Чем отличается излучение лазера от лампы накаливания

Чем отличается излучение лазера от лампы накаливания

Тем, что лампочка, как правило, светит во всех, практически, направлениях (кроме того, с которого к её колбе присоединен цоколь), а лазерный луч характеризуется узкой направленностью, очень тонким, концентрированным пучком он светит.

К тому же, спектр света лампочки, как правило, опять же, видим для человеческого глаза, а вот свет лазера запросто может быть вне видимого диапазона, то есть, быть невидимым глазу.

Луч лазера отличается, во-первых, когерентностью излучения. Это значит, что волны всего диапазона производят колебания синхронно, это свойство света лазера позволяет фокусировать излучение в очень узкий пучок, который не рассеивается на большом расстоянии. И второе, чем отличается свет лазера — это очень узкий диапазон волн, что позволяет использовать лазер в голографии, сделать голограмму для обычного света намного труднее.

Излучение лампочки термодинамически равновесное, то есть распределение мощности по спектру описывается для него формулой Планка. И это излучение широкополосное — в нём присутствуют все возможные длины волн. Конечно о-очень коротких, как и о-очень длинных волн в нём практически нет, но "практически" означает лишь чрезвычайно малую долю, но не нулевую. Нагретая градусов до четырёхсот лампочка кажется совершенно тёмной, но в абсолютно тёмной комнате и дав глазам привыкнуть к темноте можно увидеть, что она всё-таки светится тусклым красным светом.

Излучение лазера не является термодинамически равновесным, и его спектр поэтому формуле Планка не подчиняется. Оно строго монохроматичное. Для хорошего лазера удаётся получить ширину полосы в десятки, а то и в единицы герц — при том, что частота излучения там сотни терагерц.

Как следствие "термодинамичности", излучение лампочки изотропно. То есть оно равномерно распределено по всем возможным направлениям. В частности, поэтому же солнечный диск представляется нам светящимся равномерно (это тоже "лампочка", просто температура повыше, но работает та же формула Планка). Излучение лазера остронаправленное, оно всё, целиком, сосредоточено в пределах очень маленького телесного угла. Величина этого угла зависит от геометрии лазера и от энергии накачки: чем больше отношение длины к ширине у оптического резонатора, в котором и генерируются световые колебания, тем это угол меньше. А чем больше энергия накачки — тем этот угол больше (для лазеров с непрерывным режимом работы; у лазеров с управляемой добротностью нет прямой связи между мощностью накачки и мощностью излучения в импульсе). Строго нулю этот угол равен быть не может, хотя б из того, что свет имеет и волновую природу. Нулевой угол расходимости получится только у лазера с бесконечно широкой выходной апертурой, что вряд ли возможно.

Читайте также:  Как правильно порезать ананас свежий

Излучение лампочки, опять же из-за своей термодинамической природы, некогерентное. Это означает, что даже у фотонов одинаковой энергии (= одинаковой длины волны) фазы не согласованы — они совершенно случайные. Лазерное излучение — когерентное. Фазы всех фотонов в нём согласованные (попросту равные). Разница между когерентным и некогерентным излучением примерно как между военным парадом и демонстрацией трудящихся: на параде все дружно печатают шаг, и эти шаги строго одинаковые: все идут в ногу, и глядя на одного солдата, можно сразу сказать, как идут все другие (в каком положении нога у ВСЕХ солдат в любой момент времени). Напротив, демонстранты идут все как бог на душу положит, их шаги "по фазе" (впрочем, кавычки тут необязательны. ) никак не согласованы

Лазер — акроним от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что дословно переводится "усиление света посредством вынужденного излучения" — это устройство, преобразующее энергию накачки в энергию узконаправленного потока излучения.

Существует большое количество различных типов лазеров. Их можно разделять на группы по источнику накачки, рабочему телу, области применения. Т.к. в данной статье лазеры будут рассмотрены в контексте безопасности работы с лазерными нивелирами и дальномерами, то внимание будет обращено на такие параметры, как рабочая длина волны (нм) и мощность излучения (мВт).

Длина волны, если она находится в видимом диапазоне, обуславливает цвет лазерного луча. Мощность излучения обуславливает яркость луча, те или иные возможности (прицеливание, демонстрация оптических эффектов, считывание штрих-кодов, резка и сварка материалов, лазерная хирургия, накачка других лазеров).

Излучение в лазерных нивелирах и дальномерах работает как обычная лазерная указка — портативный генератор когерентных и монохроматических электромагнитных волн видимого диапазона в виде узконаправленного луча. Изготавливается на основе красного лазерного диода, который излучает в диапазоне 635-670 нм. Мощность их излучения не превышает 1,0 мВт.

Лазерное излучение представляет существенную опасность для глаз, так как это излучение хорошо фокусируется хрусталиком на сетчатке глаза. В то же время бытовые лазерные приборы имеют малую ширину пучка, что обеспечивает высокую поверхностную плотность энергии в поперечном сечении луча. Именно высокая плотность энергии и может вызвать ожоги и другие повреждения. Лазеры большей мощности способны вызывать поражения глаз даже рассеянным излучением. Прямое, а в некоторых случаях и рассеянное излучение такого лазера способно вызывать ожоги кожи (вплоть до полного разрушения) и представляет пожарную опасность.

