощностью. Выходная мощность непрерывного лазера обычно измеряется в ваттах. Лазер с модуляцией добротности обычно классифицируется как импульсный лазер, поскольку его выходной сигнал характеризуется импульсами энергии, которые возникают с определенной частотой следования импульсов. Внутри резонатора лазера с модуляцией добротности находится нелинейный кристалл, известный как переключатель добротности, который не допускает никакого высвобождения лазерного излучения до его открытия. Это означает, что в лазере с модуляцией добротности накапливается энергия, которая затем высвобождается при открытии модулятора добротности, и это может привести к очень сильному лазерному импульсу. Эти импульсы обычно имеют длительность импульса 1-5 нс (в зависимости от конструкции резонатора) и имеют пиковую мощность в диапазоне мегаватт.

 

Способ классификации	Категория лазера	Особенности
Классификация по режиму работы	Непрерывный лазер	Возбуждение рабочего материала и соответствующий лазерный выход может осуществляться непрерывно в большом диапазоне времени
Импульсный лазер	Он относится к лазеру с длительностью одного лазерного импульса менее 0,25 секунды и работает только один раз с определенным интервалом. Он имеет большую выходную пиковую мощность и подходит для лазерной маркировки, резки и ранжирования.
Классификация по длительности импульса	Миллисекундный лазер (MS)	10-3S
Микросекундный лазер (US)	10-6S
Наносекундный лазер (NS)	10-9S
Пикосекундный лазер (PS)	10-12S
Фемтосекундный лазер (FS)	10-15S

Лазеры непрерывного действия могут быть только с лазерной накачкой, импульсные — с лазерной или ламповой. Однако каждый такой лазер включает два — для накачки ( например, аргоновый) и для генерации.

Импульсные Nd:YAG лазеры работают только в импульсном режиме, диодные лазеры работают в непрерывном режиме, а волоконные лазеры могут работать как в импульсном, так и в непрерывном режиме.

Некоторые материалы — например, возбужденные димеры (или «эксимеры») инертного газа с галогеном, такие как ArF и XeCl — поддерживают лазерное излучение только в течение короткого периода в несколько наносекунд. Другие лазеры, например Nd- или Yb-лазеры с диодной накачкой (DPSS), могут работать как в постоянном, так и в импульсном режиме. Лазерные диоды или OPSL, вообще не подходят для импульсных операций. 

Отличить лазер с непрерывной волной от лазера с модуляцией добротности несложно. Однако в конечном итоге именно тип работы и материал будут определять, какой из них подойдет лучше всего.

Применяют модуляторы двух типов пассивные и активные. Пассивный модулятор добротности представляет собою кювету с раствором красителя, например фталоцианинового, просветляющегося по мере прохождения через него света, что приводит к генерации мощного импульсного излучения (десятки мегаватт). Спустя несколько десятков наносекунд прекращается генерация поглощение света вновь возрастает. Такой модулятор недостаточно стабилен, и момент начала генерации трудно контролировать, что приводит к нестабильности энергии генерации, хотя с помощью пассивного модулятора можно получить одномодовый режим работы лазера.
 [c.45]

Лазер на рубине. Рабочим веществом является рубин, активными центрами — ионы хрома. Линия генерации имеет X ж 0,69 мкм, к. п. д. 1%, режим работы — импульсный, энергия в импульсе до 500 Дж.
 [c.341]

Технические параметры установки позволяют получать вакуумно-плотные швы при точечно-шовной сварке со скоростью до 30 мм/мин. Применяемый в данной установке лазер имеет следующие характеристики активный элемент — стекло с неодимом номинальная энергия излучения 10 Дж, режим работы импульсный, с частотой следования 1 Гц стабильность»энергии излучения при этом 5%.
 [c.306]

Основную группу лазеров на твердых телах составляют лазеры на ионных кристаллах и стеклах. Основной метод возбуждения таких лазеров — оптическая накачка, наиболее характерный режим работы — импульсный. При этом, конечно, выбор исходных уравнений и численных значений величин для расчета существенно зависит от длительности импульсов накачки, гене рации и частоты их следования. Основные схемы расчета лазеров на твердых телах в настоящее время можно считать достаточно хорошо разработанными [10, 12, 27, 75, 89—92]. Твердотельные лазеры, наиболее важными и типичными представителями Которых являются лазеры на рубине и активированных неодимом стеклах, возникли одними из первых. Их разработка, исследование и расчет продолжается уже свыше четверти века и многие проблемы можно считать решенными, а методы расчета хорошо разработанными. Однако формулировки общих задач и методов расчета на современном этапе развития представляются более сложными, чем в случае электроразрядных лазеров на газах.
 [c.176]

Импульсный режим работы твердотельных лазеров задается системой накачки активной среды. Форму импульса и модовую структуру выходного излучения определяет оптическая схема лазера.
 [c.45]

Наиболее распространенным является импульсный режим работы рубинового лазера. Лампа-вспышка дает импульс света длительностью 10″ с. Длительность когерентного импульса, излучаемого лазером, несколько короче. Это связано, во-первых, с тем, что требуется некоторое время, чтобы заселенность уровня -г достигла порогового значения, после чего лазер начинает генерировать. Во-вторых, с тем, что генерация лазера прекращается, когда интенсивность вспышки лампы понижается настолько, что ее становится уже недостаточно для поддержания заселенности выше пороговой. Сам лазерный импульс имеет сложную структуру и состоит из множества отдельных импульсов длительностью до 10 с, следующих друг за другом с интервалом —10″ с. Мощность рубинового лазера в импульсе может достигать десятков кВт при длине стержня в 20—30 см и диаметре 1,5 см.
 [c.718]

