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Aldo Palma
10 anni fa
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10 Industriali: taglio, saldatura, trattamenti di materiali, Misure di distanze e velocità, giroscopi laser Sensori, attuatori a distanza Spettroscopie ottiche lineari e nonlineari Confinamento inerziale di plasmi Imaging 3D: olografia, microscopia Comunicazioni ottiche Applicazioni biomedicali Industria militare 10

lineari e nonlineari Confinamento inerziale di plasmi Imaging 3D: olografia,

11 Industriali: i laser focalizzati possono trasferire ad un materiale alte potenze concentrate in piccolissime aree. Taglio, foratura, saldatura su metalli, plastiche, tessuti, legno, pellami, pietre preziose, etc. Focalizzando un fascio laser con una lente di focale f: P, Ω f I m ax = 2 P f 2 Ω Le dimensioni focali realizzabili sono dell ordine della λ; I laser di potenza sono disponibili su diverse λ, si può scegliere la più adatta per ogni materiale. Il laser è un utensile a bassa usura e alte velocità. Incisione e marcatura laser: y Laser x * Lente a campo piano 11

Focalizzando un fascio laser con una lente di focale f: P, Ω f I m ax = 2 P f 2 Ω Le dimensioni focali realizzabili sono dell ordine della λ; I

12 Applicazioni Saldatura Taglio Marcatura Trattamento materiali

13 Scientifiche, metrologiche: utilizzano in particolare la brillanza, coerenza e direzionalità della luce laser. Ottica non lineare generazione di armoniche superiori; generazione parametrica (OPO). Spettroscopia Microscopia ottica Il laser illumina microscopi confocali, recentemente microscopi a due fotoni, realizzati con sorgenti ad impulsi ultracorti Interferometria Usata tipicamente per misurare variazioni di cammino ottico. BS BS FD Telemetri, velocimetri, giroscopi, puntamento Misure di granulometria, planarità 13

Spettroscopia Microscopia ottica Il laser illumina microscopi confocali, recentemente microscopi a due fotoni, realizzati con

14 Globuli rossi: diametro 7 micron 14

15 Microsfere 2.5 micron di diametro 15

16 Applicazioni Fluorescenza Spettroscopia

17 Elettronica e Telecomunicazioni: settori di massimo sviluppo applicativo, soprattutto per laser a semiconduttore. Mercato delle memorie ottiche (CD, DVD, R/W, olografiche). CD, 650 MB DVD, 4,7 x 4 GB Memorie olografiche: 1Gb/cm, lettura a 1Gb/s!! Fotolitografia (circuiti stampati) Fotocopiatrici, scanner, lettori di codici a barre... Telecomunicazioni in fibra ottica: sorgentimodulate eamplificatori ottici di tratta. Diodo λ1 Diodo λ2 Diodo λ3 Modulatore Modulatore Modulatore B B B Canale F.O. λ1, λ2, λ3 LD EDFA EDFA LD EDFA Rivelatore λ1 Rivelatore λ2 Rivelatore λ3 λ1 λ3 λ1, λ2, λ3 LD 17

! Fotolitografia (circuiti stampati) Fotocopiatrici, scanner, lettori di codici a barre.

18 Applicazioni Telecomunicazioni

19 Applicazioni Codice a barre Telemetria Litografia Giochi di luce

20 Biomediche: molti laser interagiscono efficacemente e selettivamente con tessuti biologici; Applicazioni terapeutiche: bisturi laser, laser per oftalmologia (retina, cornea), appl. estetiche. UV 532nm Ambientali: l accordabilità in λ di alcuni laser permette analisi e individuazione di sostanze gassose o liquide. LIDAR (LIght Detection And Ranging) per analisi atmosferiche, fanno uso perlopiù di OPO o sorgenti a banda larga Sostanza esaminata Divertimento: Sorgente a λ accordabile Telescopio e rivelatore abanda accordabile Laser show (sorgenti a luce bianca), proiettori laser in tricromia. 20

LIDAR (LIght Detection And Ranging) per analisi atmosferiche, fanno uso perlopiù di OPO o sorgenti a banda larga.

