Типи лазерних вказівок. Чому лазери небезпечні

Основними властивостями лазерного випромінювання є: монохроматичність, просторова та тимчасова когерентність, спрямованість, висока потужність та яскравість.

Монохроматичність та поляризація .

Монохроматичність характеризує ступінь концентрації випромінювання за спектром. Кількісною характеристикою ступеня монохроматичності є ширина спектральної лінії на рівні 0,5 від її максимуму або спектральний діапазон займаний групою лінії.

Більш об'єктивною характеристикою є відносна ширина спектра
, де ,- кутова частота та довжина хвилі, що відповідають максимуму спектра.

Ширина спектральної моди, що виділяється резонатором, визначається його добротністю
. У свою чергу величина визначається втратами у резонаторі.

Теоретична межа ширини спектральної лінії лазерного випромінювання визначається двома факторами: 1) шумами, зумовленими тепловим випромінюванням у резонаторі; 2) шумами, пов'язаними із спонтанним випромінюванням активної речовини. В оптичному діапазоні шуми за рахунок спонтанного випромінювання переважаю над тепловими шумами. Якщо враховувати лише шуми, спричинені спонтанними переходами, то виявиться, що спектральна лінія вихідного лазерного випромінювання має лоренцеву формулу (див. п.1.7) з напівшириною
, де Р- Вихідна потужність лазерного випромінювання.

Для лазера з вихідною потужністю Р= 1 мВт, що випромінює в червоній області спектру ( λ 0 = 0,63 мкм) і має добротність резонатора 10 8 отримуємо
≈ 5∙10 -16 . Так як
, при L=1м допустиме відхилення довжини резонатора становить
= 5∙10 -7 нм. Вочевидь, стабілізувати довжину резонатора у межах дуже проблематично. У реальних умовах монохроматичне лазерне випромінювання визначається змінами довжини резонатора, спричиненими тепловими ефектами, вібраціями тощо.

Розглянемо питання про поляризації лазерного випромінювання Світло, яке має впорядкованість орієнтації векторів напруженостейEіH, називається поляризованим. Лазер, взагалі кажучи, може генерувати неполяризоване світло, але це шкодить стабільній роботі лазера. Для забезпечення роботи лазера на одній поляризації та отримати на виході плоскополяризоване світло, достатньо всередину резонатора ввести втрати для однієї з двох поляризацій. Плоскополяризованим називається світло, у якого напрямки коливань векторівEіHу будь-якій точці простору залишаються незмінними у часі. У твердотільних лазерах при цьому використовується анізотропія оптичних властивостей активної речовини. Наприклад, випромінювання рубінового лазера, як правило, поляризовано внаслідок його двопроменеломлення і розбіжності оптичної осі кристала з віссю резонатора.

Когерентність характеризує узгоджене протікання у часі та у просторі двох або кількох коливальних хвильових процесів, що з'являється при їх складанні.

У найпростішому вигляді в оптиці когерентність пов'язана з сталістю різниці фаз двох різних випромінювань або двох частин одного випромінювання. Інтерференція двох випромінювань при їх складанні може спостерігатися тільки якщо вони взаємно когерентні.

Для електромагнітної хвилі можна визначити два незалежні поняття - простір і час когерентності.

Під просторовою когерентністю розуміють кореляцію фаз електромагнітних хвиль, випущених із різних точок джерела в однакові моменти часу.

Під тимчасової когерентністю розуміють кореляцію фаз електромагнітних хвиль, випущених із однієї й тієї точки.

Просторова та тимчасова когерентність – незалежні параметри: один вид когерентності може існувати без іншого. Просторова когерентність залежить від поперечної вихідної моди лазера. Лазер безперервної дії, що працює на одній поперечній моді, має майже ідеальну просторову когерентність. Імпульсний лазер у багатомодовому режимі має обмежену просторову когерентність.

Тимчасова когерентність безпосередньо з монохроматичностью. Одночастотні (одномодові) лазери безперервної дії мають високий рівень тимчасової когерентності.

Ступінь взаємної когерентності двох випромінювачів можна експериментально визначити за контрастом інтерференційної картини

, (1)

і
- Інтенсивності в максимумі та мінімумі інтерференційних смуг.