По сравнению с системами УТС с магнитным удержанием важнейшим преимуществом ИТС является пространственное разделение камеры реактора ИТС с драйвером пучки ионов от ускорителя или лучи лазеров могут транспортироваться на значительные расстояния до ввода в камеру реактора. Это обстоятельство имеет огромное экономическое значение — один драйвер, работающий с частотой 10 Гц, может обслуживать несколько реакторных камер. В системах магнитного удержания камера реактора неизбежно объединена в одном объёме с системами нагрева и удержания плазмы. Кроме того, количество трития, необходимого для обеспечения работы токамака-реактора, измеряется килограммами, при коэффициенте выгорания 1 %. В единичном микровзрыве будет использоваться 1 мг трития при коэффициенте выгорания 30%. Таким образом, одновременно в камере реактора (в аварийно наиболее опасной зоне энергоустановки) будет находиться весьма малое количество трития. Геометрия ввода греющих пучков от драйвера в камеру реактора и ее конструкция таковы, что появляется возможность использования жидкой стенки , которая воспринимает первичный удар продуктов микровзрыва и снижает активацию конструкционных материалов. В то же время следует отметить, что импульсный режим работы реактора ИТС создает более тяжелые условия для материалов первой стенки и всей конструкции реакторной камеры.
 [c.15]

В отличие от непрерывных Не-Ые лазеров использован так называемый импульсно-периодический режим работы, в результате чего мощность лазерного излучения возросла в — 10 раз. В итоге оптимальная высота полета вертолета составила для разных подстилающих поверхностей (снег, вспаханная почва, водная поверхность) от 150 до 1000 м.
 [c.20]

Лазер на кристалле рубина работает обычно в импульсном режиме. Различают два режима работы рубинового лазера режим свободной генерации и режим с модуляцией добротности. Работа рубинового лазера в режиме свободной генерации продолжается до тех пор, пока интенсивность излучения импульсной лампы не станет слишком малой и уровень инверсной населенности не упадет ниже порогового. Обычно стандартные рубиновые кристаллы длиной в несколько сантиметров при диаметре 1 с.м позволяют получить в этом режиме полную энергию в импульсе излучения порядка нескольких джоулей. Длительность самого импульса генерации при этом измеряется миллисекундами и, следовательно, средняя мощность излучения генератора порядка нескольких киловатт.
 [c.283]

Таким образом, до момента включения добротности инверсия населенностей N t) нарастает до максимального значения, а затем спадает. Добротность резонатора включается в момент времени, когда N t) становится максимальной ( = 0 на рисунке). С этого момента времени t > 0) начинает увеличиваться число фотонов, что приводит к возникновению импульса генерации, максимум которого имеет место в некоторый момент времени td после включения добротности резонатора. Увеличение числа фотонов приводит к уменьшению инверсии населенностей N t) от некоторого начального значения Ni (три = 0) до конечного значения Nf, которое достигается после того, как импульс генерации закончится. Разумеется, лазеры с модуляцией добротности и импульсной накачкой могут работать в режиме повторяющихся импульсов, причем частота повторения обычно колеблется от единиц до нескольких десятков герц. 2) Импульсно-периодический режим с модуляцией добротности при непрерывной накачке (рис. 5.33). Этот режим осуществляется при непрерывной накачке (со скоростью Wp) лазера и периодическом переключении потерь резонатора до низкого уровня. При этом выходное излучение лазера
 [c.295]

Импульсный режим лазеров может осуществляться либо непосредственно от питающей сети, либо с применением промежуточного накопителя энергии [37]. Очевидно, что первый вариант, хотя и является наиболее простым, мало приемлем для устройств лазерной техники. Использование промежуточного- накопителя энергии приводит к усложнению схемы источника питания, но позволяет реализовать совместно с коммутирующими элементами все необходимые режимы работы с любым уровнем входных параметров. Энергия, необходимая для накачки лазеров, может накапливаться в конденсаторах в виде энергии электрического поля и в индуктивных элементах, где аккумулируется энергия магнитного поля. Возможно использование комбинированных накопителей энергии.
 [c.33]

Рубиновые лазеры обеспечивают излучение практически во всех временных режимах работы в режим ё свободной генерации, модулированной добротности и синхронизации мод [54, 39]. Каждый из указанных режимов работы реализуется направленным воздействием на динамику формирования импульса излучения в резонаторе лазера и имеет свои отличительные особенности. В режиме свободной генерации обеспечиваются наиболее высокие уровни энергии излучения при наибольших значениях- КПД, в режиме модулированной добротности — наиболее высокие уровни импульсной мощности излучения при несколько меньших значениях КПД, в режиме синхронизации мод — сверхвысокие уровни импульсной мощности излучения при сверхкоротких импульсах.
 [c.161]

Это — очень большая длительность для лазеров с импульсной накачкой такое время часто превышает длительность работы источника накачки, поэтому для многих типов импульсных твердотельных лазеров стационарный режим генерации вообще не устанавливается.
 [c.29]

До сих пор мы рассматривали лазеры непрерывного действия. Твердотельные оптические квантовые генераторы работают, как правило, в импульсном режиме. Такой режим характерен, например, для очень распространенных генераторов на рубине ( =0,69 мкм) и неодимовом стекле (Л=1,06 мкм). Длительность импульса составляет обычно 0,0001—0,001 с. Энергия и мощность генерируемого излучения зависят от размеров кристалла и интенсивности накачки. Небольшие кристаллы дают за одну вспышку энергию порядка 1 Дж, средние — 50—100 Дж, большие — до 1000 Дж. Мощность, генерируемая во время импульса, может достигать в этих случаях колоссальных значений — вплоть до миллионов ватт.
 [c.31]

Лазерный масс-спектрометр. Он предназначен для микроло-кального анализа металлов и других материалов на наличие газов и прочих примесей в зоне 5—100 мкм. Исследуемые материалы находятся в диапазоне масс 2—200 М чувствительность к измерению газовых примесей не хуже 10 а точность определения количества примесей 30—50%. На установке можно исследовать образцы размером 50x50x20 мм. В установке используется лазер на рубине или стекле с неодимом с энергией излучения 1 Дж. Режим работы лазера импульсный. Габаритные размеры вместе с масс-спектрометром составляют 1500x2600x2000 мм, а масса 350 кг.
 [c.313]

