Длина волны лазерного излучения

Свойства лазерного излучения

Лазерное излучение является видом физической энергии, не встречающимся в природных источниках света. Оно вырабатывается специальными приборами — оптическими квантовыми генераторами (ОКГ) различной конструкции, получившими название – лазеры (от английского словосочетания Light amplification by stimulated emission of radiation — LASER). Принципы его выработки ОКГ были одновременно и независимо открыты в начале 60-х годов российскими и американскими физиками, а уже в конце того же десятилетия были предприняты первые попытки лечебного применения низкоинтенсивных (терапевтических) лазеров, в том числе и для косметологии.

Полупроводниковые и газо-жидкостные лазеры

Лазерное излучение испускается атомами рабочего вещества ОКГ, которое может быть представлено газом, жидкостью, кристаллом, полупроводником.

Лазерное излучение – это электромагнитное излучение оптического диапазона (светового), обладающее такими свойствами как когерентность, монохроматичность, поляризованность и направленность потока излучения, что позволяет создать строго определённую мощность воздействия на поверхности облучаемого объекта.

Лазер – это прибор, который испускает направленный пучок когерентного, поляризованного, монохроматичного электромагнитного излучения, т.е. света в очень узком спектральном диапазоне.

Физические свойства излучения

Особые свойства позволяют концентрировать энергию со строго определенными физическими параметрами и высоким потенциалом биологического и лечебного действия на поверхности объекта. Именно в этом заключается принципиальное отличие от других форм лучистой энергии.

Длина волны лазера

Волна – возмущение (изменение состояния среды или поля), распространяющееся в пространстве с конечной скоростью.

Длина волны — расстояние, на которое распространяется волна за период, равный расстоянию между двумя ближайшими точками среды, колеблющимися в одной фазе. Длина волны электромагнитного излучения оптического диапазона измеряется в нанометрах (нм) или микрометрах (мкм) (1 мкм = 1 000 нм).

Частота импульсов лазера

Частота колебаний (импульсов) – физическая величина, равная числу колебаний (импульсов), совершаемых за единицу времени. Единица измерения в СИ – герц (Гц). 1 Гц – эта частота, при которой 1 колебание совершается за одну секунду.

Мощность лазера

Мощность излучения — средняя мощность, переносимая через какую-либо поверхность. Единица измерения в СИ — Ватт (Вт). Плотность мощности — отношение потока излучения к площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения. Единица измерения в СИ — Вт/см2.

Доза облучения — энергетическая облученность за определенный промежуток времени. Единица измерения в СИ — Дж/м2. 1Д – энергия, полученная при воздействии излучением мощностью в 1 Вт за 1 с. 1 Дж = 1 Вт/1с.

Длина волны лазерного излучения

Одной из важнейших характеристик является длина волны (измеряется в нанометрах или микрометрах). В зависимости от длины волны может принадлежать к различным участкам спектра: ультрафиолетовому, видимому (чаще красному) и инфракрасному.

Спектр лазерного излучения (цвет лазера)

Ультрафиолетовый диапазон

  • От 180 до 400 нм.

Видимый спектр

  • Фиолетовый 400-450 нм.
  • Синий 450-480 нм.
  • Голубой 480-510 нм.
  • Зелёный 510-575 нм.
  • Жёлтый 575-585 нм.
  • Оранжевый 585-620 нм.
  • Красный 620-760 нм.

Инфракрасный диапазон

  • Ближняя область 760 нм -15 мкм.
  • Дальняя область 15-30 мкм.

В физиотерапии наиболее часто применяют ближний инфракрасный диапазон, который обладает наибольшим проникающим действием и мягкими биологическими и лечебными эффектами.

Интенсивность лазерного излучения

В зависимости от выходной мощности лазеры подразделяются на:

  1. Низкоэнергетические (плотность мощности излучения менее 0.4 Вт/см2).
  2. Среднеэнергетические (плотность мощности излучения 0.4-10 Вт/см2).
  3. Высокоэнергетические (плотность мощности излучения более 10 Вт/см2).

Автор статьи Команда профессионалов АЮНА Professional

Источник: www.ayna-spb.ru

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).

