Сведения из теории

В лабораторной установке источником лазерного излучения является оптический квантовый генератор типа ЛГ-52. Основные особенности лазерного излучения - монохромотичность, когерентность, узконаправленность, высокая спектральная яркость и степень поляризации.

Лазеры классифицируются по физико-техническим параметрам:

- мощности излучения (маломощные, средней мощности, сверхмощные и др.);

- активному элементу (твердотельные, полупроводниковые, жидкостные, газовые, газодинамические);

- режиму работы (непрерывные, импульсные, импульсные с модуляцией);

- длине волны генерируемого излучения (рентгеновского, ультразвукового, видимого, ближнего инфракрасного, инфракрасного, субмиллиметрового);

Каждый из перечисленных параметров влияет на потенциальную опасность лазеров, поэтому, производя оценку опасности, необходимо учитывать все физико-технические характеристики лазера.

Чтобы отнести лазер к определенному классу опасности, необходимо руководствоваться следующими соображениями:

- излучение с длиной волны 0,4 < λ <1,4мкм представляет опасность для сетчатки глаз; вне этого диапазона - для роговицы глаз и кожи;

- опасность прямого лазерного излучения определяется энергетической освещенностью (I < I доп., Вт/см²);

- опасность диффузно-отраженного излучения зависит от геометрических размеров отражающей поверхности и спектрального диапазона излучения.

Биологическое воздействие лазерного излучения на человека обусловлено, в основном, тепловым эффектом, и проявляется в поражениях глаз, кожи, внутренних органов. Кроме того, длительное воздействие малых доз излучения приводит к функциональным расстройствам отдельных систем организма.

В настоящее время предельно-допустимые уровни лазерных излучений (ПДУ) регламентированы "Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров" (1982 г.).

Для защиты от лазерных излучений применяются технические и организационные мероприятия.

В лабораторной работе изучаются только технические средства защиты от лазерных излучений: защитные экраны и поглотители мощности.

По мере удаления от источника энергетическая освещенность лазерного излучения I_о уменьшается по экспоненте за счет угла расходимости пучка θ и поглощения энергии излучения воздухом:

I₀=Рл/S*l^-^µ^в^x = Рл /π(х • sin θ)² *l^-^µ^в^x (1)

где Рл - мощность лазера, мВт;

S - площадь поперечного сечения пучка, см²,

S = л (х • sin θ)²;

х - расстояние от расчетной точки до источника, см;

µ_в - коэффициент поглощения излучения воздухом, в лабораторной работе принять µ_в = 1.

При прохождении пучка через поглощающее вещество его интенсивность уменьшается по закону Бугера-Ламберта

I_i= I₀*1^-^µⁱ^dⁱ(2)

где I_0,I_i - энергетическая освещенность лазерного излучения соответственно без поглотителя и при его наличии, мВт / см²;

d_i- толщина поглотителя, см;

µ_i - линейный коэффициент поглощения энергии лазерного излучения в поглотителе.

Уравнение (2) позволяет определить значения коэффициентов µ_i различных поглотителей путем измерения энергетической освещенности излучения

µ_i = 1/ d_i_*ln(I₀/ I_i)

Если пучок лазерного излучения падает на отражающую поверхность под углом, отличающимся от 90°, энергетическая освещенность отраженного излучения убывает пропорционально коэффициенту отражения ρ

I_отр.= ρ * I (4)

где I - энергетическая освещенность лазерного пучка вблизи отражателя на расстоянии, равном г_i, от источника. Подставляя (1) и (2) в (4) получим:

I_отр. = P* ρ * 1 ^{-[ µ}^в⁽^r1+r2+r^{3) +}^µⁱ^{* d}ⁱ^](5)

где г₁, г₂, г₃ - расстояние от отражателя до поглотителя, от лазера до поглотителя, от отражателя до датчика, см. рис. 1.