Оптические квантовые генераторы — лазеры — это приборы, преобразующие один из видов энергии (электрическую, световую, тепловую, химическую) в монохроматическое (т. е. строго одной длины волны) когерентное излучение электромагнитных волн (ультрафиолетового, видимого, инфракрасного диапазонов). Благодаря высокой монохроматичности, когере11тносги, острой направленности и высокой частоте излучения (10 —10 гц) лазеры находят широкое применение в науке, технике, военном деле. В табл. 1.19 приведены лазеры некоторых типов и их основные характеристики. В третьей графе таблицы указан режим работы лазеров импульсный (Имп.) или непрерывный (Непр.)
 [c.48]

Обзорно-информационная система построена на базе полупроводникового лазера из арсенида гелия. Лазер работает в ближней инфракрасной области света (0,9 мкм). Режим работы лазера импульсный, частота посылок импульсов около 2 МГц. В дальномере используется Лазоимпульсный метод, позволяющий измерять рас-
 [c.67]

Интересная возможность получения непрерывной генерации в послесвечении разряда открывается при использовании плазменной смеси в виде равномерно текущей струи. Напомним, что в импульсном плазменном лазере происходят три последовательных процесса первый — образование высокоионизованной плазмы, второй — охлаждение свободных электронов плазмы, третий — рекомбинация плазмы (накачка лазерных переходов). Если плазма макроскопически неподвижна, то эти процессы совершаются в одном и том же месте пространства и поэтому должны чередоваться во времени — отсюда обязательный импульсный режим работы лазера. Если же плазма движется в виде струи, то все три указанных процесса могут совершаться одновременно, но в разных областях пространства (разных участках струи). Для пояснения приводится рис. 1.50. Здесь 1 — газовая струя, 2 — область, где реализуется поперечный разряд и создается высокоионизованная плазма, 3 — область, где происходит охлаждение свободных электронов, 4 — область рекомбинации, 5 — зеркала оптического резонатора, 6 — лазерное излучение. Такая развертка последовательных процессов в пространстве (вдоль течения струи) позволяет в принципе совместить их во времени.
 [c.84]

Эксимерпые лазеры. Рабочая среда — газовая смесь благородных газов с F2, I2, фторидами. Возбуждение сильноточным электронным пучком или поперечным разрядом. Импульсный режим работы. УФ-диа-назон длин волн. Применение спектроскопия, химия рассматриваются проекты мощных систем для лазерного термоядерного синтеза.
 [c.551]

Рубин представляет собой кристалл корунда АЬОэ с примесью ( 0,05%) ионов Сг » , заметающих в кристал-лич. решётке ионы А1. Рубиновый лазер работает по трёхуровневой схеме, в к-рой уровнем 1 является осн. состояние уровнем 2 — полосы fj и уровнем 3 — дублет — . В мощных рубиновых лазерах применяют круглые стержни диам. 2см и дл. 20—30 см. Типичный режим работы—импульсный, реализуются также модуляция добротности, синхронизация мод, усиление мощности. Длина волны генерации рубинового лазера 0,7 мкм.
 [c.49]

Резонатор является весьма важным элементом лазера. Путем воздействия на параметры резонатора во время накачки можно осуществить помимо обычных режимов работы лазеров (непрерывного и импульсного) также и режим гигантских импульсов, позволяющий получать мощные короткие импульсы длительностью 10 —10″ с. Режим гигантских импульсов осуществляется путем использования резонаторов о управляемой добротностью при 8ТОМ величина пииовой мощнооти может бнть увеличена на не-
 [c.13]

Рабочие характеристики самого лазера иногда играют важную роль при выборе экспериментальной методики, наиболее удобной для определения параметра. Режимы работы лазеров можно классифицировать следующим образом непрерывный, модулированный или пульсирующий, пичковый, самосинхронизация мод резонатора и модуляция добротности резонатора. Примерами лазеров, работающих в таких режимах, могут служить гелий-неоновый лазер, работающий в непрерывном режиме пульсирующий лазер на полупроводниковом диоде из ар-сенида галлия импульсный рубиновый лазер, работающий в пичковом режиме аргоновый ионный лазер с самосинхронизацией мод резонатора лазеры на неодимовом стекле, в которых применяется модуляция добротности резонатора или режим гигантских импульсов. Очевидно, что точность измерения параметров пучка сильно зависит от режима работы лазера. Например, при работе твердотельного (рубинового) лазера в пичко-
 [c.34]

Прайер и др. [123] изготовили лазеры на основе ДГС PbS—PbSe—PbS и наблюдали непрерывный режим работы при температурах теплоотвода вплоть до 120 К, а импульсный режим— вплоть до 180 К. Длина волны излучения могла перестраиваться температурой от 6,5 до 8,5 мкм. При 77 К были получены пороговые токи плотностью менее 10 А/см на длине волны излучения 7,5 мкм.
 [c.80]

Параметры систем О. л. зависят от характеристик осн. используемых узлов лазера, фотоприёмника, сканирующего устройства, модулятора и т. д. Наиб, широко в О. л. применяются лазеры, генерирующие в ИК-области спектра,— полупроводниковые, твердотельные, газовые. Полупроводниковые лазеры обеспечивают как непрерывный режим (до сотен мВт), так и импульсный (до сотен Вт) в ближней ИК-области спектра (X X 0,8—0,9 мкм). Модуляция полупроводниковых лазеров, как правило, осуществляется током накачки. Иа твердотельных лазеров в О. л. используются лазеры на разл. матрицах, активированных ионами неодима, в частности на основе алюмоиттриевого граната (A, = 1,06 мкм). Лазер на гранате, обладающий низким порогом возбуждения и хорошей теплопроводностью, может работать при больших частотах повторения импульсов, а также и в непрерывном режиме излучения при кпд до 3%. Предпочтительны в О. л. лазеры на двуокиси углерода (СО,-лазеры) с X 10,6 мкм, имеющие большой кпд (- 10%), мощность излучения от единиц Вт до кВт в непрерывном и МВт в импульсном режимах, узкую линию излучения (неск. кГц).
 [c.433]

