Лазерное излучение — красный и зеленый лазер, безопасность лазеров
Лазер — акроним от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что дословно переводится «усиление света посредством вынужденного излучения» — это устройство, преобразующее энергию накачки в энергию узконаправленного потока излучения.
Существует большое количество различных типов лазеров. Их можно разделять на группы по источнику накачки, рабочему телу, области применения. Т.к. в данной статье лазеры будут рассмотрены в контексте безопасности работы с лазерными нивелирами и дальномерами, то внимание будет обращено на такие параметры, как рабочая длина волны (нм) и мощность излучения (мВт).
Длина волны, если она находится в видимом диапазоне, обуславливает цвет лазерного луча. Мощность излучения обуславливает яркость луча, те или иные возможности (прицеливание, демонстрация оптических эффектов, считывание штрих-кодов, резка и сварка материалов, лазерная хирургия, накачка других лазеров).
Излучение в лазерных нивелирах и дальномерах работает как обычная лазерная указка — портативный генератор когерентных и монохроматических электромагнитных волн видимого диапазона в виде узконаправленного луча. Изготавливается на основе красного лазерного диода, который излучает в диапазоне 635-670 нм. Мощность их излучения не превышает 1,0 мВт.
Лазерное излучение представляет существенную опасность для глаз, так как это излучение хорошо фокусируется хрусталиком на сетчатке глаза. В то же время бытовые лазерные приборы имеют малую ширину пучка, что обеспечивает высокую поверхностную плотность энергии в поперечном сечении луча. Именно высокая плотность энергии и может вызвать ожоги и другие повреждения. Лазеры большей мощности способны вызывать поражения глаз даже рассеянным излучением. Прямое, а в некоторых случаях и рассеянное излучение такого лазера способно вызывать ожоги кожи (вплоть до полного разрушения) и представляет пожарную опасность.
Существует несколько классификаций опасности лазеров, которые, однако, весьма похожи. Ниже приведена наиболее распространенная международная классификация.
| Класс 1 Лазеры и лазерные системы очень малой мощности, не способные создавать опасный для человеческого глаза уровень облучения. Излучение систем класс 1 не представляет никакой опасности даже при долговременном прямом наблюдении глазом. К классу 1 относятся также лазерные устройства с лазером большей мощности, имеющие надежную защиту от выхода луча за пределы корпуса | ||||
| Класс 2 Маломощные видимые лазеры, способные причинить повреждение человеческому глазу в том случае, если специально смотреть непосредственно на лазер на протяжении длительного периода времени. Такие лазеры не следует использовать на уровне головы. Лазеры с невидимым излучением не могут быть классифицированы как лазеры 2-го класса. Обычно к классу 2 относят видимые лазеры мощностью до 1 мВт | ||||
| Класс 2a Лазеры и лазерные системы класса 2a, расположенные и закрепленные таким образом, что попадание луча в глаз человека при правильной эксплуатации исключено | ||||
| Класс 3a Лазеры и лазерные системы с видимым излучением, которые обычно не представляют опасность, если смотреть на лазер невооружённым взглядом только на протяжении кратковременного периода (как правило, за счет моргательного рефлекса глаза). Лазеры могут представлять опасность, если смотреть на них через оптические инструменты (бинокль, телескоп). Обычно ограничены мощностью 5 мВт. Во многих странах устройства более высоких классов в ряде случаев требуют специального разрешения на эксплуатацию, сертификации или лицензирования | ||||
| Класс 3b Лазеры и лазерные системы, которые представляют опасность, если смотреть непосредственно на лазер. Это же относится и к зеркальному отражению лазерного луча. Лазер относится к классу 3b, если его мощность более 5 мВт | ||||
| Класс 4 Лазеры и лазерные системы большой мощности, которые способны причинить сильное повреждение человеческому глазу короткими импульсами (
Устроены зеленые лучи более сложно: первый лазер, инфракрасный, длиной волны 808 нм, светит в кристалл Nd:YVO4 – получается лазерное излучение с длиной волны 1064 нм. Оно попадает на кристалл «удвоителя частоты» — и получается 532 нм.
