= = π 10 2 = 103.8 10 2 5 = = 1
π =3.2 10 3.810 = 1 5 π = µ = =
π = =
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
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
Applicazioni Saldatura Taglio Marcatura Trattamento materiali
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
Globuli rossi: diametro 7 micron 14
Microsfere 2.5 micron di diametro 15
Applicazioni Fluorescenza Spettroscopia
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
Applicazioni Telecomunicazioni
Applicazioni Codice a barre Telemetria Litografia Giochi di luce
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
identificare e valutare il rischio proteggere le persone dalla radiazione laser
effetti biologici dipendono da: energia lunghezza d onda durata dell esposizione dimensione della zona irradiata
interazione radiazione-tessuto processo fototermico processo fotochimico processo fotomeccanico processo fotoablativo
processo fototermico aumento di temperatura per assorbimento della radiazione. frequente λ >600 nm esposizioni molto lunghe
processo fotochimico modificazione delle molecole del tessuto produzione di nuove sostanze λ <600 nm esposizioni almeno di alcuni secondi
processo fotomeccanico formazione di onde d urto causate dalla radiazione importante per impulsi di forte intensità di picco e di brevissima durata
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.
la pelle e il laser Bisogna anche tenere conto della Esposizione Massima Permessa anche per la cute
Classi di rischio I laser sono raccolti in classi di rischio La classificazione viene effettuata dal costruttore
classi (nm) 180-302.5 1 1M 2 2M 3R 3B 4 302.5-315 315-400 400-700 700-1050 1050-1400 1400-1500 1500-1800 1800-2600 2600-4000 4000-10 6
Sorgenti o sistemi giustificabili Solo le sorgenti laser o i sistemi laser di classe 1 sono giustificabili
t 1 t 2 t 3 1 2 LEA 3
1) 3
180-315 nm 315-400 nm 400-1400 nm 1400-10 6 nm 180-315 nm op 315-400 nm op p op 400-1400 nm p op p 1400-10 6 nm op p op
α d s d i γ d s d i α γ
λ λ λ λ
Laser modulati o ad impulsi λ λ
α γ e d s d i
identificare e valutare il rischio proteggere le persone dalla radiazione laser
per proteggere le persone
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.
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
Zona Laser Controllata Area entro la quale sono presenti laser che superano il livello di esposizione massima permessa
ZONA NOMINALE DI RISCHIO OCULARE: > EMP E < EMP a, φ,p 0 A r r 1
Area DNRO
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
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
Come si propagano Propagazione diretta Dopo un sistema ottico Da fibra Dopo riflessione fissa o mobile Dopo diffusione
propagazione diretta
Dopo un sistema ottico d 0 Fλ/D F = focale della lente
Da fibra laser D r
Dopo riflessione fissa o mobile
Dopo diffusione laser
riflessione diffusione r = i
Dipendenza dalla rugosità superficiale e dalla : Riflessione speculare rugosità superficiale < Riflessione diffusa rugosità superficiale >
L A S E R Funzionamento continuo
Funzionamento impulsato L A S E R
Funzionamento impulsato τ T =1/f τ = durata impulso f = frequenza di ripetizione t
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]
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