Большинство твердотельных лазеров работает в режиме импульсного возбуждения, продолжающегося, как правило, <1 мс, и при отсутствии специальных мер имеет специфический, так называемый пичковый режим генерации. Несмотря на непрерывное в течение всего светового импульса накачки с интенсивностью / (рис. 5.3, а) возбуждение, излучение лазера (рис. 5.3, в) появляется через некоторое время задержки и имеет вид отдельных пичков с характерной длительностью мкс
 [c.170]

Режим охлаждения импульсных лазеров на гранате, В частотном режиме работы импульсных лазеров на гранате средняя электрическая мощность, подаваемая на лампу накачки, составляет 500г—2000 Вт. Поэтому, как и в случае непрерывной генерации требуется интенсивное охлаждение активного элемента и лампы накачки. Минимальный расход теплоносителя зависит от геометрии каналов подвода теплоносителя, вида отражателя (устройства, фокусирующего излучение ИЛ в активный элемент) и свойств  [c.120]

Режим моноимпульсной генерации. Завершающим этапом объединения лазеров на четырехволновом смещении с лазером накачки в единый оптический генератор с новыми свойствами стало создание гибридных лазеров, работающих в квазинепрерывном импульсно-периодическом режиме с импульсами наносекундной [14] и пикосекундной [15] длительности. Так, в работе [14] источником накачки служил лазер на растворе родамина-6С, который в свою очередь накачивался периодическими (/ = 1 кГц) импульсами второй гармоники излучения ИАГ-лазера (X = 532 нм) и генерировал импульсы с = 100 не и » 300 Вт. Обра-щаюшее зеркало записывалось в кристалле ВаТЮэ по схеме с двумя областями взаимодействия.
 [c.198]

Лазеры на красителях с импульсной накачкой работают в квазинепрерывном режиме, длительность которого ограничивается длительностью вспышки лампы накачки. По-настоящему непрерывный режим (сш-режим) впервые удалось осуществить Иппену и сотр. [6.3], а также О Нейлу [6.4]. Для непрерывной накачки лазера на родамине 6G они использовали излучение аргонового лазера. Была получена непрерывная последовательность импульсов длительностью 1,5 пс. В более поздних экспериментах лазер такого типа позволил осуществить генерацию фемтосекундных импульсов [6.5—6.7, 6.30—6.32].
 [c.187]

Для технологических применений важной характеристикой лазера является время выхода на стабильный тепловой режим, когда устанавливается ось диаграммы направленности и становится постоянной энергия импульсов излучения. На рис. 6.8 приведены осциллограммы импульсов излучения ЛПМ Карелия при работе ЗГ с телескопическим HP (М = 180, геом =0,15 мрад) и с одним выпуклым зеркалом (i = 3 и 63 см, (9геом = 0,3 и 3,6 мрад) в установившемся тепловом режиме. Как видно из осциллограмм, нестабильность импульсной энергии при работе ЗГ с HP составляет около 5%, а в однозеркальном режиме существенно меньше (около 2%), так как в последнем случае пучок излучения формируется в ЗГ за один проход.
 [c.177]

---

Лазерная безопасность наглядно, или почему не стоит смотреть в лазерный луч

Сегодняшняя статья будет несколько занудной, поскольку поднимает те вопросы, которые обычно никто обсуждать не любит. И речь в ней пойдет об основных, наиболее важных вопросов связанных с ТБ по работе с лазерами. Я постараюсь рассказать об этой неприятной, но очень важной теме с минимумом нудных букв и цифр, которые так любят приводить в разных «справочниках по правилам безопасной эксплуатации», разобрав основные вопросы с помощью наглядных и доступных примеров в духе «что будет, если». Какую опасность таит в себе лазер, все ли лазеры одинаково опасны? Будем разбираться.

ВНИМАНИЕ: Данная статья может содержать ошибки и неточности, так как я не специалист в медицинских вопросах.

Как известно, основное свойство лазера – это очень высокая направленность и монохроматичность излучения, значительная мощность светового потока сконцентрирована в очень тонком пучке. В свою очередь каждый из нас снабжен очень чувствительным аппаратом для восприятия света – нашими глазами. Глаза, напротив, спроектированы так, чтобы использовать самые малые уровни интенсивности света для обеспечения их хозяина необходимой зрительной информацией. Уже становится понятно, что сочетание высококонцентрированного и мощного светового пучка с чувствительным зрительным органом уже слабосовместимо, соответственно такой пучок будет представлять опасность. Это, в общем-то, очевидно, если на Солнце нельзя смотреть дольше нескольких секунд, то в луч мощного лазера, который прожигает дырки в бумаге – и подавно. Но не всё так просто. Опасность лазерного излучения сильно зависит от его характера (импульсное или непрерывное), мощности, длины волны. Также очень многие установки основанные на газовых или твердотельныхжидкостных с ламповой накачкой лазерах содержат цепи и элементы, находящиеся под высоким напряжением – трансформаторы, радиолампы, коммутационные разрядники и тиратроны, мощные конденсаторы, которые являются источником электрической опасности. Но на них я заострять внимание не буду, об электробезопасности написана масса литературы и это набившая оскомину тема среди тесластроителей. Здесь я ограничусь лишь рассмотрением опасности только оптической – которую несет непосредственно лазерное излучение.