Читайте также:  Дыхательный невроз симптомы лечение

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 (

Когда в 2007 году у производителей появилась возможность использовать зеленые диоды, то все думали, что зеленый лазер неминуемо в скорости полностью заменит красный. Прошло 7 лет, и что же мы видим? У редких производителей среди всей линейки остались 1-2 модели с зеленым лазером. Зеленому лазеру не удалось сместить лазер красный. Возможно, он не дал того эффекта, которого от него ждали.
Чтобы разобраться, необходимо обратиться к физической стороне вопроса и выяснить, в чем различия и сходства красного и зеленого луча.

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.

Главный плюс зеленых лазеров – 532 нм очень близко к максимальной чувствительности глаза, и как точка или плоскость, так и сам луч очень хорошо видны. Даже 5мВт зеленый лазер светит ярче, чем 200мВт красный (на фото). Однако у зеленых лазеров есть и большая опасность. Излучение 1064 нм сфокусировано почти так же, как и зеленое и представляет основную опасность при попадании в глаз на большой дистанции, тогда как излучение 808 нм сильно расфокусировано и опасно только на расстоянии нескольких метров. Иными словами, поражающая способность зеленого лазера для глаза намного больше, чем кажется.

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: izm.by

Одночастотные лазеры: ECL, DFB, DBR и VHG конфигурации

Одночастотные лазерные системы нашли широкое применение в различных областях. На данный момент в мире диодных лазеров существует четыре вида устройств, позволяющих получать одночастотное излучение: лазеры с внешним резонатором (External Cavity Laser — ECL), с распределенной обратной связью (Distributed Feedback — DFB), лазеры с объемной голографической решеткой (Volume-Holographic-Grating-Stabilized Laser — VHG), а также с распределенным Брэгговским отражателем (Distributed Bragg Reflector Laser — DBR). В основе функционирования таких лазеров лежит общий элемент – решётка, обеспечивающая обратную связь. Стоит отметить, что конфигурация решётки для каждого из четырех типов различна, а потому отличаются и эксплуатационные характеристики устройств: выходная мощность, диапазон перестройки, коэффициент боковой моды (SMSR). Далее, мы разберем главные отличия четырех видов одночастотных диодных лазеров.

Лазеры с внешним резонатором

Конфигурация лазера с внешним резонатором (ECL ) является универсальной, поскольку совместима практически со всеми стандартными диодными лазерами, вывод излучения которых осуществляется без использования оптического волокна. Таким образом, лазер с внешним резонатором можно применять на разных длинах волн в зависимости от внутреннего элемента усиления лазерного диода. Линза коллимирует выход диода, затем излучение падает на решётку (см. рисунок 1). Оптическая обратная связь, обеспечиваемая решёткой, используется также и для выбора стабилизированной выходной длины волны. Если оптическая конструкция верная, то с помощью внешнего резонатора можно создать единственную продольную моду, и тем самым обеспечить одночастотный вывод лазера с высоким показателем подавления боковой моды (SMSR более 45 дБ).

В лазерах с внешним резонатором (ECL) решётка расположена вне активной усиливающей среды.
Крайне узкая ширина линий (менее 1 мГц), полученная довольно длинным резонатором, по праву считается одним им из главных преимуществ лазеров этого вида. Помимо этого, ECL может содержать множество лазерных диодов, что позволит получить излучение с узкой шириной линии в синем или красном диапазоне спектра. Лазеры этого вида имеют широкий диапазон перестройки — свыше 100 нм, но зачастую подвержены скачкам мод: во многом это зависит как от механической конструкции устройства, так и от качества просветляющего покрытия лазерного диода.

Лазер с распределенной обратной связью

В лазере с распределенной обратной связью (DFB) (используется в ближней и средней ИК-области) пропускающая дифракционная решетка установлена внутри самого лазерного диода (см. рис.2). Гофрированная периодическая структура, расположенная в непосредственной близости к активной среде, работает как отражатель Брэгга. Обратная связь, создаваемая периодической решеткой, является селективной, таким образом в лазере обеспечивается режим одномодовой генерации.