Для оценки коэффициента отражения (ρ_i) по известному коэффициенту эталонного отражателя (ρ_эт) используется соотношение

I_{отр. эт.}/ I_отр._i = ρ_эт / ρ_i (6)

В качестве I_{отр. эт.} принимается энергетическая освещенность, рассчитанная (в табл.1) для зеркала.

Уравнение (6) позволяет экспериментально определить коэффициенты отражения различных отражателей, если известен коэффициент отражения эталона (например, для зеркала ρ_эт=0,92).

3. Описание лабораторного стенда

Схема лабораторной установки для исследования инженерно-технических способов защиты от лазерных излучений приведена на рис.1. Источник лазерного излучения 1 -оптический квантовый генератор ЛГ-52 (длина волны 0,63 мкм, θ= 30', мощность излучения Р = 2 мВт) - включается в сеть через блок питания 2.

Рис.1.Схема лабораторной установки

Лазерный пучок проходит через поглотитель 4 и попадает на отражатель 5. Поглотитель и отражатель жестко фиксируются в специальных поворотных устройствах. В качестве измерителя используется прибор 3 с датчиком 6, подсоединенным к прибору кабелем.

Для подготовки стенда к работе, необходимо:

1. Включить тумблер "сеть" источника питания.

2. Включить тумблер "сеть" измерителя мощности.

3. Прогреть источник питания и активный элемент лазера в течение 20 - 30 мин.

4. Проверить калибровку прибора, переключив режим работы измерителя в положение "калибровка" и убедившись в том, что стрелка устанавливается на максимальном оцифрованном значении.

5. Проверить установку нуля, переключив режим работы измерителя в положение "измерение-мощность". В случае необходимости подрегулировать ручкой "установка нуля".

4. Порядок выполнения работы

1. Определить эффективность диффузных отражателей. Для этого поворотное устройство 4 установить в положение, при котором отсутствует поглотитель. Поворотом устройства 5 установить различные типы отражателей и измерить мощность излучения от них. Результаты замеров заносятся в табл. 1. Расчеты I_отр._i (по замеренным мощностям) выполняются по формуле

I_отр._i = P_i / S_п(7)

где S_п- площадь пятна на входе датчика, мм²

Результаты расчетов заносятся в табл. 1 (в колонку 4).

Таблица 1

№ №п/п	Вид отражателя	Измеренная мощность отраженного излучения P_i мВт	Энергети-ческая освещен-ность I_отр._i мВт/см²	Коэффициент отраже-ния ρ_i	Энергети-ческая освещен-ность расчетная I_отр._i_расч.мВт/см²

	Зеркало Бумага Пластик матовый Пластик полированный

Сравнить полученные в результате замеров значения I_отр._i с допустимыми уровнями и дать заключение об эффективности использования светоотражателей для целей защиты. Рассчитать значения коэффициентов отражения по формуле (6), полученные значения занести в колонку 5 табл.1.

Рассчитать энергетическую освещенность I_отр._i_расч.по формуле (5) и занести в колонку 6 табл. 1.

2. Определить эффективность поглотителей. Для этого поворотное устройство 5 установить в положение зеркального отражения. На пути луча разместить поочередно различные поглотители 4 и измерить мощность отраженного излучения P_i_.

Результаты измерений занести в колонку 4 табл.2.

Рассчитать энергетическую освещенность I_отр._i по формуле (7). Рассчитать значения коэффициентов поглощения лазерной энергии по формуле (3). Рассчитать энергетическую освещенность расчетную I_отр._i_расч.по формуле (5). Результаты измерений и расчетов занести соответственно в колонки 5,6 и 7 табл.2.

Таблица 2

№ п/п	Вид поглощающего материала (стекло)	Толщина d, см	Измеренная мощность отраженного излучения P_i мВт	Энергетическая освещенность I_отр._i мВт/см²	Коэффициент поглощения µ_i	Энергетическая освещенность расчетная I_отр._i_расч.мВт/см²

	Светло-зеленое Бесцветное Без поглощения Черное Светло-желтое Синее