Лазерные излучения. 
Производственная санитария

Лазерное излучение (ЛИ) представляет собой особый вид электромагнитного излучения с длиной волны 0,1−1000 мкм. Принцип действия лазеров основан на использовании вынужденного электромагнитного излучения, возникающего в результате возбуждения квантовой системы.

В соответствии с биологическим действием диапазон ЛИ может быть разбит на ряд областей: 0,2−0,4 мкм — ультрафиолетовая область; 0,4−0,7 мкм — видимая; 0,75−1,4 мкм — ближняя инфракрасная; свыше 1,4 мкм — дальняя инфракрасная. Чаще всего применяют лазеры с длинами волн 0,34; 0,49−0,51; 0,53; 0,694; 1,06 и 10,6 мкм.

Следует различать прямое, отраженное и рассеянное ЛИ. Отраженное ЛИ опасно в той же мере, что и прямое.

Основными энергетическими параметрами лазерного излучения согласно ГОСТ 15 093–90 являются: энергия излучения Е, энергия импульса Е_и, мощность излучения Р, плотность энергии (мощности) излучения W_е (W_р). При описании поля рассеянного излучения используют энергетические характеристики: поток излучения Ф, поверхностную плотность излучения Е_э, интенсивность излучения I. Излучение также характеризуется временными параметрами: длительностью импульса ф, частотой повторения импульсов f, длительностью воздействия излучения t, длиной волны л.

Особенности ЛИ: монохроматичность, когерентность, большая мощность, высокая степень направленности.

Монохроматичность предполагает наличие излучения с одинаковой длиной волны (Дл<10^-11 м).

При распространении в пространстве двух волн одинаковой частоты, но с разными фазами (ц₁, ц₂) в некоторый момент времени разность фаз Дц = (ц₁— ц₂) будет оставаться постоянной. Две волны когерентны, если амплитуда, частота, фаза, поляризация и направление распространения этих волн остаются постоянными или изменяются по определенному закону. Идеальных монохроматических колебаний в природе не существует, т. к. некоторый энергетический уровень имеет конечную ширину, связанную со временем жизни уровня.

Длительность процесса излучения ф и естественная ширина линии излучения связаны выражением.

Принимая Дt (время жизни уровня) равным ф, можно сказать, что ширина линии излучения Дн тем уже, чем больше время жизни уровня.

Величину принято называть временем когерентности. Величину называют длиной когерентности.

В отличие от других известных оптических источников, излучение лазеров обладает чрезвычайно высокой интенсивностью. Время когерентности составляет примерно 10^-3 с. Если, например, предположить, что рубиновый стержень при накачке получил энергию W=20 Дж и высветился за 10^-3 с, то поток излучения Ф_е=20/10^-3 Дж/с = 2· 10⁴ Вт. Фокусируя это излучение на площади 1 мм², получим мощность излучения. Мощность твердотельного оптического квантового генератора может достигать 10¹² Вт. При воздействии такого излучения на вещество развиваются чрезвычайно высокие температуры. Если учесть, что время воздействия больших плотностей в случае импульсного действия гораздо меньше времени установления стационарного процесса, станет ясно, что при этом происходит взаимодействие интенсивного излучения с веществом в локальном объеме, т. е. в области облучения, не затрагивая соседние области.

Лазерные излучения, обладая чрезвычайно высокой интенсивностью, позволяют получать высокие значения электрической напряженности в потоке. Эти значения сравнимы с внутриатомными полями.

Одной из важных характеристик лазерного излучения является направленность (коллимация) излучения. Важность коллимации заключается в том, что энергия, переносимая лазерным потоком, может быть собрана (сфокусирована) на малой площади.

При санитарно-гигиенической оценке действия лазерного излучения нормируемыми параметрами являются энергетическая экспозиция Н и облученность Е.

Энергетическая экспозиция физически эквивалентна плотности энергии, которая представляет собой энергию пучка, поступающую на элементарную площадку дА, деленную на площадь дА.

Плотность энергии обычно используется для описания распределения энергии в пучке. Энергетическая экспозиция обычно используется для описания распределения излучения, падающего на поверхность. Обе величины измеряются в джоулях на единицу площади.

Облученность (энергетическая освещенность) физически эквивалентна плотности мощности. Обе величины измеряются в ваттах на единицу площади.