Вимірявши інтенсивності
і
поблизу вибраних точок екрана можна визначити функцію , Що характеризує ступінь взаємної когерентності першого порядку

. (2)

Для спостереження лише просторової когерентності у точках х 1 і х 2
, тобто. проводити вимірювання поблизу точки 0 (див. рис. 2.10). Для спостереження лише тимчасової когерентності отвору х 1 і х 2 повинні бути розташовані як завгодно близько (збігатися), але для двох хвиль, що інтерферують, повинна бути забезпечена затримка в часі на наприклад, шляхом поділу хвилі від отвору х 1 дві частини за допомогою додаткового напівпрозорого дзеркала, як це робиться в інтерферометрі Майкельсона.

Рис. 2.10. Вимір ступеня когерентності електромагнітної хвилі за допомогою інтерферометра Юнга.

Час когерентності дорівнює 1/∆ ω , де ∆ ω - Ширина лінії в Гц. Час когерентності, помножений на швидкість світла, є довжиною когерентності. Остання характеризує глибину різкості в голографії та граничні дистанції, на яких можливі інтерферометричні виміри.

Когерентність випромінювання має значення тих застосуваннях лазера, де відбувається розщеплення і наступне складання складових лазерного пучка. До цих застосувань відносяться інтерферометрична лазерна далекометрія, голографія.

Якщо розташувати джерела оптичного випромінювання у порядку зменшення ступеня когерентності генерації ними випромінювання, матимемо: газові лазери – рідинні - твердотільні лазери на діелектриках- напівпровідникові лазери- газорозрядні лампи – світлодіоди - лампи розжарювання.

Спрямованість та яскравість.

Спрямованістю випромінювання називають локалізацію випромінювання поблизу одного напрямку, що є віссю розповсюдження випромінювання. Лазерне випромінювання за своєю природою має високий ступінь спрямованості. Для лазерного випромінювання коефіцієнт спрямованості може досягати 2000. Розбіжність лазерного випромінювання обмежується явищами дифракції.

Спрямованість лазерного випромінювання характеризується його розбіжністю, яка визначається відношенням довжини хвилі випромінювання, що генерується, до лінійного розміру резонатора..

Випромінювання лазерів є когерентним і тому фронт хвилі є, як правило, майже площиною або сферою з дуже великим радіусом. Таким чином, лазер можна розглядати як джерело майже паралельного проміння з дуже малою розбіжністю. У принципі, ця розбіжність визначається дифракцією променів на вихідному отворі. Кутова розбіжність  изл, що визначається дифракцією, оцінюється виразом
, де d- Діаметр отвору або діаметр пучка в найбільш вузькій його частині.

Когерентне випромінювання лазера можна сфокусувати на пляму надзвичайно малих розмірів, де щільність енергії буде дуже великою. Теоретичною межею мінімального розміру лазерного пучка є довжина хвилі. Для промислових лазерів розміри сфокусованої світлової плями становлять 0,001-0,01 см. В даний час за допомогою лазерів досягнуто потужності випромінювання 10 11 Вт/см 2 (щільність випромінювання Сонця становить лише 7 10 3 Вт/см 2).

Висока спрямованість лазерного випромінювання визначає його високу яскравість. Яскравість джерела електромагнітної хвилі є потужність випромінювання, що випускається з одиниці поверхні в одиничному вугіллі тілесному в напрямку, перпендикулярному випромінювальної поверхні.

Крім енергетичної яскравості, вводиться поняття фотометричної яскравості. Вона служить для оцінки ефективності впливу світла на око людини. Перехід від енергетичних величин до фотометричних здійснюється через коефіцієнт
, що залежить від довжини хвилі.

Цей коефіцієнт є світловим еквівалентом потоку випромінювання та називається спектральною світловою ефективністю монохроматичного випромінюваннячи видністю. Для нормального денного зору максимум функції видності посідає довжину хвилі = 555 нм (дзеркальне світло). При =380 і 780 нм видимість зменшується майже нуля.