Если активная область имеет достаточный коэффициент усиления вблизи брэгговских частот, отражатель на заднем конце среды не требуется; для всей оптической обратной связи и выбора моды его замещает отражатель Брэгга. Благодаря этому «встроенному» алгоритму выбора лазер с распределенной обратной связью может генерировать одночастотное излучение в широком диапазоне температур при разных токах. Для облегчения выбора режима и увеличения мощности, такие лазеры часто снабжены элементом внесения фазового сдвига внутри диода.

Длина волны лазерного излучения приблизительно равна длине волны Брэгга:

Где λ – длина волны, neff – эффективный показатель преломления, Λ – период решетки. С изменением показателя преломления меняется длина волны излучения. Это достигается путем настройки температуры и тока в лазере.
Лазеры с распределенной обратной связью имеют относительно узкий диапазон настройки: около 2 нм при 850 нм, около 4 нм при 1550 нм или как минимум 2 см-1 в середине ИК-диапазона (4,54 — 9,60 мкм).

Однако и в этом диапазоне лазер может работать на одной частоте. Значит, что это непрерывный диапазон настройки без переходов между модами. Именно поэтому лазеры с распределенной обратной связью стали популярны в сфере телекоммуникаций. РОС лазеры используют в производстве датчиков. Из-за короткой длины резонатора, ширина линий обычно лежит в диапазоне от 1 МГц до 10 МГц. Кроме того, близкое расположение решетки и активной среды приводит к снижению максимальной выходной мощности по сравнению с лазерами с распределенным Брэгговским отражателем и лазерами с внешним резонатором.

Лазеры с объемной голографической решеткой

В лазерах с объемной голографической решеткой также используется отражатель Брэгга, но в данном случае пропускающая решетка располагается перед выходным окном диода (см. Рис.3). Так как решетка не является частью конструкции диода, она может быть термически отделена от лазерного диода, что поможет стабилизировать длину волны излучения системы.

В лазерах с объемной голографической решеткой решетка расположена вне активной усиливающей среды.

Материалом для решетки зачастую служит стекло с периодически меняющемся показателем преломления. Только длина волны излучения, удовлетворяющая условию Брэгга, отражается обратно в оптический резонатор. Таким образом излучение стабилизируется. Стабилизированный лазер с объемной голографической решеткой может генерировать излучение с такой же длиной волны, как и РОС-лазер, но только при увеличении мощности. Длина волны излучения остается постоянной в широком диапазоне значений температур и токов.

Лазеры с распределенным Брэгговским отражателем

Так же, как и РОС-лазеры, лазеры с распределенным Брэгговским отражателем обладают гофрированной гетерограницей. Но в отличие от РОС-лазеров, где гетерограница расположена вдоль всей активной среды (в области усиления сигнала), в лазерах с распределенным Брэгговским отражателем такая решетка (их может быть несколько) расположены вне данной области (см. рис.4).
Лазер с распределенным Брэгговским отражателем содержит решетку вне активной среды.

В целом лазер может быть оснащен несколькими такими структурами, что не характерно для РОС-лазера. Расширен диапазон перестройки, а также есть возможность осуществлять более тщательный контроль над параметрами излучения. Например, многоэлектродный лазер с Брэгговским отражателем может содержать элемент, с помощью которого можно осуществлять тонкую настройку частоты генерации независимо от периода решетки и тока в лазере. Таким образом, система может работать на одной частоте в широком диапазоне перестройки — 30 – 40 нм. В отличие от излучения РОС-лазеров, выходное излучение лазеров с Брэгговским отражателем зависит от смены мод, таким образом температура и входные сигналы должны тщательно контролироваться.
Для упрощения структуры многоэлектродного лазера с Брэгговским отражателем был разработан такой лазер с одним электродом. Он не обладает сложной системой настройки решетки и частоты генерации излучения, однако и диапазон перестройки для данных моделей сильно сужается: диапазон перестройки упрощенной модели схож с диапазоном перестройки РОС-лазера, но нужно учитывать смену моды.

Но несмотря на этот недостаток, упрощенные модели лазера с Брэгговским отражателем обладают рядом преимуществ над РОС-источниками, в частности большей мощностью, так как решетка расположена не непрерывно вдоль всей длины активной области. Как и РОС-лазеры, лазеры с Брэгговским отражателем обладают той же шириной спектральной линии.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Thorlabs на территории РФ

Источник: in-science.ru

Добавить комментарий

Adblock
detector