公共課激光及防護材料

劉繼廣北京服裝學(xué)院什么是激光?7敫光(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation)?受激吸收＞處于校低能級的粒子在受到外界的激發(fā)(即與其他的粒子發(fā)生了有能量交換的相互作內(nèi)，如與先子發(fā)生非彈性碰撞)，吸收了能黃時，躍遷到與此能量相對應(yīng)的較高能級；這種躍泛稱為受激吸收。*勺發(fā)相射＞粒子受到激發(fā)而進入的激發(fā)態(tài)，不是粒子的穩(wěn)定狀態(tài)，如存在著了以接納粒子的較低能級，即使沒有外界作用，粒子也冇一定的概率，臺發(fā)地從高能級激發(fā)態(tài)(E2＞向低能級基態(tài)(E0躍遷，叼時輻射出能量為(E2-E1)的光子，尤子頻率件(E2-E1)/ha這種輻射過租稱為自發(fā)輻射。以自發(fā)輻射發(fā)出的光，不具有相位、偏振態(tài)、傳播方向上的一致，是非相干光。?受激輻射2

hv以及傳播方向都相同的光子，這個過稅稱'h受激輻射＞頻率為v=(E2-E1)/h的光子入射時，處于髙能級E2上的柃+會以一定的概申，迅速地從能級E2躍遷到能級E1,同吋輻射一個與外來光子頻率、相位、偏振態(tài)?激先：這種在受激輻射過租中產(chǎn)生并被放大的光就是激光＞如果大量原子處在高能級E2上，當(dāng)有一個頻率v=(E2-E1)/h的光子入射，從而激勵E2上的原子產(chǎn)生受激輻射，得到兩個特征完全相同的光子，這兩個光子再激勵E2能級上原子，又使其產(chǎn)生受激輻射，可得到四個特征相同的光子，這意味者原來的光信號被放大了。波長大灼是fL十鱸表以丁，吖以i'l兒為納表嘉克免小。1917年愛因斯坦＞激光指示器＞激光用熱源:能夠做到在一個針頭上鉆200個孔，激光祛痣、激光切割機、激光劍＞激光測此＞激光通信＞受控核聚變激光筆、激光切割機、激先武器、激光治療激光打?。炯す獯蛴〖夹g(shù)是利用激光束將教字化閿形或文檔快速*投影"到個感光表面（感光鼓），被激光來命十的位置會犮生電子放電現(xiàn)象，然后由于靜電作用，像磁鐵般地吸引一些纖細的‘墨粉'。＞核心為激光成像技術(shù)-----巔光打印成像系統(tǒng)多ft後弟一臺激光打印機誕生于1971年在20世紀(jì)60年代＞激光祛痣＞激光祛斑＞激光洗眉＞激光脫毛夜晚城市上空閃爍的激光燈I清理鐵軌落葉I＞激光武器是一種利用定向發(fā)射的激光束直接毀傷目標(biāo)或使之失效的定向能武器;＞武器系統(tǒng)主要由激光器和跟蹤、瞄準(zhǔn)、發(fā)射裝置等部分組成；＞目前通常采用的激光器有化學(xué)激光器、固體激光器、CO2激光器等。*激光瞄準(zhǔn)鏡警用激光槍▲武警科技開發(fā)部展出的激光眩目槍防空激光槍激光武器視頻丈桕，龍午ft光忒器敁新W較足61海軍測試艦載激也武器—束直徑為棒球大小的激光行經(jīng)*數(shù)英呈，準(zhǔn)碲命中口標(biāo)船的引擎，致使U標(biāo)起火2012年8片4日在太平洋上進行艦載激尤武器試驗激光i激光器中組成部分主要有激發(fā)（或抽運）源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級-的工作介質(zhì)兩個部分；另外，還有諧振腔，使腔內(nèi)的光子有一致的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的方向性和相干性。工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級是使受激輻射占主導(dǎo)地位，從而實現(xiàn)光放大；是固體（晶體、玻璃）、氣體（原子氣體、離子氣體、分子氣體）、半導(dǎo)體和液體等媒質(zhì)。＞激發(fā)：工作介質(zhì)吸收外來能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。＞激發(fā)方式有光學(xué)激發(fā)、電激發(fā)、化學(xué)激發(fā)和核能激發(fā)。＞原則：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和增益大于損耗。激發(fā)方式光學(xué)激發(fā)（光栗）。是利州外界光源發(fā)出的光來轱照工作物質(zhì)以實現(xiàn)粒子數(shù)反柃激光器。