Читайте также:  Кухня с высоким цоколем

Существует несколько классификаций опасности лазеров, которые, однако, весьма похожи. Ниже приведена наиболее распространенная международная классификация.

Класс 1
Лазеры и лазерные системы очень малой мощности, не способные создавать опасный для человеческого глаза уровень облучения. Излучение систем класс 1 не представляет никакой опасности даже при долговременном прямом наблюдении глазом. К классу 1 относятся также лазерные устройства с лазером большей мощности, имеющие надежную защиту от выхода луча за пределы корпуса
Класс 2
Маломощные видимые лазеры, способные причинить повреждение человеческому глазу в том случае, если специально смотреть непосредственно на лазер на протяжении длительного периода времени. Такие лазеры не следует использовать на уровне головы. Лазеры с невидимым излучением не могут быть классифицированы как лазеры 2-го класса. Обычно к классу 2 относят видимые лазеры мощностью до 1 мВт
Класс 2a
Лазеры и лазерные системы класса 2a, расположенные и закрепленные таким образом, что попадание луча в глаз человека при правильной эксплуатации исключено
Класс 3a
Лазеры и лазерные системы с видимым излучением, которые обычно не представляют опасность, если смотреть на лазер невооружённым взглядом только на протяжении кратковременного периода (как правило, за счет моргательного рефлекса глаза). Лазеры могут представлять опасность, если смотреть на них через оптические инструменты (бинокль, телескоп). Обычно ограничены мощностью 5 мВт. Во многих странах устройства более высоких классов в ряде случаев требуют специального разрешения на эксплуатацию, сертификации или лицензирования
Класс 3b
Лазеры и лазерные системы, которые представляют опасность, если смотреть непосредственно на лазер. Это же относится и к зеркальному отражению лазерного луча. Лазер относится к классу 3b, если его мощность более 5 мВт
Класс 4
Лазеры и лазерные системы большой мощности, которые способны причинить сильное повреждение человеческому глазу короткими импульсами (
Когда в 2007 году у производителей появилась возможность использовать зеленые диоды, то все думали, что зеленый лазер неминуемо в скорости полностью заменит красный. Прошло 7 лет, и что же мы видим? У редких производителей среди всей линейки остались 1-2 модели с зеленым лазером. Зеленому лазеру не удалось сместить лазер красный. Возможно, он не дал того эффекта, которого от него ждали.
Чтобы разобраться, необходимо обратиться к физической стороне вопроса и выяснить, в чем различия и сходства красного и зеленого луча.
Читайте также:  Кварцевальная лампа для дома

Устроены зеленые лучи более сложно: первый лазер, инфракрасный, длиной волны 808 нм, светит в кристалл Nd:YVO4 – получается лазерное излучение с длиной волны 1064 нм. Оно попадает на кристалл «удвоителя частоты» — и получается 532 нм.

Главный плюс зеленых лазеров – 532 нм очень близко к максимальной чувствительности глаза, и как точка или плоскость, так и сам луч очень хорошо видны. Даже 5мВт зеленый лазер светит ярче, чем 200мВт красный (на фото). Однако у зеленых лазеров есть и большая опасность. Излучение 1064 нм сфокусировано почти так же, как и зеленое и представляет основную опасность при попадании в глаз на большой дистанции, тогда как излучение 808 нм сильно расфокусировано и опасно только на расстоянии нескольких метров. Иными словами, поражающая способность зеленого лазера для глаза намного больше, чем кажется.

В некоторых лазерах есть инфракрасный фильтр, но это значительно увеличивает цену прибора, значит может присутствовать только в дорогих моделях. Так же стоит заметить, что зеленые диоды, устройства которые излучают зеленый луч, значительно дороже при производстве (в несколько раз по причине большего числа брака по сравнению с красным). А рабочий ресурс зеленого диода значительно ниже. Суммарно это отражается на конечной стоимости нивелира лазерного. В итоге получается следующая картина. Нивелир лазерный с зеленым лучом строит проекции, которые лучше видны, ресурс такого прибора ниже, стоимость выше (порой у один производитель за одинаковые модели отличающиеся лишь лазером выставляет цену отличающуюся в 1,5-2 раза).

Следует отметить, что по заявленным производителями нивелиров характеристикам мощность такого лазера до 2,7 мВт (у красного до 1,0 мВт), а безопасность по классу 3 (у красного 2).

Подведем итог, зеленый цвет лазера действительно лучше виден в условиях дневного света, чем красный, но нельзя забывать о том, что он значительно небезопаснее и неоправданно дорог.

Забыли пароль? Введите ваш е-мейл адрес. Вы получите письмо на почту со ссылкой для восстановления пароля.

После регистрации вы можете задавать вопросы и отвечать на них, зарабатывая деньги. Ознакомьтесь с правилами, будем рады видеть вас в числе наших экспертов!

После регистрации вы можете задавать вопросы и отвечать на них, зарабатывая деньги. Ознакомьтесь с правилами, будем рады видеть вас в числе наших экспертов!

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector