ВВЕДЕНИЕ

Лазерное излучение представляет собой вынужденное испускание атомами вещества квантов электромагнитного излучения. Электромагнитное, в том числе лазерное загрязнение окружающей среды, является объективной реальностью и приобретает все большие масштабы. Радиопередающие центры космической связи, радиолокационные станции, технологическое, медицинское, научное оборудование, компьютеры — это далеко не полный перечень источников электромагнитных полей (лазерных излучений). Клиническими, эпидемиологическими, экспериментальными исследованиями показано, что ЭМП определенных параметров (лазерное излучение) вызывают нарушения в основных функциональных системах организма человека: нервной, сердечнососудистой, эндокринной, заболевание органов зрения и кожных покровов человека. Установлено отрицательное влияние фактора на иммунитет, половую функцию, систему крови. Показана способность электромагнитных и лазерных излучений срывать адаптацию к другим неблагоприятным факторам.

ЛАЗЕРНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

  • Оптические излучения

Оптический спектр занимает диапазон длин электромагнитных волн в интервале от 2106 м = 2 мкм до 108 м = 10 им (по частоте от 1,5-1014 Гц до 3-Ю16 Гц). Верхняя граница оптического диапазона определяется длинноволновой границей инфракрасного диапазона, а нижняя коротковолновой границей ультрафиолета (рис. 1.1).

Ширина оптического диапазона по частоте составляет примерно 18 октав, из которых на оптический диапазон приходится примерно одна октава (X = 400-760 нм); на ультрафиолет — 5 октав (X = 10-400 нм), на инфракрасное излучение — 11 октав (X. =760 нм-2 мкм). В оптической части спектра становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой причине наряду с волновыми свойствами оптического излучения проявляются квантовые свойства.

Специфическими преимуществами волн оптического диапазона по сравнению с волнами радиодиапазона являются потенциальная возможность передачи больших объемов информации и возможность достижения высокой степени концентрации излучаемой энергии. Эти две особенности определяют повышенный интерес к оптическим системам связи. Однако использование этих систем в условиях земной атмосферы ограничивается влиянием тракта распространения. Длина волны оптического излучения соизмерима с размерами молекул и различных взвешенных частиц, содержащихся в атмосфере. Это вызывает ослабление поля за счет молекулярного поглощения, рассеяние на молекулах и взвешенных частицах. Взаимодействие оптического излучения с турбулентной атмосферой приводит к изменению траектории пучка волн и его расширению, ослаблению за счет рассеяния, ухудшению пространственной когерентности и поляризационным флуктуациям [13].

Волны оптического диапазона могут распространяться только как земные и прямые. В атмосфере с плавно меняющимися параметрами возникает рефракция волн оптического диапазона. Радиус кривизны траектории вследствие меньшего влияния на столь высоких частотах молекул водяного пара при нормальной атмосферной рефракции составляет 50 000 км против значения 25 000 км для диапазона УКВ.

Терагёрцевое (или терагерцбвое, также ТГц) излучение — вид электромагнитного излучения, спектр частот которого расположен между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами. Границы между этими видами излучения в разных источниках определяются по-разному. Максимальный допустимый диапазон ТГц частот 3 10і’-ЗЮ12 Гц, диапазон длин волн 1-0,1 мм соответственно. Такие волны ещё называются субмиллиметровыми [1, 2, 3, 13, 18].

ТГц излучение не ионизирующее, легко проходит сквозь большинство диэлектриков, но сильно поглощается проводящими материалами и некоторыми диэлектриками. Например, дерево, пластик, керамика для него прозрачны, а металл и вода — нет.

В качестве ТГц источников с недавнего времени используются линейные ускорители и синхротроны. В импульсный источник ТГц излучения большой мощности (средней — 20 Вт, а в пике--1 МВт).

Излучение вышеперечисленных источников является тормозным, оно исходит от электронов, ускоренно движущихся в электрическом или магнитном поле специальной конфигурации в вакуумной камере.

Источником ТГц излучения малой мощности является квантовый оптический генератор (лазер).

Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение) — электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями. Длины волн УФ-излучения лежат в интервале от 10 до 400 нм (7,5 1014-3 1016 Гц). Термин происходит от лат. ultra— сверх, за пределами и фиолетовый (violet). В разговорной речи может использоваться также наименование «ультрафиолет». Электромагнитный спектр ультрафиолетового излучения может быть по-разному поделён на подгруппы. Стандарт ISO по определению солнечного излучения (ISO-DIS-21348) даёт следующие определения: Ближний ультрафиолетовый диапазон часто называют «чёрным светом», так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов спектр переходит в область видимого излучения вследствие явления фотолюминесценции. Но при относительно высоких яркостях, например, от диодов, глаз замечает фиолетовый свет, если излучение захватывает границу видимого света 400 нм.

