Лазеры. Влияние оптического излучения на организм человека

Все лазеры включают три основных элемента. Это: центр активная система накачки, то есть источник энергии и камера оптического резонанса. Кроме того, вы можете прикрепить такие элементы, как зеркала, линзы, диафрагмы и поглотители. Тем не менее, это не элементы, необходимые для работы лазера. Они используются только для увеличения мощности лазерного луча или придания лучу особой формы.

Активный лазерный центр

В активной среде лазера число атомов или молекул в возбужденном состоянии увеличивается до тех, которые находятся в основном состоянии. Благодаря этому возможен принудительный выброс. Фотоны, которые вначале испускаются, спонтанно воздействуют на атомы и молекулы в возбужденном состоянии, заставляя их излучать фотон. На этом основан эффект усиления света за счет вынужденного излучения. Термин ЛАЗЕР происходит от английского названия этого явления.

Насосная система

Задача систем накачки - перевести электроны на более высокие энергетические уровни в атомах и молекулах. Именно благодаря этим системам происходит вышеупомянутое обращение обычного порядка, то есть увеличение числа возбужденных состояний. Это условие определяет действие лазера.

Различные типы насосных систем используются в различных типах лазеров. Одним из них может быть оптическая накачка. Этот метод использует сильный источник света, который может быть другим лазером или ксеноновой вспышкой.

Другой тип накачки - накачка с использованием электронных столкновений. Этот эффект сопровождается протеканием тока через активный лазер. Это может быть газовая среда или полупроводниковый соединитель. Также возможно перекачивать с помощью химических реакций. В таких системах используется энергия, которая выделяется в результате образования и растрескивания химических связей в молекулах. Химическая накачка используется, например, в лазерах, активная среда которых образована из фтористого водорода или фторида дейтерия.

Резонансная оптическая камера

Камера образована системой зеркал, которые размещены на концах активного лазерного центра. Благодаря этому лазерный луч может отражаться. Это позволяет лазерному лучу несколько раз проходить через активную среду. Это увеличивает количество актов вынужденного излучения. Одно из зеркал полностью отражает луч, а другое лишь частично отражает излучение. С другой стороны, часть падающего луча при каждом отражении проникает за пределы активной среды лазера. Форма излучаемого в конечном итоге пучка излучения зависит, среди прочего, от расстояния, на котором расположены зеркала, а также от величины кривизны степени выравнивания.

Лазеры могут быть классифицированы с учетом различных параметров. Учитывая тип активной среды, лазеры можно разделить на:

- твердотельные лазеры - содержат стеклянные или кристаллические центры, эти центры обогащены активными атомами

- газовые лазеры - активная среда представляет собой газ или смесь нескольких газов, это также могут быть пары металлов

- полупроводниковые лазеры

- жидкие лазеры - активная среда находится в форме жидкости, это может быть, например, раствор органического красителя.

В случае лазеров, имеющих активные центры в виде твердого вещества или жидкости, обычно используется оптическая накачка. Однако для газовых лазеров использование накачки при столкновении является обычным явлением. Накачка на основе химических реакций используется для некоторых типов жидких и газовых лазеров.

Классифицируя лазеры, вы также можете принять во внимание качество лазера по времени. Здесь можно выделить лазеры, которые работают непрерывно. Это означает, что излучаемый ими луч имеет постоянную интенсивность во времени. Другие лазеры характеризуются переменным по времени режимом работы. Это импульсные лазеры. Они различаются по частоте генерации импульсов, то есть по количеству импульсов, генерируемых в данную единицу времени.

Ниже приведены некоторые примеры лазеров наряду с длинами волн излучаемого излучения и использованием этих лазеров.

- аргоновый лазер - длина волны: 458 - 515 нм, используется в качестве инструмента в голографии, для фотокоагуляции сетчатки

- газовый лазер с углекислым газом - длина волны: 10,6 м, используется для обработки материалов в качестве так называемых оптический радар для оценки расстояния как хирургический инструмент]

- лазер галлий - мышьяк - длина волны: 850 - 950 нм, используется для оценки расстояния, в связи

- гелий-неоновый лазер - длина волны: 632,8 нм, используется для всех видов измерений, оценки расстояния, а также в голографии и в коммуникации

- рубиновый лазер - длина волны: 694,3 нм, используется в голографии, для обработки материалов, для фотокоагуляции сетчатки, для оценки расстояния