В некоторых лазерах есть инфракрасный фильтр, но это значительно увеличивает цену прибора, значит может присутствовать только в дорогих моделях. Так же стоит заметить, что зеленые диоды, устройства которые излучают зеленый луч, значительно дороже при производстве (в несколько раз по причине большего числа брака по сравнению с красным). А рабочий ресурс зеленого диода значительно ниже. Суммарно это отражается на конечной стоимости нивелира лазерного. В итоге получается следующая картина. Нивелир лазерный с зеленым лучом строит проекции, которые лучше видны, ресурс такого прибора ниже, стоимость выше (порой у один производитель за одинаковые модели отличающиеся лишь лазером выставляет цену отличающуюся в 1,5-2 раза). Следует отметить, что по заявленным производителями нивелиров характеристикам мощность такого лазера до 2,7 мВт (у красного до 1,0 мВт), а безопасность по классу 3 (у красного 2). Подведем итог, зеленый цвет лазера действительно лучше виден в условиях дневного света, чем красный, но нельзя забывать о том, что он значительно небезопаснее и неоправданно дорог. Источник Лазеры среднего ИК диапазона спектра: применения
Средний инфракрасный (средний ИК) диапазон спектра все еще незнаком для большинства пользователей лазеров, поскольку в этом диапазоне длин волн коммерчески доступно лишь несколько лазеров. Недавно были разработаны новые компактные и универсальные лазеры среднего инфракрасного диапазона, которые открыли новые возможности для инновационных приложений в промышленности, науке, здравоохранении и окружающей среде. Что такое средний ИК?Согласно стандарту ISO (ISO: 20473:2007) [1], средний инфракрасный диапазон – это часть электромагнитного спектра, охватывающая длины волн от 3 до 50 мкм. Эта спектральная область часто разделяется на две подобласти: средневолновую инфракрасную область (MWIR), простирающуюся от 3 до 8 мкм, и длинноволновую инфракрасную область (LWIR), простирающуюся от 8 до 15 мкм. Почему лазеры среднего ИК?В настоящее время лазеры широко используются для обработки материалов, хирургических процедур, телекоммуникаций, спектроскопии, оборонных приложений и фундаментальных наук. Лазеры среднего ИК диапазона становятся все более привлекательными для исследований и промышленности, поскольку они предлагают беспрецедентные преимущества во всех этих областях применения. И вот почему: Излучение среднего ИК диапазона может избирательно поглощаться материалами или молекулами В среднем ИК диапазоне обнаруживаются фундаментальные колебательные резонансы большинства жидкостей, газов и неметаллов, таких как пластмассы, стекла или биологические ткани. Рис. 1 показывает, что сильные полосы поглощения воды, метана, CO2 и полимеров в основном расположены в средней инфракрасной области. Когда длина волны излучения лазера среднего ИК диапазона перекрывается с этими резонансами, свет избирательно поглощается этими материалами или молекулами. Лучшее поглощение означает лучший контроль, точность, эффективность и скорость для хирургических операций и обработки материалов или лучшую селективность и отношение сигнал/шум для спектроскопии и микроскопии. Таким образом, лазеры с фиксированной или перестраиваемой длиной волны в среднем инфракрасном диапазоне находят серьезное применение в инфракрасной спектроскопии [2], включая мониторинг газов в окружающей среде [3] и анализ дыхания [4], а также в микроскопии [5], минимально инвазивной лазерной хирургии [6] и лазерной обработке неметаллов (резка, сверление, обработка поверхности и т.д.). По сравнению с УФ поглощением, избирательная абляция в среднем ИК диапазоне может играть важную роль при лазерной обработке многослойных устройств в электронной, фотонной или медицинской промышленности, где важно обрабатывать определенный слой, не затрагивая другие соседние слои.
Рис. 1. Полосы поглощения важных молекул и материалов. Излучение среднего ИК диапазона может передаваться на большие расстояния в атмосфере Средний ИК диапазон также содержит два основных окна прозрачности атмосферы (области 3 – 5 мкм и 8 – 12 мкм), где наблюдается очень низкое поглощение основными составляющими атмосферы, как показано на рис. 2. В этих спектральных лазерное излучение окнах может распространяться на большие расстояния, что позволяет использовать их в обороне (например, ракетное противодействие [7]) и в связи на больших открытых расстояниях [8].
Рис. 2. Пропускание атмосферы выше в средней ИК области спектра. Изображение взято из [9]. Лазеры среднего ИК диапазона являются идеальными научными инструментами Лазеры среднего ИК диапазона также являются идеальным лабораторным инструментом для научных приложений, включая нелинейную оптику, кремниевую фотонику, квантовую оптику [10], физику полей высокой напряженности [11], частотные гребенки [12] и генерацию суперконтинуума [13]. Эти передовые приложения, безусловно, приведут к новым захватывающим открытиям в области лазеров, которые будут переведены на реальные применения. Фотонные интегральные схемы в среднем ИКФотонные интегральные схемы (PIC) считаются одной из самых многообещающих фотонных технологий 21 века. И волоконные лазеры среднего инфракрасного диапазона могут сыграть значительную роль в развитии этих технологий. Появление интегрированной фотоники Полупроводниковые материалы, такие как кремний и германий, являются одними из наиболее широко используемых материалов в электронной промышленности. Недавно были предприняты усилия по адаптации литейных предприятий КМОП для разработки интегрированных фотонных устройств, что в настоящее время является одной из основных тенденций в фотонной индустрии. Благодаря использованию фотонов вместо электронов фотонные интегральные схемы (PIC) на основе кремния, германия или других полупроводниковых материалов позволяют разрабатывать сверхкомпактные недорогие приемопередатчики, переключатели и датчики с более высокими возможностями, чем их электронные аналоги. Эти устройства, вероятно, сыграют важную роль в наступающей эре «Интернета вещей» (IoT). Рис. 3. Фотонная интегральная схема. Фото предоставлено с позволения Wei Shi, университет Лаваля [14]. Уже сейчас можно с уверенностью сказать, что средняя ИК область спектра предоставляет значительные возможности для роста фотонных интегральных схем, особенно для сенсорных и нелинейных приложений. Сенсорные приложения Средний ИК диапазон охватывает наиболее важные спектральные характеристики молекул, что делает эту полосу идеальной для молекулярного зондирования. Таким образом, PIC можно оптимизировать для разработки компактных датчиков, встроенных в ту же микросхему, для мониторинга окружающей среды, управления производственными процессами или даже медицинской диагностики.
Рис. 4. Спектральные характеристики важных газовых примесей. Адаптированное изображение из [15]. Нелинейная оптика Кремний и германий – сильные нелинейные материалы, которые в основном прозрачны в среднем ИК диапазоне. Более того, волноводная природа фотонных интегральных схем приводит к сильному ограничению света, распространяющегося внутри устройства. Новые нелинейные эффекты, такие как четырехволновое смешение, стимулированное рамановское рассеяние и рассеяние Бриллюэна, могут быть значительно усилены за счет бесконечной гибкости конструкции PIC в среднем ИК диапазоне. Например, компактный суперконтинуум и оптические частотные гребенки уже были продемонстрированы с помощью нелинейных PIC [16, 17]. К сожалению, эти нелинейные эффекты ослабляются поглощением и дисперсией свободных носителей в результате двухфотонного поглощения (TPA) в волноводе, когда в эксперименте используются лазеры ближнего инфракрасного диапазона (длина волны 08 2020 Автор: Виктор Раздел: Спектроскопия Источник Почему мощность диодного лазера не показатель эффективности? Расширенная теория селективного фототермолизаНа что вы смотрите в первую очередь при выборе аппарата? Как правило, это выходная мощность диодного лазера, верно? Но давайте мы объясним вам, почему это не критерий для выбора оборудования. Выходная мощность не является показателем эффективности диодного лазера. Китайские