Лазерное излучение

Физическая сущность лазерного излучения

Излучение формируется в активной среде, которая является главным элементом лазера и, чтобы она образовалась необходимо:

1. Свет нелазерных источников;
2. Разряд электричества в газах;
3. Химреакции;
4. Бомбардировку электрическим пучком и другие методы.

Оптический резонатор образуют зеркала, между которыми располагается активная среда, она может представлять твердый материал – стекло, пластмассу, рубины – может быть представлена полупроводниками, жидкостью с органическими красителями, газом и др. Лазеры могут быть импульсного и непрерывного действия.

По своим физико-техническим параметрам лазеры классифицируются:

1. Конструктивное исполнение:

   • Стационарные лазеры;
   • Лазеры передвижные;
   • Открытые лазеры;
   • Закрытые лазеры.

2. Мощность излучения:

   • Лазеры сверхмощные;
   • Мощные лазеры;
   • Лазеры средней мощности;
   • Маломощные лазеры.

3. Режим работы:

   • Лазеры непрерывного режима;
   • Импульсные лазеры;
   • Импульсные лазеры с модулированной добротностью.

4. Способ отвода тепла:

   • Лазеры с естественным охлаждением;
   • Лазеры с принудительным охлаждением водой;
   • Лазеры с принудительным охлаждением воздухом;
   • Лазеры с принудительным охлаждением специальными жидкостями.

5. Назначение:

   • Технологические лазеры;
   • Лазеры специальные;
   • Лазеры исследовательские;
   • Лазеры уникальные.

6. Метод накачки:

   • Накачка химическим возбуждением;
   • Накачка пропусканием высокочастотного тока;
   • Пропусканием импульсного тока;
   • Пропусканием постоянного тока;
   • Накачка импульсным светом;
   • Накачка постоянным светом.

7. Длина генерируемой световой волны:

   • Инфракрасные лазеры;
   • Лазеры видимого света;
   • Ультрафиолетовые лазеры;
   • Рентгеновские лазеры;
   • Субмиллиметровые лазеры.

8. По активному элементу:

   • Газодинамические лазеры;
   • Твердотельные лазеры;
   • Полупроводниковые лазеры;
   • Лазеры жидкостные;
   • Лазеры газовые.

Лазерное излучение и организм человека

Все лазеры, исходя из степени их опасности для работающих, делят на 4 класса:

1. Не представляющие для кожи человека и его глаз опасности излучения;
2. Как прямое, так и зеркально отраженное излучение представляет большую опасность для глаз;
3. Все три излучения – прямое, зеркально отраженное и диффузно отраженное – на расстоянии $0,1$ м от отражающей поверхности, представляет опасность. Есть также опасность облучения кожи;
4. Опасность диффузно отраженным излучением на расстоянии $0,1$ м от диффузно отражающей поверхности.

В организме человека лазерное излучение может вызвать патологические изменения, расстройство органов зрения, ЦНС и вегетативной системы. Лазерное излучение оказывает негативное влияние на внутренние органы человека – печень, почки, спинной мозг и др. Возникающие поверхностные ожоги – основной патофизиологический эффект облучения.

Лазеры $II$, $ III$, $IV$ классов в обязательном порядке маркируют знаками лазерной опасности и снабжают сигнальными устройствами на весь период работы. Чтобы излучение не распространилось за пределы обрабатываемых материалов $III$ и $IV$ класс лазеров оснащают специальными экранами. Для их производства используют огнестойкий, неплавящийся, светопоглощающий материал. Управление такими лазерами дистанционное.

Для лазерного излучения установлены предельно допустимые уровни. Определены эти уровни с учетом области спектра отдельно для глаз и кожи. Работающие с лазером должны проходить как предварительный, так и ежегодный медицинский осмотр. Для лазеров $II$…$IV$ классов работники должны использовать индивидуальную защиту глаз, а для $IV$ класса – защитные маски. В зависимости от длины волны излучения стекла защитных очков могут быть бесцветные или оранжевого, сине-зеленого цвета.

Все опасности лазерного излучения делят на первичные – лазерная установка и вторичные – в процессе взаимодействия лазерного излучения и мишени.

1. Первичные факторы вредности:

   • Прямое лазерное излучение;
   • Электрическое напряжение;
   • Световое излучение;
   • Акустический шум;
   • Вибрация вспомогательного оборудования;
   • Газы, загрязняющие воздух, выделяющиеся из узла установки;
   • Рентгеновское излучение при напряжении выше $15$ кВ.

2. Вторичные факторы вредности:

   • Отраженное лазерное излучение;
   • Аэродисперсные системы;
   • Акустические шумы;
   • Излучение плазменного факела.

Нормирование лазерного излучения

К нормированию лазерного излучения существует два научно обоснованных подхода:

1. Первый касается повреждающих эффектов тканей или органов непосредственно в месте облучения;
2. Второй подход касается выявляемых изменений систем и органов, которые не подвергались непосредственному воздействию.

В основе гигиенического нормирования лежат критерии биологического действия.

Исходя из этого, диапазон лазерного излучения разделили на области:

1. Область ультрафиолета – от $0,18$ - $0,38$ мкм;
2. Видимая область – $0,38$ - $0,7$5 мкм;
3. Инфракрасная ближняя область – $0,75$ - $1,4$ мкм;
4. Инфракрасная дальняя область – свыше $1,4$ мкм.

Математические модели, безусловно, учитывают характер распределения энергии и абсорбционные характеристики облучаемых тканей. При определении и уточнении ПДУ ЛИ использовался метод математического моделирования основных физических процессов. Он вошел в последнюю редакцию санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров – СНиП № 5804-91.

Разработанные нормы учитывали результаты научных исследований и основных положений документов:

1. СаНиП устройства и эксплуатации лазеров № 2392-81;
2. Стандарт МЭК (первое издание, $1984$ г.);
3. Изменения к стандарту Международной электротехнической комиссии ($1987 $г., публикация $825$).

Данные нормы подлежат применению и это засвидетельствовано Письмом Роспотребнадзора от $16$.$05$.$2007$ № 0100/4961-07-32. Предельно допустимые уровни лазерного излучения устанавливают правила № 5804-91.

Они же устанавливают требования относительно:

1. Устройств и эксплуатации лазеров;
2. Производственных помещений, размещения оборудования и рабочих мест;
3. Требований к персоналу;
4. Состояния производственной сферы;
5. Применения средств защиты;
6. Медицинского контроля.