整個激發(fā)裝置，通常是由氣體放電光源（如氙燈、氮燈）和聚光器組成，這種激勵方式也稱作燈泵氣體放電激發(fā)。是利用在氣體工作物質(zhì)肉發(fā)生的氣體放屯過程來實現(xiàn)粒予數(shù)反特的，整個也勵政置通常山放屯電極和放電屯源組成?；瘜W(xué)激發(fā)。是利用在工作物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過程來實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的，通常要求有適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)物和相應(yīng)的41發(fā)措施。核能激發(fā)。是利用小型核裂變反應(yīng)所產(chǎn)生的裂變碎片、高能粒子或放射線來激勵工作物質(zhì)并實現(xiàn)粒子數(shù)反柃的。光學(xué)共裉麼_____通常由組成腔的兩個反射鏡以一定的幾何形狀（反射面岳率半徑）和相對組合方式組成。，①提供光學(xué)反饋能力，使受激輻射光子在腔內(nèi)多次往返以形成相千的持續(xù)振蕩。②對腔內(nèi)往返振蕩光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。激光暴種類a）固體激光器（晶體和玻璃），這類激光器所采用的工作物質(zhì)，是通過把能夠產(chǎn)生激輻射作用的離孚摻入晶體或玻璃基質(zhì)中構(gòu)成發(fā)先中心而制成的；＞紅寶名激先器（6943）、摻釹釔鋁石榴石、摻釹釩峻釔（io64nm＞、摻拉釔鋁石榴石、鐵藍寶石激光器（67onm^i2oonm）b）氣體激光器，它們所采用的工作物質(zhì)是氣體，并且根據(jù)氣體屮具正產(chǎn)生受激發(fā)射作用之工作粒子性質(zhì)的不同，而進一步區(qū)分為原予氣體激先器、離子氣體激光器、分予氣體激光器、準(zhǔn)分子氣體激光器等；＞氦氖激光器（紅光）、二氧化碳激光器、一氧化碳激光器（紅外線）、氙氣激光器（紫外線）、氬離子激光器（藍光到綠光）、氦鎘激光器（藍光、近紫外）、氪離子激光器（藍光到深紅光）、氧離子、氙離子、混合氣體（氬、氪）、金花蒸汽、金厲化物、化學(xué)激光器（並酸、碘）0MT液體激光器，這類激光器所采用的工作物質(zhì)主要包括兩類，一類是有機蒙光染料落液、另一類是含有稀土金屬離子的無機化合物溶液,其中金屬離子（如Nd）起工作粒子作用，而無機化合物液體（如SeOCl2）則起基質(zhì)的作用；，有機染料（吐噸類染料、香豆素類激光染料、花菁類染料溶解在乙醇、甲醇或水），無機化合物液體d)半導(dǎo)體激光器，以半導(dǎo)體材料作工作物質(zhì)，其原理是通過一定的激勵方式(電注入、光泵或高能電子束注入)，在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶之闕或能帶與雜質(zhì)能級之間，通過激發(fā)非平衡載流子而實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生光的受激發(fā)射作用；?電注入式、光泵式和高能電子束激發(fā)式＞屯注入式以砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS).磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)二極管＞光泵式半導(dǎo)體激光器，一般用N型或P型半奪體羊晶(如GaASJnAsJnSb等＞高能電子束激發(fā)式半導(dǎo)體激光器，一般也是用N型或者P型半導(dǎo)體蘋晶如PbS,CdS,ZhO等)做工作物質(zhì)e）自由電子激光器，工作物質(zhì)為在空間周期變化磁場中高速運動的定向自由電子束，只要改變自由電子束的速度就可產(chǎn)生可調(diào)諧的相干電磁輻射，原則上其相千輻射譜可從X射線波段過渡到微波區(qū)域，因此具有很誘人的前景?！?用激光器名稱介質(zhì)He<dN2KrArHe<dArKrXeAr-KrHe-Ne紅寶石C「3+Kr體體體體體體體體體體體體氣氣氣氣氣氣氣氣4?氣闡*j?