Для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный» (VUV), в виду того, что волны этого диапазона сильно поглощаются атмосферой Земли. В табл. 1.1. приведена классификация ультрафиолетового излучения [9, 13].

Таблица 1.1

Классификация ультрафиолетового излучения

Наименование

Длина волны, нм

Частота, ПГц

Количество энергии на фотон, эВ

Аббревиатура

Ближний

400-300

0,75-1

3,10-4,13

NUV

Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон

400-315

0,75-0,952

3,10-3,94

UVA

Средний

300-200

1-1,5

4,13-6,20

MUV

Ультрафиолет В, средневолновой

315-280

0,952-1,07

3,94^4,43

UVB

Дальний

200-122

1,5-2,46

6,20-10,2

FUV

Ультрафиолет С, коротковолновой

280-100

1,07-3

4,43-12,4

UVC

Экстремальный

121-10

2,48-30

10,2-124

EUV, XUV

Природные источники ультрафиолетового излучения

Основной источник ультрафиолетового излучения на Земле — Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от следующих факторов:

  • - от концентрации атмосферного озона над земной поверхностью;

  • - от высоты Солнца над горизонтом;

  • - от высоты над уровнем моря;

  • - от атмосферного рассеивания;

  • - от состояния облачного покрова;

  • - от степени отражения УФ-лучей от поверхности (воды, почвы).

Искусственные источники ультрафиолетового излучения

Благодаря созданию и совершенствованию искусственных источников УФ излучения (УФ ИИ), шедшими параллельно с развитием электрических источников видимого света, сегодня специалистам, работающим с УФ излучением в медицине, профилактических, санитарных и гигиенических учреждениях, сельском хозяйстве и т.д., предоставляются существенно большие возможности, чем при использовании естественного УФ излучения.

Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны X = 0,74 мкм и частотой 430 ТГц) и микроволновым радиоизлучением (А, ~ 1-2 мм, частота 300 ГГц). Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с X = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50 % излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры. Для его регистрации пользуются тепловыми и фотоэлектрическими приёмниками, а также специальными фотоматериалами. Весь диапазон инфракрасного излучения условно делят на три области.

  • - ближняя: X = 0,74-2,5 мкм;

  • - средняя: X = 2,5-50 мкм;

  • - дальняя: X = 50-2 000 мкм.

Длинноволновую окраину этого диапазона иногда выделяют в отдельный диапазон электромагнитных волн — терагерцевое излучение (субмиллиметровое излучение).

Инфракрасное излучение также называют «тепловым излучением», так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит


в основном именно в этом диапазоне. Инфракрасное излучение испускают возбуждённые атомы или ионы [2, 9, 6, 10, 13].

Лазерное излучение (ЛИ) — вынужденное испускание атомами вещества квантов электромагнитного излучения. Слово «лазер» — аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light amplification by stimulated emission of radiation (усиление света с помощью создания стимулированного излучения). Основными элементами любого лазера являются активная среда, источник энергии для ее возбуждения, зеркальный оптический резонатор и система охлаждения. ЛИ за счет монохроматичности и малой расходимости пучка способно распространяться на значительные расстояния и отражаться от границы раздела двух сред, что позволяет применять эти свойства для целей локации, навигации и связи. Путем подбора тех или иных веществ в качестве активной среды лазер может индуцировать излучение практически на всех длинах волн, начиная с ультрафиолетовых и кончая длинноволновыми инфракрасными. Наибольшее распространение в промышленности получили лазеры, генерирующие электромагнитные излучения с длиной волны 0,33; 0,49; 0,63; 0,69; 1,06; 10,6 мкм [2, 6, 13, 17].

Возможность создания лазерами исключительно высоких энергетических экспозиций позволяет использовать их для обработки различных материалов (резание, сверление, поверхностная закалка и др.). При использовании в качестве активной среды различных веществ лазеры могут индуцировать излучение практически на всех длинах волн, начиная с ультрафиолетовых и заканчивая длинноволновыми инфракрасными (рис. 1.2).

Лазерное излучение (X = 0,2 - 1000 мкм)

Лазерное излучение - направленный пучок электромагнитного излучения оптического диапазона, испускаемое техническим устройством оптическим квантовым генератором - лазером.


Это узкий монохроматический когерентный (строго направленным) световой пучок высокой энергии

Рис. 1.2. Лазерное излучение

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >