Лазерное излучение и особенности его распространения

 

Действие лазеров на организм зависит от параметров излучения (мощности) и энергии облучения на единицу поверхности, длины волны, длительности импульса, частоты импульсов, времени облучения, плоскости поверхности, облучаемой, локализации воздействия и анатомо-физиологических особенностей облучаемого объекта.

 

В зависимости от специфики технологического процесса работа с лазерным оборудованием может сопровождаться воздействием на персонал главным образом отраженного и рассеянного излучения. Мощный поток лазерной энергии, попадающей на биологические ткани, может вызвать серьезные поражения. Лазерное излучение влияет на живой организм путем теплового и электрического действия.

Биологическое действие лазерного излучения возникает вследствие поглощения организмом его энергии, что приводит тепловой эффект. Термический эффект лазерного излучения зависит от физической характеристики лучей спектральной характеристики открытых участков кожи, состояния кровообращения..

Способность организма поглощать энергию зависит от характера тканей. Жировая ткань организма вообще не поглощает энергию. Теплоотдача внутренних частей тела очень незначительна, что вызывает локальное нагрев ния а также концентрацию поглощенной энергии в небольшом объеме Этим объясняется поражение головного мозга, внутренних органов.

Под действием лазерного облучения жидкость, окружающая биологические структуры, мгновенно испаряется, приводя к резкому повышению давления, возникновения, вследствие этого, ударной волны и механической травмы. Получается не только ожог, но и разрыв тканей, и это представляет большую опасность для зрительного анализатора.

Наибольшую часть лазерного излучения воспринимает кожный покров, что представляет собой естественный экран для защиты внутренних органов результате облучения возникают ожоги и отеки кожи разных степеней в - от покраснения до некроза (омертвение кожи). Глубина проникновения лучей зависит от пигментации кожи. Чем кожа темнее, тем меньше глубина проникновения лучей. Порог повреждения темно-пигментнои кожи значительно меньше, чем светло-пигментной.

 

Особенно опасно воздействие лазерного излучения на глаза, через которые оно проходит без потерь, достигая сетчатки. Плотность энергии на сетчатке глаза возрастает при увеличении диаметра зрачка, поэтому повреждений на глаза в темноте значительно больше, чем при ярком освещении. Чем темнее сетчатка, тем меньший порог повреждающего плотности энергии.

 

Глава 8. ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНИКА В ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

Лазерное излучение и особенности его распространения

 

Лазеры являются генераторами оптического диапазона, вкоторых используется вынужденное электромагнитное излучение молекул активного вещества, приводимого в возбужденное состояние источником накачки. Активное вещество помещено в оптический резонатор, образованный, двумя параллельными зеркалами (рис. 8.1), благодаря чему происходит взаимная синхронизация излучения отдельных молекул. Все молекулы активного вещества излучают синфазно, в результате чего формируется остронаправленный пучок излучения с очень малой шириной спектра. Такое излучение называют когерентным, а не расходящийся пучок излучения – коллимированным.

В отличие от обычных, некогерентных источников света, когерентное излучение лазера с помощью системы линз может быть сфокусировано на малую сравнимую с длиной волны площадку. Плотность мощности излучения в центре площадки для мощных лазеров может достигать 10¹⁰…10¹⁵ Вт/см², что значительно больше плотности мощности излучения на поверхности Солнца. При этом напряженность электрического поля 10⁶...10⁸ В/см.

При столь большой напряженности поля происходит электрический пробой любых материалов и дальнейшее их разрушение. В ничтожно малом объеме вещества выделяется большая мощность, что приводит к очень быстрому, повышению температуры вплоть до 10⁵...10^б °К, испарению вещества и его ионизации. Испарение носит взрывной характер, в результате чего на поверхности материала образуется микрократер и возникает ударная волна.

При дальнейшем действии лазерного излучения испаряющееся под действием лазерного излучения вещество образует факел, который экранирует облучаемый материал от непосредственного воздействия лазерного излучения. Факел интенсивно нагревается лазерным лучом, ионизируется, аккумулирует тепло и передает его основному материалу. Нагревание материала становится более плавным, начинается стационарный процесс обработки.

При распространении несфокусированного излучения пробой материала может не возникать, но вследствие нелинейной зависимости показателя преломления материала от напряженности поля может возникать самофокусировка излучения и дальнейшее распространение пучка в сфокусированном виде (самоканализация).

При распространении лазерного излучения в атмосфере происходит рассеяние луча на частицах пыли и капельках воды (тумана). Под действием энергии луча происходит испарение капелек воды и просветление канала распространения. Однако при этом оптическая плотность (коэффициент преломления) среды в середине канала уменьшается, что приводит к дефокусировке луча.

При высокой плотности мощности лазерного излучения возможны пробой и ионизация воздуха. Лазерный пробой является очень нежелательным явлением, так как при этом лазерный луч поглощается, не доходя до цели. Для предотвращения лазерного пробоя лазерное излучение большой мощности следует передавать к месту назначения в пучках большого диаметра.

Распространение лазерного излучения в воде и других жидкостях сопровождается довольно сильным затуханием и рассеяние причем рассеяние определяется в основном содержащимися в воде взвесями. Вода наиболее прозрачна при длине волны 0,48 мкм; в этом случае затухание составляет 0,05 м^-1. Для ультрафиолетового и инфракрасного излучения затухание очень сильное. Благодаря, возможности интенсивного перемешивания воды в ней может распространятся лазерное излучение довольно большой мощности. При плотности потока мощности, превышающей 10¹⁰ Вт/см², происходит закипание и ионизация воды.