23 identificare e valutare il rischio proteggere le persone dalla radiazione laser

27 effetti biologici dipendono da: energia lunghezza d onda durata dell esposizione dimensione della zona irradiata

28 interazione radiazione-tessuto processo fototermico processo fotochimico processo fotomeccanico processo fotoablativo

29 processo fototermico aumento di temperatura per assorbimento della radiazione. frequente λ >600 nm esposizioni molto lunghe

30 processo fotochimico modificazione delle molecole del tessuto produzione di nuove sostanze λ <600 nm esposizioni almeno di alcuni secondi

31 processo fotomeccanico formazione di onde d urto causate dalla radiazione importante per impulsi di forte intensità di picco e di brevissima durata

32 processo fotoablativo rimozione esplosiva di tessuto a causa dell irraggiamento rilevante per impulsi di elevata potenza (UV) sono compresenti anche processi fototermici, fotochimici e fotomeccanici.

34 la pelle e il laser Bisogna anche tenere conto della Esposizione Massima Permessa anche per la cute

38 Classi di rischio I laser sono raccolti in classi di rischio La classificazione viene effettuata dal costruttore

45 classi (nm) M 2 2M 3R 3B

47 Sorgenti o sistemi giustificabili Solo le sorgenti laser o i sistemi laser di classe 1 sono giustificabili

49 t 1 t 2 t LEA 3

54 1) 3

55 nm nm nm nm nm op nm op p op nm p op p nm op p op

58 α d s d i γ d s d i α γ

60 λ λ λ λ

61 Laser modulati o ad impulsi λ λ

63 α γ e d s d i

65 identificare e valutare il rischio proteggere le persone dalla radiazione laser

66 per proteggere le persone

67 Distanza Nominale di Rischio Oculare Distanza alla quale l irradiamento (W/m 2 ) o l esposizione energetica (J/m 2 ) è uguale all esposizione massima permessa definita per la cornea.

68 Zona Nominale di rischio Oculare Per distanze maggiori della DNRO siamo in sicurezza Per distanze inferiori alla DNRO siamo nella zona nominale di rischio oculare ZNRO

69 Zona Laser Controllata Area entro la quale sono presenti laser che superano il livello di esposizione massima permessa

70 ZONA NOMINALE DI RISCHIO OCULARE: > EMP E < EMP a, φ,p 0 A r r 1

71 Area DNRO

72 Calcolo della DNRO D = DNRO Area= πd 2 /4 l esposizione ad una distanza DNRO E DNRO = EMP, E DNRO = P o /Area, DNRO= [ ( 4 P 0 /πemp ) 1/2 -a] / φ se DNRO è negativa il laser è sicuro

73 DNRO = [ ( 4 P 0 /πemp ) 1/2 -a] / φ Laser HeNe collimato sorgente piccola λ = 633 nm φ = 0.7 mrad a = 1 mm Po = 10 mw 3B Po = 1 mw 2M EMP = 10 Wm -2 DNRO = 49.5 m DNRO = 15 m

75 Come si propagano Propagazione diretta Dopo un sistema ottico Da fibra Dopo riflessione fissa o mobile Dopo diffusione

76 propagazione diretta

77 Dopo un sistema ottico d 0 Fλ/D F = focale della lente

78 Da fibra laser D r

79 Dopo riflessione fissa o mobile

80 Dopo diffusione laser

81 riflessione diffusione r = i

82 Dipendenza dalla rugosità superficiale e dalla : Riflessione speculare rugosità superficiale < Riflessione diffusa rugosità superficiale >

83 L A S E R Funzionamento continuo

84 Funzionamento impulsato L A S E R

85 Funzionamento impulsato τ T =1/f τ = durata impulso f = frequenza di ripetizione t

86 parametri di interesse Energia Potenza picco Potenza media Q = energia per impulso P P = Q/τ potenza picco P m = (Q)(f) potenza media [J] [W] [W]

87 Cosa voglio misurare Densità di potenza Densità di energia Perché devo confrontare il livello della radiazione emergente con i limiti di esposizione applicabili che sono espressi in densità di potenza o di energia e per calcolare la DNRO

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