Тривалість дії лазерного випромінювання

Тривалість визначається конструкцією лазера. Можна виділити такі типові режими розподілу випромінювання у часі:

Безперервний режим;

Імпульсний режим, тривалість імпульсу визначається тривалістю спалаху лампи накачування, типова тривалість Дфл~10-3с;

Режим модуляції добротності резонатора (тривалість імпульсу випромінювання визначається перевищенням накачування над порогом генерації та швидкістю та швидкістю включення добротності, типова тривалість лежить в інтервалі 10-9 - 10-8 с, це так званий наносекундний діапазон тривалостей випромінювання);

Режим синхронізації та поздовжніх мод у резонаторі (тривалість імпульсу випромінювання Дфл~10-11с - пікосекундний діапазон тривалостей випромінювання);

Різні режими примусового скорочення імпульсів випромінювання (Дфл ~10-12с).

Щільність потужності випромінювання

Лазерне випромінювання може бути сконцентровано у вузькоспрямованому промені з великою густиною потужності.

Щільність Ps потужності випромінювання визначається ставленням потужності випромінювання, що проходить через переріз лазерного пучка, до площі перерізу та має розмірність Вт см-2.

Відповідно щільність Ws енергії випромінювання визначається ставленням енергії, що проходить через переріз лазерного пучка, до площі перерізу та має розмірність Дж см-2

Щільність потужності в промені лазера досягає великих величин внаслідок складання енергії величезної множини когерентних випромінювань окремих атомів, що приходять в обрану точку простору в однаковій фазі.

Когерентне випромінювання лазера за допомогою оптичної системи лінз можна сфокусувати на малу, порівнянну із довжиною хвилі майданчик на поверхні об'єкта.

Щільність потужності лазерного випромінювання цьому майданчику сягає величезної величини. У центрі майданчика щільність потужності:

де Р – вихідна потужність лазерного випромінювання;

D – діаметр об'єктиву оптичної системи;

л – довжина хвилі;

f – фокусна відстань оптичної системи.

Випромінювання лазера з величезною щільністю потужності, впливаючи на різні матеріали, руйнує і навіть випаровує їх в області падаючого сфокусованого випромінювання. Одночасно в області падіння лазерного випромінювання на поверхню матеріалу на ньому створюється світловий тиск у сотні тисяч мегапаскалів.

У результаті відзначимо, що фокусуючи випромінювання ОКГ до плями, діаметр якого приблизно дорівнює довжині хвилі випромінювання, можна отримати світлове тиск в 106МПа, а також величезні щільності потужності випромінювання, що досягають величин 1014-1016Вт.см-2, при цьому виникають температури до декількох мільйонів кельвінів.

Блок схема оптичного квантового резонатора

Лазер складається з трьох основних частин: активне середовище, пристрій накачування та оптичний резонатор. Іноді додають і пристрій термостабілізації.

Малюнок 3 - Блок-схема лазера

1) Активне середовище.

Для резонансного поглинання та посилення за рахунок вимушеного випромінювання необхідно, щоб хвиля проходила крізь матеріал, атоми або системи атомів якого налаштовані на потрібну частоту. Інакше кажучи, різниця енергетичних рівнів E2 - E1 для атомів матеріалу повинна дорівнювати частоті електромагнітної хвилі, помноженої на постійну Планка: E2 - E1 = hn. Далі, щоб вимушене випромінювання переважало над поглинанням, атомів на верхньому енергетичному рівні має бути більше, ніж нижньому. Зазвичай цього немає. Понад те, будь-яка система атомів, досить тривалий час надана собі, входить у рівновагу зі своїм оточенням за низької температури, тобто. досягає стану найнижчої енергії. За підвищених температур частина атомів системи збуджується тепловим рухом. За нескінченно високої температури всі квантові стани були б однаково заповнені. Але оскільки температура завжди кінцева, переважна частка атомів перебуває у нижчому стані, і що вище стану, тим менше вони заповнені. Якщо за абсолютної температурі T у нижчому стані знаходиться n0 атомів, то число атомів у збудженому стані, енергія якого на величину E перевищує енергію нижчого стану, дається розподілом Больцмана: n=n0e-E/kT, де k - постійна Больцмана. Оскільки атомів, що у нижчих станах, за умов рівноваги завжди більше, ніж у вищих, за таких умов завжди переважає поглинання, а чи не посилення з допомогою вимушеного випромінювання. Надлишок атомів у певному збудженому стані можна створювати та підтримувати, тільки штучно переводячи їх у цей стан, причому швидше, ніж вони повертаються до теплової рівноваги. Система, в якій є надлишок збуджених атомів, прагне теплової рівноваги, і її необхідно підтримувати в нерівноважному стані, створюючи в ній такі атоми.

2) Резонатор.

Оптичний резонатор являє собою систему спеціально узгоджених двох дзеркал, підібраних таким чином, щоб слабке вимушене випромінювання, що виникає в резонаторі за рахунок спонтанних переходів, багаторазово посилювалося, проходячи через активне середовище, вміщене між дзеркалами. Внаслідок багаторазових відбитків випромінювання між дзеркалами відбувається ніби подовження активного середовища у бік осі резонатора, що визначає високу спрямованість лазерного випромінювання. У складніших лазерах застосовуються чотири і більше дзеркал, що утворюють резонатор. Якість виготовлення та встановлення цих дзеркал є для якості отриманої лазерної системи. Також, в лазерній системі можуть монтуватися додаткові пристрої для отримання різних ефектів, такі як дзеркала, що повертаються, модулятори, фільтри і поглиначі. Їх застосування дозволяє змінювати параметри випромінювання лазера, наприклад, довжину хвилі, тривалість імпульсів тощо.

Резонатор - основний визначальний чинник робочої довжини хвилі, і навіть інших властивостей лазера. Існують сотні чи навіть тисячі різних робочих тіл, на основі яких можна побудувати лазер. Робоче тіло піддається «накачування», щоб отримати ефект інверсії електронних населень, що викликає вимушене випромінювання фотонів та ефект оптичного посилення. У лазерах застосовуються такі робочі тіла.

Рідина, наприклад, у лазерах на барвниках складається з органічного розчинника, наприклад, метанолу, етанолу або етиленгліколю, в яких розчинені хімічні барвники, наприклад, кумарин або родамін. Конфігурація молекул барвника визначає робочу довжину хвилі.

Гази, наприклад, вуглекислий газ, аргон, криптон або суміші, такі як гелій-неонових лазерах. Такі лазери найчастіше накачуються електричними розрядами.

Тверді тіла, такі як кристали та скло. Суцільний матеріал зазвичай легується (активується) добавкою невеликої кількості іонів хрому, неодиму, ербію або титану. Типові кристали: алюмінієвий гранат (YAG), літієво-іттрієвий фторид (YLF), сапфір (оксид алюмінію) і силікатне скло. Найпоширеніші варіанти: Nd:YAG, титан-сапфір, хром-сапфір (відомий також як рубін), легований хромом стронцій-літій-алюмінієвий фторид (Cr:LiSAF), Er:YLF та Nd:glass (неодимове скло). Твердотілі лазери зазвичай накачуються імпульсною лампою або іншим лазером.

Напівпровідники. Матеріал, у якому перехід електронів між енергетичними рівнями може супроводжуватись випромінюванням. Напівпровідникові лазери дуже компактні, накачуються електричним струмом, що дозволяє використовувати їх у побутових пристроях, таких як програвачі компакт-дисків.

3) Пристрій накачування.

Джерело накачування подає енергію у систему. Це може бути електричний розрядник, імпульсна лампа, дугова лампа, інший лазер, хімічна реакція або вибухова речовина. Тип пристрою накачування безпосередньо залежить від використовуваного робочого тіла, а також визначає спосіб підведення енергії до системи. Наприклад, гелій-неонові лазери використовують електричні розряди в гелій-неоновій газовій суміші, а лазери на основі алюмо-іттрієвого гранату з неодимовим легуванням (Nd:YAG лазери) - сфокусоване світло ксенонової імпульсної лампи, ексімерні лазери - енергію хімічних реакцій.

Лазери стають все більш важливими інструментами дослідження в галузі медицини, фізики, хімії, геології, біології та техніки. При неправильному використанні вони можуть засліплювати та наносити травми (в т. ч. опіки та електротравми) операторам та іншому персоналу, включаючи випадкових відвідувачів лабораторії, а також завдати значної шкоди майну. Користувачі цих пристроїв повинні повною мірою розуміти та вживати необхідних заходів безпеки при користуванні ними.