При варьировании параметров лазера будут также варьироваться механизмы повреждения глаза, которые детально описаны в специализированной литературе. Эффекты, производимые лазерным излучением, безотносительно его мощности описаны на картинке:

Эти данные не стоит принимать за истину в последней инстанции, это лишь версия одной из книг. Описанные эффекты могут комбинироваться в любых соотношениях, в зависимости от остальных параметров – мощности и длины волны. Строго говоря импульсный режим работы лазера можно разделить ещё на два – импульсный режим свободной генерации и импульсный режим с модулированной добротностью. Во втором случае лазер переводится в т.н. «режим гигантского импульса», когда вся накопленная при накачке энергия из рабочей среды выбрасывается коротким (единицы-десятки наносекунд) импульсом. Мощность в импульсе при этом достигает многих десятков и сотен мегаватт при скромных субджоульных энергиях. При воздействии «гигантского импульса» повреждения имеют в первую очередь взрывной механизм, так как образовавшееся при поглощении тепло не может отвестись никуда за столь короткое время. При действии импульса свободной генерации повреждения идут больше по термическому механизму, поскольку тепло частично успевает отводиться и распределиться в толще поглощающего слоя, так как импульс имеет меньшую пиковую мощность из-за сравнительно большой длительности (миллисекунды).

Особенно характерна роль длины волны, поскольку прозрачность глазных сред неодинакова для разных длин волн. В качестве отступления от темы отмечу, что для рентгеновского или гамма-излучения принято считать, что биологический эффект не зависит от длины волны, меняется только проникающая способность. И в целом в профильной литературе на вопросах защиты от рентгеновского излучения задерживаются лишь на нескольких страницах, тогда как вопросам, связанным с безопасностью при работе с лазерным излучением могут посвящать целые разделы. Но вернемся к зависимости эффектов от длины волны. Тут обратимся к ещё одной таблице из той же книжки. В ней описаны механизмы повреждения в зависимости от длины волны, опять же безотносительно мощности.

Понятно, что наиболее очевидной будет опасность излучения видимого диапазона, так как именно оно достигает сетчатки и воспринимается ей. Но если это очевидно – это не значит что наиболее опасно. В том-то и дело, что луч видимого диапазона можно заметить, да и мигательный рефлекс глаза в этом случае работает безотказно, в ряде случаев он может сильно уменьшить повреждения. Тогда как луч из ближнего инфракрасного диапазона уже заметить нельзя, но он тоже достигнет сетчатки и мигательного рефлекса нет. Именно сетчатка является наиболее чувствительной деталью глаза к повреждениям, и что самое печальное – неспособной к регенерации.

Таким образом, если известны режим излучения и длина волны, остается последний, по сути, решающий фактор – это мощность излучения. Именно она решает, сгорят у Вас глаза под лучом полностью, частично или не сгорят совсем. В зависимости от длины волны меняется лишь величина этой мощности, если луч непрерывный, или энергии импульса, если луч импульсный.

Именно по мощности излучения было принято разделение лазеров на существующие сейчас классы опасности. Рассмотрим их подробнее, заглянув на сайт Sam’s Laser FAQ. Для удобства приводится русский перевод с английского, выполненный модератором форума laserforum.ru Gall’ом. А кто найдет ошибку на картинке – тот молодец.

Итак, классы опасности.

Цитата:

• Лазерные изделия класса I
Нет известных биологических угроз. Излучение закрыто от любого возможного рассматривания человеком, а лазерная система имеет блокировки, не позволяющие включить лазер в открытом состоянии. (Большие лазерные принтеры, такие как DEC LPS-40, работают на гелий-неоновых лазерах в 10 мВт, являющихся лазерами класса IIIb, но принтер имеет блокировки для исключения любого соприкосновения с открытым лазерным пучком, поэтому устройство не представляет биологической опасности, хотя собственно лазер относится к классу IIIb. Это же относится и к проигрывателям CD/DVD/Blu-ray и маленьким лазерным принтерам, так как они являются лазерными изделиями класса I).

• Лазерные изделия класса II
Выходная мощность до 1 мВт. Такие лазеры не считаются оптически опасными устройствами, так как рефлексы глаз предупреждают любое происходящее повреждение. (Например, когда в глаз попадает яркий свет, веко автоматически моргает или человек поворачивает голову так, чтобы яркий свет пропал. Это называется рефлекторным действием или временем реакции. Лазеры класса II не создают повреждений глаза за такое время. Также никто не захочет смотреть на него в течение более продолжительного времени.) На лазерном оборудовании должны быть размещены предупреждающие знаки (желтые). Нет известных опасностей воздействия на кожу и нет пожарной опасности.

• Лазерные изделия класса IIIa
Выходная мощность от 1 мВт до 5 мВт. Такие лазеры могут приводить к частичной слепоте при определенных условиях и к другим повреждениям глаз. Изделия, содержащие лазер класса IIIb, должны иметь индикатор лазерного излучения, показывающий, когда лазер работает. Они также должны иметь знак «Danger» («опасность») и знак, показывающий выходное отверстие лазера, закрепленные на лазере и/или оборудовании. СЛЕДУЕТ установить выключатель питания в виде замка с ключом, чтобы предотвратить несанкционированное использование. Нет известных опасностей для кожи и пожарной опасности.

• Лазерные изделия класса IIIb
Выходная мощность от 5 мВт до 500 мВт. Такие лазеры считаются определенно угрозой для зрения, особенно на больших мощностях, которые ПРИВЕДУТ к повреждению глаз. Такие лазеры ОБЯЗАНЫ иметь замок с ключом против несанкционированного использования, индикатор наличия лазерного излучения, задержку включения от 3 до 5 секунд после подачи питания, чтобы оператор мог успеть уйти с пути луча, и механический затвор, позволяющий перекрывать луч во время использования. Кожа может быть обожжена на больших уровнях выходной мощности, а кратковременное направление на некоторые материалы может приводить к возгоранию. (Я видел аргоновый лазер на 250 мВт, воспламеняющий кусок красной бумаги менее чем за 2 секунды воздействия!) Красный знак «DANGER» («ОПАСНОСТЬ») и знак выходного отверстия ОБЯЗАНЫ быть размещены на лазере.

