Глава 1. Лазеры, используемые для воздействия на материал

1.1. Различные подходы при классификации лазеров

В мире существует огромное множество лазеров, работающих на разных активных средах, использующих различные способы накачки (инвертирования) этих сред, отличающихся размерами, данными выходной мощности или энергии и характеристиками самого излучения. В лазерах используются различные активные среды и способы генерации излучения. В настоящее время основными лазерами, которые хорошо разработаны и нашли широкое применение, являются следующие типы лазеров:

1) твердотельные (на кристаллах и стеклах);

2) газовые;

3) лазеры на красителях;

4) химические;

5) полупроводниковые;

6) лазеры на центрах окраски;

7) лазеры на свободных электронах;

8) рентгеновские.

На рис.1.1 приведены диапазоны длин волн, этих лазеров [2].

Рис. 1.1. Диапазоны длин волн генерируемых лазерами (кроме рентгеновских)

Принято различать два типа лазеров: усилители и генераторы. На выходе усилителя появляется лазерное излучение, когда на его вход поступает незначительный сигнал на частоте перехода. Именно этот сигнал стимулирует возбужденные частицы к отдаче энергии. Происходит лавинообразное усиление. Таким образом - на входе слабое излучение, на выходе - усиленное.

На вход генератора излучение на частоте перехода не подают, а возбуждают и, более того, перевозбуждают активное вещество. Причем если активное вещество находится в перевозбуждённом состоянии, то существенно растет вероятность самопроизвольного перехода одной или нескольких частиц с верхнего уровня на нижний. Это приводит к возникновению стимулированного излучения.

Второй подход к классификации лазеров связан с физическим состоянием активного вещества. С этой точки зрения лазеры бывают твёрдотельными, газовыми, жидкостными, полупроводниковыми.

Третий подход к классификации связан со способом возбуждения активного вещества. Различают следующие лазеры: с возбуждением за счет оптического излучения, с возбуждением потоком электронов, с возбуждением солнечной энергией, с возбуждением за счет энергии взрывающихся проволочек, с возбуждением химической энергией, с возбуждением с помощью ядерного излучения.

Различают также лазеры по характеру излучаемой энергии и ее спектральному составу. Если энергия излучается импульсно, то говорят об импульсныx лазерах, если непрерывно, то лазер называют лазером с непрерывным излучением. Есть лазеры и со смешанным режимом работы, например полупроводниковые. Если излучение лазера сосредоточено в узком интервале длин волн, то лазер называют монохроматичным, если в широком интервале, то говорят о широкополосном лазере.

Еще один вид классификации основан на использовании понятия выходной мощности. Лазеры, у которых непрерывная (средняя) выходная мощность более 106 Вт, называют высокомощными. При выходной мощности в диапазоне 105…103 Вт лазеры - средней мощности. Если же выходная мощность менее 103 Вт, то говорят о маломощных лазерах.

В зависимости от конструкции открытого зеркального резонатора различают лазеры с постоянной добротностью и лазеры с модулированной добротностью - у такого лазера одно из зеркал может быть размещено, в частности, на оси электродвигателя, который вращает это зеркало. В данном случае добротность резонатора периодически меняется от нулевого до максимального значения. Такой лазер называют лазером с Q-модуляцией.

Лазеры также делятся на классы, в зависимости от излучения, которые в различной степени воздействуют на человека. Различают:

Класс 1. Лазеры и лазерные системы малой мощности, которые не могут излучать уровень радиации, превышающие максимально разрешимое облучение. Лазеры и лазерные системы Класса 1 не способны причинить повреждение человеческому глазу;

Класс 2. Видимые, маломощные лазеры способные причинить повреждение человеческому глазу в том случае, если смотреть непосредственно на лазерное излучение на протяжении длительного периода времени. Не следует использовать на уровне головы;

Класс 3a. Лазеры и лазерные системы, которые обычно не представляют опасность, если смотреть на лазерное излучение невооруженным взглядом только на протяжении кратковременного периода. Лазерное излучение может представлять опасность, если смотреть на него через оптические инструменты (бинокль, телескоп);

Класс 3b. Лазеры и лазерные системы, которые представляют опасность, если смотреть непосредственно на лазерное излучение. Это же относится и к зеркальному отражению лазерного луча;

Класс 4. Лазеры и лазерные системы большой мощности, которые способны причинить повреждение человеческому глазу короткими излучениями (<0.25 с) прямого лазерного луча, а также зеркально или диффузно отраженного. Лазеры и лазерные системы данного класса способны причинить значительное повреждение на коже человека, а также оказать опасное воздействие на легко воспламеняющие и горючие материалы.