Що таке лазер?

Слово «лазер» (LASS, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) є абревіатурою, яка розшифровується як «посилення світла індукованим випромінюванням». Частота випромінювання, що генерується лазером, знаходиться в межах або поблизу видимої частини електромагнітного спектра. Енергія посилюється до стану надзвичайно високої інтенсивності за допомогою процесу, що зветься «випромінювання лазерне індуковане».

Термін «радіація» часто розуміється неправильно, тому що його також використовують при описі. У даному контексті воно означає передачу енергії. Енергія переноситься з одного місця в інше за допомогою провідності, конвекції та випромінювання.

Існує безліч різних типів лазерів, що працюють у різних середовищах. Як робоче середовище використовуються гази (наприклад, аргон або суміш гелію з неоном), тверді кристали (наприклад, рубін) або рідкі барвники. Коли енергія подається у робоче середовище, вона перетворюється на збуджений стан і вивільняє енергію як частинок світла (фотонів).

Пара дзеркал на обох кінцях герметизованої трубки або відбиває, або передає світло як концентрованого потоку, званого лазерним променем. Кожне робоче середовище виробляє промінь унікальної довжини хвилі та кольору.

Колір світла лазера, зазвичай, виражається довжиною хвилі. Він є неіонізуючим і включає ультрафіолетову (100-400 нм), видиму (400-700 нм) та інфрачервону (700 нм - 1 мм) частину спектра.

Електромагнітний спектр

Кожна електромагнітна хвиля має унікальну частоту і довжину, пов'язану з цим параметром. Подібно до того, як червоне світло має свою власну частоту і довжину хвилі, так і всі інші кольори - помаранчевий, жовтий, зелений і синій - мають унікальні частоти і довжини хвиль. Люди здатні сприймати ці електромагнітні хвилі, але не в змозі бачити решту спектра.

Найбільшу частоту мають ультрафіолет. Інфрачервоне, мікрохвильова радіація та радіохвилі займають нижні частоти спектра. Видиме світло знаходиться у дуже вузькому діапазоні між ними.

вплив на людину

Лазер виробляє інтенсивний спрямований пучок світла. Якщо його направити, відобразити або сфокусувати на об'єкт, промінь частково поглинеться, підвищуючи температуру поверхні та внутрішньої частини об'єкта, що може спричинити зміну або деформацію матеріалу. Ці якості, які знайшли застосування в лазерній хірургії та обробці матеріалів, можуть бути небезпечними для тканин людини.

Крім радіації, що чинить тепловий вплив на тканини, небезпечне лазерне випромінювання, що справляє фотохімічний ефект. Його умовою є досить коротка, тобто ультрафіолетова або синя частини спектру. Сучасні пристрої виробляють лазерне випромінювання, вплив на людину якого зведено до мінімуму. Енергії малопотужних лазерів недостатньо для завдання шкоди, і небезпеки вони не становлять.

Тканини людини чутливі до впливу енергії, і при певних обставинах електромагнітне випромінювання, лазерне в тому числі, може призвести до пошкодження очей та шкіри. Було проведено дослідження порогових рівнів травмуючої радіації.

Небезпека для очей

Людське око більш схильний до травм, ніж шкіра. Рогівка (прозора зовнішня передня поверхня ока), на відміну від дерми, не має зовнішнього шару відмерлих клітин, що захищають від впливу навколишнього середовища. Лазерне та поглинається рогівкою ока, що може завдати їй шкоди. Травма супроводжується набряком епітелію та ерозією, а при тяжких ушкодженнях – помутнінням передньої камери.

Кришталик ока також може бути схильний до травм, коли на нього впливає різне лазерне випромінювання - інфрачервоне та ультрафіолетове.

Найбільшу небезпеку, однак, є вплив лазера на сітківку ока у видимій частині оптичного спектру - від 400 нм (фіолетовий) до 1400 нм (ближній інфрачервоний). У межах цієї області діапазону колімовані промені фокусуються на дуже невеликих ділянках сітківки. Найбільш несприятливий варіант впливу відбувається, коли око дивиться в далечінь і в нього потрапляє прямий або відбитий промінь. В цьому випадку його концентрація на сітківці досягає 100 000 разів.

Таким чином, видимий пучок потужністю 10 мВт/см2 впливає на сітківку ока з потужністю 1000 Вт/см2. Цього більш ніж достатньо, щоб спричинити пошкодження. Якщо око не дивиться вдалину, або якщо промінь відбивається від дифузної, не дзеркальної поверхні, до травм веде значно сильніше випромінювання. Лазерна дія на шкіру позбавлена ​​ефекту фокусування, тому вона набагато менше схильна до травм при цих довжинах хвиль.

Рентгенівське проміння

Деякі високовольтні системи з напругою понад 15 кВ можуть генерувати рентгенівські промені значної потужності: лазерне випромінювання, джерела якого - потужні з електронним накачуванням, а також плазмові системи та джерела іонів. Ці пристрої повинні бути перевірені у тому числі для забезпечення належного екранування.

Класифікація

Залежно від потужності чи енергії пучка та довжини хвилі випромінювання, лазери діляться на кілька класів. Класифікація заснована на потенційній здатності пристрою викликати негайну травму очей, шкіри, займання при прямому впливі променя або при відображенні від дифузних поверхонь, що відбивають. Всі комерційні лазери підлягають ідентифікації за допомогою намічених на них міток. Якщо пристрій було виготовлено вдома або іншим чином не позначено, слід отримати консультацію щодо відповідної класифікації та маркування. Лазери розрізняють за потужністю, довжиною хвилі та тривалістю експозиції.

Безпечні пристрої

Пристрої першого класу генерують низькоінтенсивне лазерне випромінювання. Воно не може досягти небезпечного рівня, тому джерела звільняються від більшості заходів контролю чи інших форм спостереження. Приклад: лазерні принтери та програвачі компакт-дисків.

Умовно безпечні пристрої

Лазери другого класу випромінюють у видимій частині спектра. Це лазерне випромінювання, джерела якого викликають у людини нормальну реакцію неприйняття надто яскравого світла (миготливий рефлекс). При дії променя людське око моргає через 0,25 с, що забезпечує достатній захист. Однак лазерне випромінювання у видимому діапазоні здатне пошкодити око при постійному впливі. Приклади: лазерні покажчики, геодезичні лазери.

Лазери 2а-класу є пристроями спеціального призначення із вихідною потужністю менше 1 мВт. Ці прилади викликають пошкодження лише при безпосередньому впливі протягом більше 1000 с за 8-годинний робочий день. Приклад: пристрої зчитування штрих-коду.

Небезпечні лазери

До класу 3а відносять пристрої, які не травмують при короткочасному впливі на незахищене око. Можуть становити небезпеку під час використання фокусуючої оптики, наприклад, телескопів, мікроскопів або біноклів. Приклади: гелій-неоновий лазер потужністю 1-5 мВт, деякі лазерні покажчики та будівельні рівні.

Промінь лазера класу 3b може призвести до травми при безпосередньому впливі або його дзеркальному відображенні. Приклад: гелій-неоновий лазер потужністю 5-500 мВт, багато дослідних та терапевтичних лазерів.

Клас 4 включає пристрої з рівнями потужності понад 500 мВт. Вони небезпечні для очей, шкіри, а також пожежонебезпечні. Вплив пучка, його дзеркального чи дифузного відбиття може стати причиною очних та шкірних травм. Мають бути вжиті всі заходи безпеки. Приклад: Nd:YAG-лазери, дисплеї, хірургія, металорізання.

Лазерне випромінювання: захист

Кожна лабораторія має забезпечити відповідний захист осіб, які працюють із лазерами. Вікна приміщень, через які може проходити випромінювання пристроїв 2, 3 або 4 класу з шкодою на неконтрольованих ділянках, повинні бути покриті або іншим чином захищені під час роботи такого приладу. Для максимального захисту очей рекомендується наступне.

• Пучок необхідно укласти в негорючу захисну оболонку, що не відображає, щоб звести до мінімуму ризик випадкового впливу або пожежі. Для вирівнювання променя використовувати люмінесцентні екрани чи вторинні візири; уникати прямого на очі.
• Для процедури вирівнювання променя використати найменшу потужність. По можливості для попередніх процедур вирівнювання використовувати пристрої низького класу. Уникати присутності зайвих відбиваючих об'єктів у зоні роботи лазера.
• Обмежити проходження променя у небезпечній зоні у неробочий час, використовуючи заслінки та інші перепони. Не використовувати стіни для вирівнювання променя лазерів класу 3b і 4.
• Використовувати інструменти, що не відображають. Деякий інвентар, що не відображає видиме світло, стає дзеркальним у невидимій області спектра.
• Не носити ювелірні вироби, що відображають. Металеві прикраси також підвищують небезпеку ураження електричним струмом.

Захисні окуляри

При роботі з лазерами 4 класу з відкритою небезпечною зоною або ризику відображення слід користуватися захисними окулярами. Тип залежить від виду випромінювання. Окуляри необхідно вибирати для захисту від відбиття, особливо дифузних, а також для забезпечення захисту до рівня, коли природний захисний рефлекс може запобігти травмам очей. Такі оптичні прилади збережуть деяку видимість променя, запобігають опікам шкіри, зменшать можливість інших нещасних випадків.

Чинники, які слід враховувати при виборі захисних окулярів:

• довжина хвилі або область спектра випромінювання;
• оптична щільність за певної довжини хвилі;
• максимальна освітленість (Вт/см2) або потужність пучка (Вт);
• тип лазерної системи;
• режим потужності – імпульсне лазерне випромінювання або безперервний режим;
• можливості відображення - дзеркального та дифузного;
• поле зору;
• наявність коригувальних лінз або достатнього розміру, що дозволяє носити окуляри для корекції зору;
• комфорт;
• наявність вентиляційних отворів, що запобігають запотіванню;
• вплив на колірний зір;
• ударостійкість;
• можливість виконання необхідних завдань.

Оскільки захисні окуляри зазнають пошкоджень та зношування, програма безпеки лабораторії повинна включати періодичні перевірки цих захисних елементів.

Типи лазерних вказівок

Ранні моделі лазерних указок використовували гелій-неонові (HeNe) газові лазери та випромінювали в діапазоні 633 нм. Вони мали потужність трохи більше 1 мВт і були дуже громіздкими і дорогими. Зараз лазерні указки зазвичай використовують менш дорогі червоні діоди з довжиною хвилі 650-670 нм. Указки трохи дорожче використовують оранжево-червоні діоди з λ=635 нм, які роблять їх яскравішими для очей, оскільки людське око бачить світло з λ=635 нм краще, ніж світло з λ=670 нм. Виробляються та лазерні указки інших кольорів; наприклад, зелена указка з λ=532 нм - хороша альтернатива червоній з λ=635 нм, оскільки людське око приблизно у кілька разів чутливіше до зеленого світла порівняно з червоним. Останнім часом з'явилися у продажу жовто-оранжеві указки з λ=593,5 нм та сині лазерні указки із λ=473 нм.

Червоні лазерні указки

Найпоширеніший тип лазерних указок. У цих указках використовують лазерні діоди з коліматором. Потужність варіюється приблизно від одного мілівата до вата. Малопотужні указки у форм-факторі брелока харчуються від маленьких батарейок-«таблеток» і на квітень 2012 коштують близько 1-5 доларів США. Потужні червоні указки (довжина хвилі 650-660 нм) потужністю від декількох сотень міліват до вата, здатні запалювати матеріали, що добре поглинають випромінювання, коштують близько 50-500 $.

Більш рідкісні червоні лазерні указки використовують твердотільний лазер з діодним накачуванням (англ. Diode-pumped solid-state laser, DPSS) та працюють на довжині хвилі 671 нм. Відрізняються від вказівок на лазерному діоді круглим перерізом променя (у звичайної лазерної вказівки промінь сплощений внаслідок астигматизму резонатора лазерного діода).

Зелені лазерні указки (510-530нм)

Спочатку потужним (звичайно 200-1000мВт) інфрачервоним лазерним діодом з λ=808 нм накачується кристал ортованадату ітрію, легований неодимом (Nd:YVO 4), де випромінювання перетворюється на 1064 нм. Потім, проходячи через кристал титану-фосфату калію (KTiOPO 4 , скорочено KTP), частота випромінювання подвоюється (1064 нм → 532нм) і виходить видиме зелене світло. Генерація та виведення зеленого випромінювання забезпечуються дзеркалами, одне з яких повністю відображає випромінювання з довжиною хвилі 1064 і 532 нм та повністю пропускає випромінювання накачування 808 нм, а інше повністю відображає випромінювання 1064 нм, але пропускає повністю 532 нм. Частково відбивається і випромінювання накачування.

У більшості сучасних зелених лазерних указок кристали ванадату ітрію та KTP разом із дзеркалами резонатора об'єднані у так званий «мікрочіп» - склеювання з двох кристалів з напиленими на межі дзеркалами. Для генерації лазерного випромінювання достатньо сфокусувати всередині кристала Nd:YVO 4 випромінювання лазерного діода накачування.

ККД схеми залежить від потужності накачування і може досягати трохи більше 20 %. Крім зеленого світла такий лазер випромінює значну потужність в ІЧ на довжинах хвиль 808 і 1064 нм, тому в таких указках обов'язково потрібно встановлювати інфрачервоний фільтр (IR-фільтр), щоб прибрати залишки ІЧ-випромінювання та уникнути пошкодження зору. У недорогих варіантах зелених указок такий фільтр можуть не встановлювати, в такому випадку навіть указка з потужністю 1-5 мВт представляє серйозну небезпеку для зору, оскільки потужність ІЧ-випромінювання може досягати десятків мілліват. Випромінювання 1064 нм сфокусоване майже так само добре, як і зелене і становить небезпеку при попаданні в око навіть на великій дистанції, тоді як випромінювання накачування 808 нм сильно розфокусовано і не сконцентровано вздовж променя, представляючи небезпеку на відстані до декількох метрів.

Варто відзначити високе енергоспоживання зелених лазерів - струм, що споживається, досягає сотень міліампер. Так як ефективність генерації та подвоєння зі зростанням потужності накачування швидко зростає, збільшення вихідної потужності з 5 до 100 мВт вимагає підвищення споживаного струму лише приблизно вдвічі.

Малі розміри зеленої лазерної указки не дозволяють встановити в них систему стабілізації температури лазерного діода та активних середовищ. Особливо сильний вплив температура надає на довжину хвилі, що випромінюється лазерним діодом, що призводить до відходу її з максимуму лінії поглинання неодиму та падіння вихідної потужності. Це призводить до того, що такі вказівки нестабільно працюють за зміни температури. Частково цей недолік усувається шляхом стабілізації потужності випромінювання на виході лазера. Для цього на виході встановлюють світлодільник (роль якого виконує ІЧ-фільтр, від якого відбивається частина випромінювання) і фотодіод, і вводять негативний зворотний зв'язок. Недоліком такого рішення є можливість виходу з експлуатації лазерного діода при значному відхиленні температури, при якому система стабілізації, компенсуючи падіння вихідної потужності, змушена значно підняти струм через нього.

Блакитні лазерні указки (473 нм)

Дані лазерні указки з'явилися в 2006 році і мають схожий із зеленими лазерними указками принцип роботи. 473 нм світло зазвичай одержують шляхом подвоєння частоти 946 нм лазерного випромінювання. Для отримання 946 нм використовується кристал алюмо-ітрієвого гранату з добавками неодиму (Nd:YAG).

Сині лазерні указки (445 нм)

У цих лазерних указках світло випромінюється потужним синім лазерним діодом 1-5 Вт. Більшість подібних вказівок відноситься до 4-го класу лазерної небезпеки і становить дуже серйозну небезпеку для очей і шкіри як безпосередньо, так і у вигляді розсіяного поверхнею випромінювання.

Активне поширення сині указки набули у зв'язку із серійним випуском потужних лазерних діодів, в основному для компактних LED-проекторів, наприклад Casio Slim.

Фіолетові лазерні указки (405нм)

Світло у фіолетових указках генерується лазерним діодом, що випромінює промінь із довжиною хвилі 405 нм. Ці лазери використовуються у програвачах для запису Blu-ray Disc. Довжина хвилі 405 нм знаходиться на межі сприйманого діапазону.