Свойства лазерного луча

- монохромный

- высокая плотность мощности

- параллелизм

- сплоченность (Когерентность)

- линейная поляризация

1.Monochromatyczność

Термин предполагает, что это излучаемое электромагнитное излучение, которое состоит ровно из одной частоты, которая соответствует определенной длине волны. Оказывается, однако, что никогда не возможно получить такое точное излучение. Известно, что при переходе атомов из возбужденного состояния на более низкий энергетический уровень излучается электромагнитное излучение. Однако он не имеет определенного значения частоты, но находится в определенном частотном диапазоне. Это связано с тем, что, согласно принципу неопределенности Гейзенберга, невозможно точно определить уровни энергии уровней энергии. Поэтому введено понятие естественной ширины спектральной линии лазерного излучения. Диапазон частот, который может быть получен для данного лазера, определяется методом генерации этого излучения и оптическим резонатором. Например, в рубиновом лазере ширина спектральной линии обычно не превышает 0,01 мм.

2. Плотность мощности

Плотность мощности лазерного излучения - это отношение общей мощности излучения к поверхности, через которую оно проходит. Разные типы лазеров могут иметь разную плотность мощности. Например, для гелий-неонового лазера эта плотность составляет порядка Вт / см. , Но для непрерывного газового лазера, который, например, СО-лазер плотность мощности может составлять 100 Вт / см ,

Для увеличения плотности мощности излучаемого излучения обычно используют фокусирующие линзы. Благодаря им в костре для гелий-неонового лазера он может достигать значения до 10 Вт / см , Гораздо более высокие плотности мощности характеризуются импульсными лазерами. Примером такого лазера является рубиновый лазер, для которого плотность мощности достигает 10 Вт / см ,

Существует также понятие спектральной плотности мощности. Это мощность лазерного луча на единицу площади и единицу частотного диапазона. Гелиевые и неоновые лазеры имеют большую спектральную плотность мощности.

3.Równoległość

Тип оптического резонатора определяет угол луча лазерного луча. Потому что расхождение луча является результатом изгиба электромагнитной волны в апертуре оптической системы. Если оптическая резонансная камера состоит из двух плоских зеркал, то расходимость луча будет иметь наименьшее значение.

4. Сплоченность (связность). Связность

Волны являются последовательными, если они характеризуются разностью фаз во времени. Это дает им возможность вмешиваться. Источник, который испускает когерентное излучение, также называется когерентным.

Мы можем говорить о временной согласованности и пространственной сплоченности. Временная когерентность означает способность создавать помехи двум световым волнам, которые приходят в одном направлении от одного и того же источника излучения, но через определенный интервал времени.

Однако под пространственной когерентностью подразумевается способность создавать помехи световым волнам, излучаемым расширенным источником, при условии согласованности во времени.

5. Линейная поляризация

Условием получения полностью линейно поляризованного пучка лазерного излучения является подходящая лазерная конструкция.

Наряду со строительством первых лазеров возникла проблема влияния оптического излучения на человека. Напомним, что оптическое излучение условно называется излучением в диапазоне длин волн от 100 нм до 1 мм. Поэтому он включает в себя ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение.

Основным естественным источником оптического излучения является Солнце. Среди искусственных источников выделяют лазерные и не лазерные источники. Иногда очень трудно оценить риск, связанный с воздействием излучения, не излучаемого лазером. Это еще сложнее, если такой источник испускает излучение во всем диапазоне оптических длин волн. Затем для каждого поддиапазона угрозу следует рассматривать отдельно, а затем рассматривать совокупную угрозу из всей области.

Источники оптического излучения классифицируются в зависимости от типа материала, излучающего излучение, типа устройства или механизма излучения.

Различают следующие категории источников оптического излучения:

1. солнечный свет
2. лампы
3. лазеры
4. другие источники накаливания

Наиболее распространенными источниками оптического излучения являются так называемые светящееся тело. По мере повышения температуры тела количество испускаемой радиации увеличивается. Диапазон излучаемой длины волны также зависит от температуры. Например, если температура такого тела составляет около 310 K или 37 градусов C, тогда излучение в основном излучается в дальнем инфракрасном диапазоне. Однако с ростом температуры тела число фотонов с более высокими энергиями будет увеличиваться. Однако фотоны всегда испускаются из широкого диапазона энергии. Теоретически говоря, источник накаливания должен отвечать спектр для черного тела. Однако, как показывает практика, нет материала, который бы излучал идеальный спектр черного тела. Очень похожие спектры могут быть получены только для таких материалов, как твердый вольфрам или некоторые расплавленные металлы.

