Presentazione "laser". Presentazione di fisica sull'argomento: "Laser" L'uso di un laser nella presentazione degli affari militari

Studente Abaluev Egor 11 "b"

I generatori quantistici ottici la cui radiazione si trova nelle regioni dello spettro visibile e infrarossa sono chiamati laser.

Un laser è un dispositivo in cui l'energia, come l'energia termica, chimica ed elettrica, viene convertita in energia di campo elettromagnetico: un raggio laser.

Un atomo è in uno stato eccitato per circa 10 -8 s, dopodiché passa spontaneamente (spontaneamente) allo stato fondamentale, mentre emette un quanto di luce.

L'emissione spontanea avviene in assenza di azione esterna sull'atomo ed è spiegata dall'instabilità del suo stato eccitato.

Se l'atomo è soggetto ad un'azione esterna, la sua vita nello stato eccitato si riduce e la radiazione sarà già stimolata o indotta. Il concetto di emissione stimolata fu introdotto nel 1916 da A. Einstein.

L'emissione stimolata è intesa come l'emissione di atomi eccitati sotto l'azione della luce incidente Emissione stimolata.

1940 V. A. Fabrikant (possibilità di utilizzare il fenomeno dell'emissione stimolata) 1954 N. G. Basov, A. M. Prokhorov e C. Towns (sviluppo di un generatore di microonde) 1963 N. G. Basov, A. M Prokhorov e C. Towns ricevettero il Premio Nobel per la storia dell'invenzione del laser.

Direttività Monocromaticità Coerenza Intensità Proprietà della radiazione laser.

Quando viene utilizzato un laser, viene spesso utilizzato un sistema di tre livelli di energia di un atomo, il secondo dei quali è metastabile con una vita dell'atomo fino a 10 -3 s.

Schema della pompa ottica a tre livelli Sono indicate le "tempi di vita" dei livelli E2 ed E3. Il livello E2 è metastabile. La transizione tra i livelli E3 ed E2 non è radiativa. La transizione laser viene eseguita tra i livelli E2 ed E1.

Il laser è solitamente costituito da tre elementi principali: * Fonte di energia (meccanismo di pompaggio) * Fluido di lavoro; * Sistema di specchi ("risuonatore ottico").

La parte principale di un laser a rubino è una bacchetta di rubino. Il rubino è composto da atomi di Al e O con una miscela di atomi di Cr. Sono gli atomi di cromo che danno al rubino il suo colore e hanno uno stato metastabile.

I laser sono in grado di produrre fasci di luce con un angolo di divergenza molto piccolo. Tutti i fotoni della radiazione laser hanno la stessa frequenza (monocromaticità) e la stessa direzione (coerenza). I laser sono potenti sorgenti luminose (fino a 10 9 W, ovvero più della potenza di una grande centrale elettrica).

Lavorazione dei materiali (taglio, saldatura, foratura); In chirurgia invece di un bisturi; In oftalmologia; Olografia; Comunicazione tramite fibra ottica; Localizzazione laser; L'uso di un raggio laser come vettore di informazioni.

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Cenni storici Principio di funzionamento del laser Proprietà della radiazione laser Tipi di laser Applicazione dei laser

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Riferimento storico

Nel 1940 Il fisico russo V.A. Fabrikant ha evidenziato la possibilità di utilizzare il fenomeno dell'emissione stimolata per amplificare le onde elettromagnetiche. Nel 1954 Gli scienziati russi N.G. Basov e A.M. Prokhorov e, indipendentemente da loro, il fisico americano Ch. Towns hanno utilizzato il fenomeno della radiazione indotta per creare un generatore di onde radio a microonde con una lunghezza d'onda di 1,27 cm ("maser"). Nel 1963 N.G.Baskov e A.M.Prokhorov e Ch.Towns hanno ricevuto il Premio Nobel. Nel 1960 Lo scienziato americano T. Meiman è riuscito a creare un generatore quantistico che induce radiazioni nel campo ottico. Il nuovo generatore è stato chiamato "laser".