光頻數(shù)波長（埃）紫外光紫外光紫外光紫外光可見尤可見光可見光可見光可見光可見光可見光紅外1只5033713507,356435”，36撲441663784579:51454619.67644603,62714675.6764632869437530,7990激光器名稱Ca.AsNdNd/YAG㈨體（半導(dǎo)體）閿體（半導(dǎo)體）固體域體（摻釹的釔鋁石榴石）He-Ns氣體C02氣體H20氣體HCN氣體光姊數(shù)波長（埃）紅外光紅外光紅外光紅外光85009040io6oo10600紅外光紅外光紅外光紅外光”500,33900106001180033700激光傷害?激光輻射造成的皮膚傷害主要有色素沉著、紅斑和水泡等，傷害程度取決于輻射刑量的大小。>激光能夠傷害眼睛、皮膚、呼吸道、中樞神經(jīng)以及整個機?人眼對不同波長激光的透射和吸收不同，不同波長激光對人眼傷害的部位也不同，激先輻射能對人眼傷害敕重。?激光輻射造成的眼傷主要有先致角膜炎、角膜凝固、碳化和穿孔、晶狀體混濁、枧覺功能性障礙'閃光官"，以及視叫阪凝㈨、出血和爆裂等，>5mW的激光就可以對人類視問腴造成不可逆?zhèn)鞯膿p傷；兒童激光發(fā)射功車應(yīng)不超過0.4毫W，實際最高1440兆瓦激光治療設(shè)備多為彡B類和4類激光飭睿距離3米左右閃了一下激光防護激光源、操作人員和工作環(huán)境___＞安全管理：制定激光安全操作規(guī)租，對激光產(chǎn)品嚴(yán)柊分級定標(biāo)，為用戶提供安全使用指南等。＞安全教育：對接觸激光的人員進行安全教育和訓(xùn)練。＞個人防護：為接缺激光的人員配備激光防護镋等防護用具。＞工程防護：除去激光光路上的易燃物質(zhì)和鏡荀反射物，設(shè)昱危險標(biāo)志，在工作場所設(shè)置必要的警報裝置等。＞醫(yī)學(xué)監(jiān)督：必要時對激光操作人員進行定期體檢。激光束涂接近y標(biāo)處外不應(yīng)外漏。激光束不應(yīng)和眼在H—水平。激先束應(yīng)止于無反射及防火物質(zhì)；脈沖激光應(yīng)有安全問以防止激光爆炸。防護基本原則室內(nèi)應(yīng)光亮以縮小曈孔;＞戸禁貧視激光東；＞盡T能遠離激光束;＞所有接近強激光人M應(yīng)戴相應(yīng)的防護眼鏡；＞工作人員應(yīng)穿工作服和載手套；?＞大功率激光器工作時應(yīng)有紅燈標(biāo)示，激光器應(yīng)遠距離操縱＞人員應(yīng)在隔畤房間操縱；＞應(yīng)設(shè)置障礙，無關(guān)人負(fù)不準(zhǔn)人內(nèi)，人不能走近二手激光切劉樣激光pJ

＞激先室的墻甓不可涂黑，應(yīng)用淺色而漫射的涂制，以減少彳，；反射提S光北C＞照射表而應(yīng)粗糙fl＞定期檢查眼。＞對初參加工作者應(yīng)加強激光防護教育。敖光昉櫨材料的技術(shù)指標(biāo)材料的先密度是標(biāo)志激光防護材料對激光輻射能量的裒減往度＞其定義為:D=-\gTA

或D=lgp.式中：T.激光防護材料在激光波長處的透過率；射到激光防護材料上的激光強度；八過激光防護材料的激光強度.D值越大就表示對激光的衰減程度越大，防護性能愈好。?透明度對丁見光應(yīng)有足夠高的透過率，以體證工作人員或激光技術(shù)人員在工作時能清楚地進行觀察；盡可能夠保留透過率，＞透明度是指激先防護村料對可見光的透過率；激先防護材料?防護波長＞不叫波長的激光對眼昤的損傷部位和損傷衩度不PK對不同的防護要求應(yīng)選用不同的材料?激尤損傷閩值＞激光損傷閾值是標(biāo)志激光防櫨忖?？沙惺艿睦蠹ね枞味?。激先對激光防護材料的破壞要經(jīng)過連續(xù)激光和脈沖激光兩種方式來迸行測試D*防護角＞防護角是指激尤防護材料對入射激光束所能達到的安全防護范悶達紅外激光的危者及其昉櫨＞二孔化碳激t的閥限值是O」w/cin2。二氏化碳激先將為厚0.2mm的皮膚吸收I很客易引起水疤或燒焦。功率校大時，一下子就會燒傷，生理反應(yīng)(如痛覺)起不了保護作用。＞用30mJ二氧化碳煦前臂表兩皮膚0.5?0.25s，光斑直符10pm，照射時刺痛和灼痛。幾小時后出現(xiàn)紅斑，24h后擴展，水腫，技后結(jié)廠。?防護措施穿工作服、戴手套。產(chǎn)常用的二氧化碳激^(io.6pm)全部為角悮吸收，進不了眼內(nèi)；由于這種激光不可見一般功率校大，一不小心就會燒傷角膜、結(jié)膜和眼瞼。