• Лазерные изделия класса IV
Выходная мощность >500 мВт. Такие лазеры МОГУТ повредить и ПОВРЕДЯТ глаза. Мощности уровня IV-го класса МОГУТ зажечь и ЗАЖГУТ горючие материалы при попадании, в том числе обожгут кожу и прожгут одежду. Такие лазерные изделия ОБЯЗАНЫ иметь:
Замок с ключом для предотвращения несанкционированного использования, блокировки для предотвращения использования системы со снятыми крышками, индикаторы наличия излучения, показывающие, что лазер работает, механические затворы для блокировки луча и красные знаки «DANGER» («ОПАСНОСТЬ») и знаки выходного отверстия, закрепленные на лазере.
Отраженный луч должен считаться таким же опасным, как первоначальный луч. (И снова, я видел 1000-ваттный лазер на CO2, прожигающий дыру в стали, так что представьте, что он сделает с вашим глазом!)

Конец цитаты.

Примечание: да, мои лазеры в основном относятся к 4ому классу опасности, и не содержат многих аппаратных мер защиты, поскольку с ними имею дело только я. Поэтому попрошу воздержаться в комментариях от вопросов, почему нет замка-выключателя или крышек с блокировками на моих лазерах. Указанные требования относятся в первую очередь к коммерчески выпускаемым установкам.

Теперь посмотрим, так сказать, наглядно, как выглядит травма глаза лазерным излучением. Я уже упоминал, что в поисках новых лазеров и их компонентов я посещаю различные организации. И однажды я посетил лазерное отделение местного центра лечения глазных болезней. В ходе общения со специалистами, я поинтересовался, попадались ли в их практике травмы, вызванные лазерным излучением. Ответ меня удивил. Дело в том, что за более чем 20летнюю практику работы, непосредственно лазерных травм было всего несколько штук. На мой вопрос, типа как так, если сейчас у каждого ребенка есть лазерная указка от 50 до 2000 мВт, лишь ответили, что людей с ожогами от указок не поступало. Зато было много людей именно с солнечными, нелазерными, ожогами сетчатки. Мне показали документы по наиболее примечательной лазерной травме – сильному повреждению центральной ямки сетчатки, вызванному зеркально отраженным импульсом из лазерного дальномера, построенном на импульсном неодимовом лазере (Nd:YAG) работавшем в режиме модуляции добротности. Энергия импульса составляла по разным оценкам от 20 до 100 мДж, при длительности импульса порядка 20 нс. Именно из-за модуляции добротности повреждение вышло столь тяжелым – так как в точке фокуса излучения был оптический пробой, вызвавшим гидравлический удар, который в свою очередь привел к центральному разрыву сетчатки и отеку последней совместно с гемофтальмом (кровоизлиянием в стекловидное тело). Мне разрешили просканировать документы на условиях их полной анонимизации. С помощью оптической когерентной томографии можно рассмотреть сетчатку в разрезе, в различных плоскостях. Так выглядел разрез на момент обращения за медицинской помощью. Видна четкая «пробоина» с «отогнутыми наружу» краями (на самом деле это отек).

Более крупным планом:

И в разных плоскостях:

Из текста предоставленных мне документов стало известно, что курс лечения длился 10 дней, по ходу которого решался вопрос об операции, в случае отслоения сетчатки. В качестве оперативного вмешательства по устранению возможной отслойки и закрытия разрыва предлагалась пневморетинопексия (ПРП). Консервативное лечение было направлено на рассасывание отека и предотвращение воспалительного процесса. По ходу наблюдения делалось также несколько фотографий глазного дна, а по окончанию курса было решено, что операция не понадобится, так как разрыв самостоятельно закрылся и зарос рубцовой тканью.

Фотографии глазного дна размещены в хронологическом порядке.

В кучке этих же документов лежала ещё одна распечатка оптической когерентной томографии после окончания лечения.

Как можно видеть, канал пробоя исчез, а края того места, которое было центральной ямкой приняли более сглаженные формы. На момент травмы острота зрения по табл. Сивцева составляла 0%, после окончания лечения было достигнуто улучшение до 30%. На мой вопрос, как это воспринимается субъективно, мне показали ещё одну картинку, на которой наглядно показано, что такое «центральная скотома». Это слепое пятно, из которого просто выпадает часть изображения. Мозг же способен «закрасить» его под цвет окружающего фона, но никаких деталей изображения видно не будет, так как нечем их видеть – светочувствительные клетки в этом месте уничтожены. Для данной статьи картинка взята из гугла. Также мне объяснили, что при наличии второго здорового глаза это слепое пятно не влияет на качество жизни.

Позже, мне удалось раскопать ещё одну таблицу со сравнительными клиническими данными, где рассматриваются исходы лазерных травм в зависимости от типа лазера и режима его работы. Как можно видеть, наиболее неблагоприятные исходы – в случае травм от лазеров, работавших в режиме модулированной добротности, так как повреждение сетчатки шло по взрывному механизму, тогда как лазерный импульс в режиме свободной генерации приводит только к термическому ожогу, который до некоторых пределов обратим, не смотря на гораздо большую энергию излучения. Строго говоря, локализация повреждения играет бОльшую роль, нежели параметры лазера, повреждение центральной ямки во всех случаях необратимо.

Вот ещё пример фотографии глазного дна с лазерным ожогом сетчатки, вызванным импульсом лазера на красителях. Лазеры на красителях сопоставимы с импульсными лазерами с модуляцией добротности по длительности импульса и энергии.

