Kĩ Thuật An Toàn Khi Sử Dụng Nguồn Sáng Laser

1. Chương 3
KĨ THUẬT AN TOÀN KHI SỬ DỤNG
NGUỒN SÁNG LASER
3.1 Các chi tiết đặc biệt dùng trong kĩ thuật laser.
Các laser công suất cao có thể tự bị phá hủy, các tinh
thể, các gương và các chi tiết quang chịu bức xạ laser có
mật độ công suất cao dễ bị hỏng.
Vì tuổi thọ các laser có ý nghĩa kinh tế lớn nên cần chú ý
cách vận hành và bảo dưỡng.

2. • Xung laser công suất cao của laser gây nên hỏng hóc thanh
hoạt chất, gương và các chi tiết quang nhất Khi bức xạ xung
dài ít bị phá hủy hơn..
• Sự phá hủy các vật liệu quang xảy ra với các giá trị ngưỡng
công suất. Khi lớn hơn ngưỡng ,phá hủy do sự đốt nóng làm
chảy và cháy bay hơi
. Ví dụ: Laser CO2 với mật độ công suất lớn hơn 108
W/cm2
phá hủy tinh
thể clo rua Kali làm hỏng thấu kính.
• Ngưỡng phá hủy phu thuộc vào bản chất vật liệu, khuyết tật,
tạp chất và trạng thái bề mặt sau khi gia công lần cuối

3. Các nguyên nhân gây nên sự phá hỏng vật liệu:
• Sự không đồng nhất của các xung laser.
• Sự tồn tại các phần tử hấp thụ trong vật liệu.
• Hiện tượng tự tiêu tụ.
• Sự tự tiêu tụ: sóng laser làm thay đổi chiết suất vật liệu các chùm tia
laser tự thu hẹp đường kính.
• Sự đánh thủng vật liệu:
-do điện tử của vật liệu bị sóng điện từ trường cuả laser kích thích
chuyển lên mức năng lượng cao và gây lên sự đánh thủng.
- Ngưỡng đánh thủng do khuyết tật, vết xước bề mặt thấp hơn trong
lòng vật liệu do nó nảy sinh sự tập trung sóng điện từ trường tại các
điểm đó.

4. • Gương laser
• + Gương kim loại: dùng bạc, vàng,gốm đánh
bóng… có hệ số phản xạ không quá 90 ÷ 95%
thường chỉ với laser rắn, bán dẫn và laser khí có
bước sóng dài.
• + Gương điện môi nhiều lớp: có tính chất chọn lọc
và hệ số phản xạ cao, bảo đảm hệ số phẩm chất của
buông cộng hưởng cao và chịu được mật độ năng
lượng bức xạ lớn thời gian làm việc dài:

5. • Nguyên lý hoạt động dựa trên hiệu ứng giao thoa.
• Cấu tạo: Gồm rất nhiều lớp điện môi trong suốt có
hệ số khúc xạ n1 và n2 với chiều dày quang học bằng
một phần tư bước sóng bức xạ:
n1
n2
λ/4
Hình 3.1 Gương nhiều lớp điện môi

6. Các chất liệu để chế tạo gương laser nhiều lớp:
Vật liệu Chiết xuất(λ=0,7µ) Vùng phổ truyền
qua(µm)

7. Thông số quan trọng của gương: mật độ công suất tới
hạn mà gương chịu được
Loại gương
Số lớp
Công suất tới
hạn(Mw/cm2)
λ(µm)

8. • Trong laser công suất cao ngoài lớp điện môi người
ta còn sử dụng dạng các tấm có chiết suất cao như
saphia được đánh bóng và mài song song. Sự phản
xạ do hiệu ứng giao thoa xảy ra. Hệ số phản xạ được
tính bằng biểu thức:
Số tấm
Hệ số phản xạ

9. • Các bề mặt cần phải “tuyệt đối sạch”, các bụi bẩn
trên gương đầu thanh hoạt chất, van, tấm phản xạ
có trong buồng cộng hưởng có thể gây nên sự đốt
cháy gây phá hủy bề mặt.
• Ví dụ: Chi tiết quang trong laser khí CO2 nếu sạch
chịu được thử nghiệm 1000 W/cm2
/ 20 giờ. Còn khi
bụi bẩn chịu được nhỏ hơn 100W/cm2.
• Với các chi tiết quang có lớp phủ phản xạ hoặc
truyền qua các phẩn tử hấp thụ trên bề mặt các lớp
gây lên sự phá hủy cho nên cần làm sạch các lớp
phủ