嚴(yán)對亍角腴燒傷，教輕是小白色汝點，照射后iomin出現(xiàn)，只涉及角膜上皮，不浮腫，后消退，無可見瘀痕，，較重的是從外到里形成坳柱形白色傷斑，再克就是形成潰渴傷斑或穿孔。?戴一副平走玻璃眼镋即叮。吸收型敖光防護材料吸收型激光防護技術(shù)應(yīng)坍敉為廣泛，可制成激光防護镋或激光防護負(fù)革，亦可做成鏡片加入光學(xué)系統(tǒng)，實現(xiàn)激光的防護，吸收型激光防護材枓可以分為紀(jì)料吸收濾光片和玻璃吸收濾光片。+-塹料型是在光學(xué)塹料屮加入吸收激光的有杌染料，優(yōu)點是使光密度高、質(zhì)輕、價格低、制備方便；缺點是易老化、表面硬度低、耐化學(xué)試劑性差、易發(fā)生光漂白；玻璃型是在玻璃熔煉過程十加入無機染料制成，它克服了塑料防護材料的缺點，但能吸收的波長很少；前也冇采用低溫熔煉的方法能夠使玻璃型同樣實現(xiàn)多波段防護4缺點：由于吸收激光能貴容S導(dǎo)致本身破壞；導(dǎo)致叮見光透過率不高，影響觀察。反射型激光昉櫨材料?反射型激光防護材料是在玻璃基體上進行多層涂膜，利用光的干涉原理，冇ii抨地反射枯史波長的激光，而使得其他波長的光絕大部分透過，?優(yōu)點：＞由于這種激光防護材料是反射激光而不是吸收激光，它可比吸收型濾光片承受更強的激光。?缺點：。多層涂腴對激光反射的效果隨激光入射角變化而變化；當(dāng)入射角達到45°時，多展涂膜玻璃將喪失防護作用；r反射的激光還會對其他人g或光學(xué)儀器產(chǎn)生損傷；此卟，軍事上對激光防護要求很高，玻璃涂層較厚，影響玻璃透光性。復(fù)合式昉櫨村料?在吸收式防櫨材料表耷再鍍上反射暎，兼有吸收式和反射式兩種防護材料的優(yōu)點0＞這種材料這種材料由基片和多層介質(zhì)膜組成。具有低通濾波特性的特種玻璃為基片，在基片上蒸鈹多層反射介質(zhì)膜，組成吸收反射混合性結(jié)構(gòu)。＞集綜合性吸收材料和反朝性材料的優(yōu)點于一體，不僅叮達到校島的光學(xué)密度，而且還能保證一定的可見光透過率，防護效果校好。＞防護鏡的透明度為30%?40%，鏡片的光焦度為4?6m-1，能防護多種波長的光。成本可見史透過率相對于反射式材料有很大程度下降;相干氏防什材料它曲多展介電材料沉積在基片上制作而成。-由于激光的高相干性，激圯在通過防護镋后相干相消，起到濾光的作用。-這種防護鏡其有比普通吸收型濾光忟更大的史學(xué)密度，它的濾光性能也與入射激光角度有關(guān)。全息式昉櫨材料采捫在光敏材豐1上則兩種相干光記錄相干信息的方法產(chǎn)生的，分為全息槽U濾光型材料和超窄杷U濾光型材料.＞普通相干濾光材料是靠沉積不同折射率材料制成的，全忽濾光材料則可設(shè)計成高光學(xué)密度和窄濾光寬帶，而JL比普通電介質(zhì)材料濾光材料有更好的光截止性，可以減少插入損耗，＞全息式防護材料在特定波長處的光學(xué)密度也與入射激光的角度有關(guān)，?此外，還有爆炸型，光化學(xué)反應(yīng)型、光電型和微品玻璃型,激光昉枳材料的發(fā)展趨勢基于非線性光學(xué)原理的激光防護材料＞利用三階非線性先學(xué)效應(yīng)，括非線性吸收、非線性折射、非線性敦射和非線性反射，＞非線性反飽和吸收（接近實用化方案）：指激先防護材料的吸收系數(shù)隨入射光強的增加而增加；＞在低能量光的照射下，材料基態(tài)吸收起主要作用，呈媯吸收，S透過；＞在高能資激光的照射下，材料的激發(fā)態(tài)吸收截而大于基態(tài)吸收截面，可見光透過辛較島，出現(xiàn)反飽和吸收，呈強吸收，低透射，對激光起阻擋作用。?具有中心對稱二維屯子共軛體系的有機大分子圩實現(xiàn)反飽和吸收基于相交原理的敝光防什封料?利用這一特性可以阻擋紅外光和電磁輻射的攻擊，從而實現(xiàn)激光防護，＞熱致相變材料在室溫下為一種結(jié)構(gòu)，呈透明狀態(tài)；＞激史照射后，討料產(chǎn)生溫升，當(dāng)溫度上升到一定高度時產(chǎn)生相變，轉(zhuǎn)吏為另-種結(jié)構(gòu)，變成不邊明狀態(tài)。＞VO2薄胰是一種熱致相變材料，在室濕附近為單斜結(jié)構(gòu)，呈半導(dǎo)體態(tài)，禁帶寬度為o.7eVt對應(yīng)的栽止波長為iSoonm;＞當(dāng)溫度上升到68V時，轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>