А теперь давайте посмотрим, как это происходит в динамике. Yun Sothory провел эксперимент «что будет если посмотреть в лазер», использовав в качестве подопытной жертвы дешевую веб-камеру, а в качестве лазера – самодельный лазер на растворе красителя, который накачивался самодельным азотным лазером. Результат на видео. И это при том, что у неё совершенно неживая и дубовая кремниевая «сетчатка». Что будет с глазами вполне очевидно.

Вот ещё один пример пострадавшей матрицы фотоаппарата — на 1:06 появляется линия выжженых пикселей вверху во время сценического лазерного шоу. Кстати, безопасность лазерных шоу это отдельная очень холиварная тема, о которую было сломано очень много копий в СНГ и на западе. Мощность лазерного излучателя до оптической системы разбивки и развертки луча порой достигает десятков Ватт.

Разберем теперь вопрос, а все ли лазеры одинаково опасны?
Можно однозначно сделать вывод, что наиболее опасными являются лазеры, работающие в импульсном режиме с малой длительностью импульса видимого и ближнего ИК-диапазона, особенно последние. И это действительно так. Однако, правила которые обычно пишутся занудным тоном для малоподговтоленных людей, заявляют что опасны все без исключения лазеры и любой лазер нужно жестко огораживать, запихивать под землю и никого к нему не подпускать. Тут нужны некоторые оговорки, поскольку все должно быть в пределах разумного. Не все лазеры одинаково опасны. Есть те, которые более опасны, есть те, которые менее опасны. Дальше следует моё жёсткое ИМХО, которое не претендует на истинность. А именно, оно состоит в том, что с любым лазером любой длины волны, кроме ближнего ИК-диапазона можно работать без средств защиты, если он работает в непрерывном или квазинепрерывном режиме, его средняя мощность не превышает 10-20 миллиВатт, и если не пялиться в луч. А

если хочется пялиться,

если есть риск попадания луча в глаза, например при визуальной настройке оптических систем, то абсолютный верхний предел мощности – 0.5-1 мВт, как написано в описании 2 класса опасности. Можно удовлетворить свое любопытство заглянув на 1-2 секунды в луч маленького гелий-неонового или диодного лазера мощностью 1 мВт и понять что это крайне неприятно, сравнимо с взглядом на Солнце. Но это мой личный опыт. Я бы все же рекомендовал никогда не пренебрегать средствами защиты глаз во всех случаях обращения с лазерами. Особняком среди мощных лазеров 4го класса стоят, опять же, лазеры на парах меди, так как из-за очень широкого пучка, энергетическая плотность у них маленькая. Так, к примеру, для моего лазера мощностью 5 Вт, плотность мощности в пучке составляет 16 мВтмм2. Если предположить случайное попадания такого луча в глаз, то повреждения будут сравнимы с таковыми от вполне рядовой лазерной указки на 100 мВт, при условии что диаметр зрачка на этот момент будет порядка 3 мм. Но это лишь мои предположения, никому не советую проверять на практике. Средства защиты глаз при работе с таким лазером совершенно необходимы.

Если снова обратиться к таблице зависимости повреждений от длины волны, показанной в начале статьи, то может создаться впечатление, что для лазеров с излучением вне видимого и ближнего ИК-диапазонов защита не нужна, так как излучение не достигнет сетчатки, поскольку глазные среды непрозрачны на длинах волн короче 400 нм и длиннее 3 мкм. Отчасти это правильно. Действительно, сетчатка не пострадает, так как излучение с длиной волны больше 3 мкм поглощается слезной пленкой, и при небольших мощностяхэнергиях это не опасно. Именно поэтому маломощные лазерные источники вроде лазерных дальномеров как раз переводят на длину волны порядка 3 мкм (эрбиевые лазеры). С другой стороны, есть серьезный риск сжечь роговицу, если мощность будет достаточной. При воздействии УФ излучения большой мощности повреждения идут в основном по фотохимическому механизму, а в случае дальнего ИК – по термическому. Но мощность нужна большая, на порядки бОльшая чем для лазеров видимого диапазона. Фигурально выражаясь, лазеры можно сравнивать с разными видами змей, среди которых есть ядовитые, убивающие одним своим кратким укусом, и удавы, убивающие с помощью большой и грубой силы долго и нудно, пока жертва не задохнется. Лазеры из невидимых УФ и дальних ИК-диапазонов можно сравнить именно с удавами, так как их мощность и есть та самая «грубая сила», особенно это касается СО2-лазеров излучающих сотни и тысячи Вт на длине волны 10.6 мкм. Вот пример ожога роговицы излучением СО2 лазера.

С вопросом «кто виноват» разобрались, теперь переходим к вопросу «что делать». Или, какие меры защиты стоит выбирать при работе с лазерным излучением. Основной мерой защитой от лазерного излучения является в первую очередь ограждение пути движения луча, ограничение его распространения поглотителями в конце оптического пути. Если ограждение организовать невозможно – то обязательно нужны защитные очки для глаз. Лучше когда обе меры защиты дополняют друг друга. Тем не менее, универсальных защитных очков не существует, кроме, разве что, таких. Посему прежде чем выбирать очки нужно точно знать, с какими лазерами предстоит иметь дело.

Все защитные очки проектируются для защиты от конкретных длин волн излучаемых лазерами, и для хороших очков всегда нормируется оптическая плотность на каждой длине волны. Оптическая плотность это коэффициент ослабления очков, в англоязычных стандартах он называется OD-X, где Х – цифра обозначающее количество порядков ослабления. Так, например, OD-6 означает, что очки ослабляют излучение на 6 порядков, т.е. в 1000000 раз на данной длине волны. Ослабление в 1000 раз будет обозначаться как OD-3 итд. Хорошие очки всегда имеют инструкцию к ним, в которой написано от каких длин волн излучения они защищают, и какие OD для каждой длины волны. Также, хорошие очки всегда имеют закрытую конструкцию и плотно прилегают к лицу, чтобы блики от излучения не могли пройти под очками, минуя фильтры. Вот примеры действительно ХОРОШИХ очков. Например, советские ЗНД-4-72—СЗС22—ОС23—1, которыми пользуюсь я. Это пример попытки сделать более-менее универсальные очки, рассчитанные на работу с распространенными типами лазеров. Для этого они имеют два вида светофильтров. Очки сделаны из мягкой резины, хорошо прилегающей к лицу, и имеют инструкцию.

Синие светофильтры предназначены для защиты от лазеров, работающих на длине волны 0.69 мкм и 1.06 мкм (рубиновый и неодимовый лазеры). На этих длинах волн гарантируется плотность OD-6. Эти же фильтры дают защиту от излучения в диапазоне длин волн 630-680 нм (гелий-неоновый, криптоновый лазеры) и в диапазоне 1.2-1.4 мкм, для них заявлено OD-3. Оранжевые фильтры дают защиту от длин волн в диапазоне от 400 до 530 нм (синие и зелёные лазеры) с OD-6 и также в диапазоне 1.2-1.4 мкм с OD-3. Сами по себе оранжевые фильтры не могут дать никакой защиты от излучения красных лазеров – для них нужны синие фильтры. Для удобства синие фильтры сделаны откидывающимися.

Такие очки я всегда использую при работе со всеми своими мощными лазерами, и они могут гарантировать защиту, при условии соблюдения инструкции. К сожалению, они имеют брешь для жёлтых лазеров, т.е. не дают гарантированной инструкцией защиты и ввиду этого полной универсальностью не обладают. У этих очков есть в продаже современный аналог, но он менее универсален, так как не имеет оранжевых фильтров.

Вот ещё один пример ХОРОШИХ очков иностранного производства. Они имеют сплошное прямоугольное стекло, не затрудняющее обзор, и прямо на корпусе очков отлит текст с параметрами по длинам волн и OD на них.

Теперь глянем не примеры ПЛОХИХ очков, которые я КАТЕГОРИЧЕСКИ не рекомендую. Это весь тот пластиковый китайский шлак, продаваемый на алиэкспрессе за 1-2-10 долларов. Эти очки не имеют ни полного прилегания к лицу, ни инструкций с заявленной оптической плотностью на разных длинах волн, ни сертификатов, ничего. И сделаны они из довольно нежного пластика. Готовы ли Вы доверить сохранность своих глаз какому-то безымянному китайцу, работающему за тарелку риса? Я не готов. Не покупайте китайский шлак, показанный ниже.

Единственное исключение – СО2 лазеры. Их излучение, вообще говоря, «тепловое» — длина волны слишком большая, и не проходит даже через простое прозрачное стекло и через простой прозрачный пластик. Т.е. показанные выше ХОРОШИЕ очки пригодны и для защиты от СО2 лазеров. Показанные здесь ПЛОХИЕ очки тоже обеспечат достаточную защиту от рассеянного излучения СО2 лазера, но не более того. Я бы все же рекомендовал стеклянные, так как прямой луч такого лазера просто прожжет пластик.

Отдельно я бы хотел остановиться на мерах безопасности, к которым прибегают производители лазерных технологических установок. В принципе, в случае если на нашем лазерном станке стоит СО2 лазер, то защита, полностью закрывающая поле обработки не обязательна при небольших уровнях мощности, типа до 50 Вт. А так достаточно ограждения из обыкновенного стекла или пластика. В принципе даже на лазерных станках с СО2 лазером мощностью на много киловатт не всегда можно встретить ограждение от рассеянного излучения, так как оно не представляет большой опасности, так как это излучение тепловое и воспринимается просто как поток тепла, когда Вы смотрите на открытую спираль электроплитки или ИК-обогревателя. Чувствуется дискомфорт – можно и отойти подальше. Отсутствие защиты на станках с СО2 лазерами вполне допустимо. Но оно категорически запрещено на установках с получающими большое распространение волоконными лазерами! Волоконный лазер работает на длине волны порядка 1 мкм, которое, как говорилось выше, легко достигает сетчатки, на уровнях мощности уже в единицы Вт рассеянное излучение очень опасно для глаз, и для таких лазерных установок ограждение рабочего поля с блокировкой ОБЯЗАТЕЛЬНО!!! Вот пример, где это сделано правильно. Все рабочее поле этих станков для резки закрыто стеклом, которое не пропускает рассеянное излучение.

Лазерные маркировщики, граверы также должны иметь обязательно закрытое поле, так как это тоже или волоконные лазеры, или неодимовые лазеры, работающие в режиме модуляции добротности, очень опасные для глаз. Пример, как это должно быть правильно.

А теперь, наглядная картинка как китайцы относятся к нашему здоровью. За такое исполнение лазерного гравера нужно бить по голове палкой, выписывать многомиллионный штраф и лишать права производить эти станки. Ведь покупатель, увидев такой станок без защиты рабочего поля, решит что она и не нужна, раз производитель её не установил. При работе все рассеянное и отраженное излучение, особенно во время гравировки по металлу будет лететь ему прямо в глаза. Если конечно он не надел очки. А я не уверен, что он их наденет. И если он при работе с таким станком получит повреждение сетчатки – то будет иметь полное право подавать иск в суд на производителя и запросто выиграет его, слупив большую сумму денег.

Так что, не покупайте китайский шлак, пользуйтесь правильными средствами защиты и не смотрите в луч оставшимся глазом!

При написании статьи были использованы материалы из следующих источников, помимо бездонных глубин интернетов:

1. Гранкин В. Я. Лазерное излучение, 1977
2. www.repairfaq.org/sam/laserfaq.htm
3. www.laserkids.sourceforge.net

Соседние файлы в предмете Физика

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #