Глава 5 лазерное излучение

Слово «лазер» - аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light amplification by stimulated emission of radiation - усиление света за счет создания стимулированного излечения. Следовательно, лазер или оптический квантовый генератор - это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения. Идея о возможности использования неравновесных квантовых систем была впервые высказана еще в 1951 г. советским физиком В. А. Фабрикантом и его сотрудниками. Практически наименование «лазер» используется не только при генерации электромагнитного излучения видимого диапазона, но и для частот, лежащих в ближнем и дальнем инфракрасном, ультрафиолетовом и даже в рентгеновском диапазонах. Основополагающие работы в области квантовой электроники были отмечены присуждением Нобелевской премии по физике академикам А. М. Прохорову и Н. Г. Басову и американскому ученому Ч. Таунсу.

Лазер как техническое устройство состоит из трех основных элементов: активной среды, системы накачки и соответствующего резонатора. В зависимости от характера активной среды лазеры подразделяются на следующие типы: твердотельные, (на кристаллах или стеклах), газовые, лазеры на красителях, химические, полупроводниковые и др. В качестве резонатора обычно используют плоскопараллельные зеркала, с высоким коэффициентом отражения, между которыми размещается активная среда. Накачка, т. е. перевод атомов активной среды на верхний уровень, обеспечивается или посредством мощного источника света, или электрическим разрядом.

Основными техническими характеристиками лазеров являются: длина волны (l), мкм; ширина линии излучения (sl); интенсивность излучения лазеров, определяемая по величине энергии (Ww) или мощности (Ри) выходного пучка и выражаемая в джоулях (Дж) или ваттах (Вт); длительность импульса (t_u) - измеряется в секундах (с); частота повторения импульсов F, измеряемая в герцах (Гц).

Классификация лазеров. В основу классификации лазеров, приведенной в «Санитарных нормах и правилах устройства и эксплуатации лазеров» (1981), положена степень опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала. По этой классификации лазеры разделены на 4 класса:

класс 1 (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз;

класс 2 (малоопасные) - опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;

класс 3 (среднеопасные) - опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности, и (или) для кожи прямое или зеркально отраженное излучение;

класс 4 (высокоопасные) - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Классификация определяет специфику воздействия излучения на орган зрения и кожу. В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты величина мощности (энергии), длина волны, длительность импульса и экспозиция облучения.

Существует классификация лазеров по физико-техническим параметрам, при этом учитывается агрегатное состояние активного рабочего вещества (твердое, жидкое, газообразное), характер генерации (импульсный, непрерывный), способ накачки активного вещества (оптический, электрический, химический и др.).