производители диодных лазеров, чтобы заявить свое преимущество, ввели бессмысленную гонку, постоянно увеличивая мощность излучателей не только на словах, но иногда даже на деле. Эту идею подхватили маркетологи, чтобы хоть как-то привлечь клиентов на невзрачный товар. Обычно эти параметры рисуются такими, какими их хочет видеть продавец или покупатель и в 90% случаев не соответствуют действительности. То есть, если вы видите перед собой лазер мощностью 1000 W и 400 W, то вы не сможете определить какой из этих лазеров лучше справится со своей задачей. Так на что же нужно обращать внимание? Основные параметры для результативного удаления волос:
Плотность энергииПлотностью энергии показывает какое количество энергии поступает на единицу площади (Дж/см2). Это основной параметр, на который нужно смотреть при выборе аппарата для эпиляции. Плотность энергии должна распределяться равномерно по всей поверхности рабочего окна и соответствовать выдаваемой. Если в программе установлено значение 20 Дж/см2, то на выходе должно быть тоже самое значение. Высокий показатель плотности коррелирует с более выраженным эффектом удаления волос. Но при этом и вероятность появления нежелательных побочных эффектов тоже выше. Рекомендуемая плотность энергии воздействия указываются на лазерных устройствах, но она скорее предназначена для неопытных операторов. Более правильный метод определения оптимальной плотности потока для конкретного пациента – это оценить достижение требуемого клинического результата по перифолликулярной эритеме и отеку. Таким образом, наилучший эффект воздействия покажет самая высокая плотность потока энергии, которая будет переносима для пациента. Клинический результат должен быть без неприятных эффектов. Оптимальной рабочей плотностью энергии будет показатель 20-40 Дж/см2. Длительность импульсаЭтот параметр определяется как время облучения лазером в миллисекундах. Теория селективного фототермолиза позволяет специалисту выбирать оптимальную длительность импульса, исходя из времени тепловой релаксации. Например, терминальный волос, имеющий диаметр около 300 мкм, имеет расчетное время тепловой релаксации примерно 100 мс. Однако, в отличие от многих других областей применения лазеров, волосяной фолликул характеризуется пространственным разделением хромофора (меланина) в волосяном стержне и биологической «мишени» — стволовых клеток в области уширения фолликула и в волосяной луковице. Расширенная теория селективного фототермолиза учитывает это пространственное разделение и вводит время теплового повреждения, которое считается более длительным, чем время тепловой релаксации. Более короткие импульсы также могут служить удалению волос, но не так эффективны для долгосрочного результата. Более длинные импульсы более избирательны по отношению к меланину внутри волосяного фолликула и могут минимизировать повреждения кожи. Потому как продолжительность импульса дольше, чем время тепловой релаксации меланосом и меланоцитов в эпидермисе. Как выбрать эффективный лазерный аппарат?Плотность энергии формируется выходной мощностью излучателя, длительностью импульса (воздействия) и размером рабочего окна. Чем меньше выходная мощность излучателя, тем больше будет длительность импульса для получения необходимой плотности энергии и наоборот. Для примера возьмем 2 аппарата. У одного устройства фактическая мощность 1000 Вт, у второго 4000 Вт. Аппарат №1, с фактической мощностью 1000 Вт имеет размер светового окна 10*10мм. Рассчитываем его плотность энергии: 1000 (Вт) * 0,04 сек / 1 см2 = 40 Дж/см2 Аппарат №2 с заявленной выходной мощностью 4000 Вт, имеющий тот же размер окна 10*10мм имеет такую же плотность энергии: (4000Вт*0,01 сек) / 1см2 = 40 Дж/см2 В обоих случаях плотность энергии получилась одинаковая. Полученная плотность энергии укладывается в стандарты. Процедура при таких параметрах должна показать одинаковый результат. Но! Мы упустили такой параметр, как длительность импульса! При выходной мощности 4000 Вт, чтобы достичь необходимой плотности энергии импульса, длительность импульса нужно сократить до 10 мсек. Короткий и мощный импульс, согласно расширенной теории селективного фототермолиза, будет недостаточным для достижения долгосрочных результатов. Источник ➤ Adblockdetector |