10. • Về phương pháp làm sạch các lớp phủ:
• Vật liệu cứng: TiO2, SiO2… bền, chịu nước dùng làm
lớp phủ giảm phản xạ trong các vùng sóng tử ngoại,
nhìn thấy và phổ hồng ngoại gần.
• Vật liệu cứng vừa: ZnS, F2Th…ùng trong gương
laser CO2 vì có sự hấp thụ như trong vùng hồng
ngoại, kém bền trong nước và hơi nước.
• Vật liệu mềm: ít dùng vì hoa tan trong nước và kém
bền về cơ học..

11. • Với vật liệu cứng làm sạch bằng các dung môi và
lau bằng vái mềm và sạch.
• Với vật liệu cứng vừa: dùng các dung dịch như
axeton sau đó dùng khí khô N2 làm sạch.
• Vật liệu mềm hiện nay không sử dụng, song với
laser cũ thì nên chỉ dụng khí N2 khô thổi làm sạch.

12. • 3.2 Kỹ thuật an toàn đối với người khi làm việc
với laser
• Việc sử dụng laser gắn liền với những nguy cơ mất an toàn.
Trước hết là sự gây tổn thương cho mắt và tia laser có công
suất cao gây lên những vết bỏng da.
• Đặc biệt là sự tác động của tia laser là tức thời và qua không
khí nên dễ xảy ra khi bất cẩn và không để ý, hơn nữa do tia
laser có thể được tiêu tụ với vết rất nhỏ có cường độ năng
lượng rất lớn nên đặc biệt nguy hiểm.

13. C¸c d¹ng ph¸t cña Laser
• Ph¸t liªn tôc ( CW -continuous Wave)
Continuous Output (CW) Pulsed Output (P)
watt (W) - Unit of power or radiant flux (1 watt = 1 joule per second).
Joule (J) - A unit of energy
Energy (Q) The capacity for doing work. Energy content is commonly used to characterize the output
from pulsed lasers and is generally expressed in Joules (J).
Irradiance (E) - Power per unit area, expressed in watts per square centimeter.
Energy
(Watts)
Time
Energy
(Joules)
Time
Ph¸t Xung-Pulsed (Q-switched)

14. • 3.2.1 Các tác động vật lý.
• Nguy hiểm nhất của tia laser là với võng mạc- điểm nhạy
cảm nhất của mắt, thủy tinh thể và sau đó là da. Võng mạc
nhạy cảm nhất với laser ở bước sóng nhìn thấy 0,4 μm < λ<
0,7 μm và vùng gần hồng ngoại 0,7μm < λ< 1,4 μm.
• Laser ở vùng cực tím λ< 0,4 μm không nhạy cảm với võng
mạc song dễ gây tổn thương tới thủy tinh thể. Thủy tinh thể
có thể bị tác động bởi laser ở các bước sóng bất kỳ.

15. • Hình 3.1 Đặc trưng phổ của mắt người
Nd
Rubi
HeNe
Ar++
0,2
1500 nm
1000
500
0,4
0,6
0,8
1
0/0
Pho truyen qua cua mat
Pho hap thu cua vong mac
Buoc song λ

16. • Sự tác động lên võng mạc sẽ lớn hơn rất nhiều so với khi ta
quan sát ở ngoài vì vết hội tụ ở võng mạc có thể đạt tới 20
μm.
• Độ tăng tỉ lệ công suất tỉ lệ (dp/dr)2 với dp là đường kính
pu-pin mắt và dr là đường kính hội tụ lên mõng mạc.
• Ví dụ: dp ≈ 5 mm, dr ≈ 20. 10-3
mm thì mật độ công suất lên
6.104
lần so với mật độ công suất khi vào mắt. Mắt là nơi
nguy hiểm nhất ngay cả khi các bộ phận khác chưa đạt đến
độ nguy hiểm.
Tải bản FULL (37 trang): https://bit.ly/3qD3lJm
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

17. Hinh 4.1 Mật độ công suất nguồn trải rộng và nguồn điểm tại võng mạc
3880960