Другие тела, с другой стороны, уже излучают спектры, которые явно отличаются от теоретических. Здесь можно упомянуть, например, карбоновые арки или газовые лампы и газоразрядные лампы.

До изобретения лазера угроза от оптического излучения была связана с воздействием на кожу глаз ультрафиолетовым излучением с длиной волны ниже 320 нм.

На основании испытаний и наблюдений было установлено, что стекло вызывает значительное уменьшение излучения в спектральном диапазоне от 100 до 300 нм. По этой причине был принят принцип, согласно которому источники оптического излучения должны быть заключены в оболочки из стекла, пластика или другого поглощающего материала.

Исследуя влияние оптического излучения на организм человека, особое внимание было уделено коже и глазам. Это связано с тем, что оптическое излучение не проникает глубоко в организм человека, поэтому оно не влияет, например, на внутренние органы.

В результате острого воздействия света на глаза может возникнуть состояние, которое называется «фоторазвитый кератит». Другие заболевания, которые могут быть затронуты, это термическое и фотохимическое повреждение сетчатки. В случае такого облучения на коже, конечно, вы можете обжечься.

Заболевания, упомянутые выше, возникают сразу или вскоре после облучения. Напротив, отдаленные эффекты включают изменения в хрусталике глаза, приводящие к катаракте, дегенеративным изменениям в сетчатке, ускоренному старению кожи и раку кожи.

Воздействия всего оптического излучения на организм человека подразделяются на три группы. Итак, это эффекты: тепловое, фотохимическое и прямое воздействие электрического поля.

Тепловые эффекты могут быть рассмотрены для инфракрасного излучения и начала диапазона видимого света. Фотохимические эффекты характерны для ультрафиолетового излучения и видимого света.

Если тело подвергается острым тепловым импульсам, длительность которых составляет порядка наносекунд, то это может привести к механическому повреждению тканей организма.

Если длительность такого импульса меньше 1 нс, повреждение происходит из-за прямого воздействия электрического поля на ткани.

Из-за высокой распространенности в промышленности устройств, испускающих оптическое излучение в диапазоне высокой интенсивности УФ-С и УФ-В, риск повреждения роговицы увеличился. Риск возрастает, даже если такие источники включены в оптическую систему, содержащую элементы, передающие или отражающие УФ-излучение. Примером деятельности, где воздействие ультрафиолетового излучения огромно, может быть сварка.

В последние годы разворачивается тезис о том, что промышленное излучение в видимом диапазоне не способно повредить сетчатку и сосудистую оболочку. Действительно, так было в прошлом. Тело может защищаться с помощью света высокой яркости. Защитные механизмы включают, например, рефлекс мигает или поворачивает голову от источника света. Однако в последние несколько десятилетий в промышленности используются источники света с постоянно возрастающей интенсивностью. Был потенциальный риск повреждения сосудистой оболочки и сетчатки. Результаты первых испытаний показывают, что на самом деле такое повреждение происходит в результате длительного воздействия радиации.

Когда лазерные источники широко использовались, страх перед излучением, вызванным ими, привел к разработке технических стандартов и ограничений, касающихся воздействия этого излучения на человека.

Тем не менее, не существует руководящих принципов по защите здоровья и правил безопасности в отношении ламп и других не лазерных источников оптического излучения.

Ниже приведены некоторые примеры источников воздействия оптического излучения и возможных воздействий этого излучения на организм человека и людей, подвергающихся воздействию этого излучения:

• Солнечный свет - эффектом действия могут быть солнечные ожоги, катаракта, ретинит, рак кожи. Люди, которые работают на открытом воздухе, то есть фермеры и строители, являются особенно уязвимыми людьми. Тем не менее, потенциальная угроза касается нас всех.
• дуговые лампы - излучение этой лампы может привести к кератиту, повреждению сетчатки, эритеме и раку кожи. Потенциально уязвимыми группами являются сотрудники оптических лабораторий или операторы печатных камер.
• аргоновые лазеры - излучают свет в видимом диапазоне, что может привести к повреждению сетчатки или локальным ожогам кожи. Люди из группы риска - это сотрудники лаборатории, медицинский персонал или все, кто смотрит лазерные шоу.

Похожие