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Il principio del laser

Al livello 3, gli atomi hanno una "vita" di circa 10-8 s, dopodiché passano spontaneamente allo stato 2 senza emettere energia. "Lifetime" al livello 2 è di 10-3 secondi. Una "sovrappopolazione" di questo livello è creata da atomi eccitati. Gli atomi che "sovrapopolano" il 2° livello passano spontaneamente al primo livello con l'emissione di una grande quantità di energia. In condizioni normali, gli atomi sono nello stato energetico più basso. A causa dell'assorbimento dell'energia delle onde, alcuni atomi passano in uno stato energetico superiore (al 3° livello di energia).

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Proprietà della radiazione laser

I laser creano fasci di luce con un piccolo angolo di divergenza (10-5 rad.). La luce emessa da un laser è monocromatica, cioè Ha una sola lunghezza d'onda, un colore. I laser sono le sorgenti luminose più potenti: centinaia e migliaia di watt. La potenza di radiazione del Sole è di 7 103 W e per alcuni laser è di 1014 W.

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Tipi di laser

Laser al rubino Una lampada lampeggiante con un riflettore a specchio "pompa" energia in un'asta di rubino. Una valanga di fotoni si forma nella sostanza dell'asta eccitata da un lampo di luce. Riflesso negli specchi, viene amplificato ed esplode con un raggio laser.

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Laser a gas Tra gli specchi c'è un tubo sigillato con del gas, che viene eccitato da una corrente elettrica. Il neon si illumina di rosso, giallo krypton e blu argon.

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Laser dinamico a gas Sembra un motore a reazione. La camera di combustione brucia monossido di carbonio con l'aggiunta di cherosene o benzina o alcol. In un potente laser gas-dinamico, la luce genera un getto di gas caldo a una pressione di decine di atmosfere. Spazzando tra gli specchi, le molecole di gas iniziano a emettere energia sotto forma di quanti di luce, la cui potenza è di 150 - 200 kW.

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Laser a semiconduttore In un laser a semiconduttore, emette uno strato tra due semiconduttori di tipo diverso (tipo p, tipo n). Attraverso questo strato - non più spesso di un foglio di carta - viene fatta passare una corrente elettrica, eccitandone gli atomi.

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Laser liquido Il liquido con un colorante in un recipiente speciale è installato tra gli specchi. L'energia della molecola del colorante viene "pompata" otticamente mediante laser a gas. Nelle molecole pesanti di coloranti organici, l'emissione stimolata avviene immediatamente in un'ampia banda di lunghezze d'onda. I filtri luminosi emettono luce di una lunghezza d'onda.

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Applicazione dei laserI tagli laser, le saldature, le fucine, i trapani, ecc.

Un sottile filo di tungsteno per lampadine elettriche viene fatto passare attraverso fori nei diamanti trafitti da un raggio laser. I cuscinetti in rubino - pietre per orologi - vengono lavorati su macchine laser.

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Il raggio laser brucia qualsiasi materiale, anche il più durevole e resistente al calore. Macchine laser per la rettifica delle piste negli anelli dei cuscinetti ultra-piccoli.

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L'uso dei laser in medicina

Il chirurgo ha in mano un bisturi laser. La chirurgia oculare che prima era molto difficile (o del tutto impossibile) ora può essere eseguita in regime ambulatoriale.

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Il raggio rosso del laser rubino passa liberamente attraverso il guscio della palla rossa e viene assorbito dal blu, bruciandolo attraverso. Pertanto, durante un intervento chirurgico, il raggio di luce agisce sulla parete del vaso sanguigno, "non notando" il sangue stesso.

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Perforatore laser "Ermed-303" per prelievo di sangue senza contatto. Il primo dispositivo laser domestico "Melaz-ST", utilizzato in odontoiatria.

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L'uso dei laser in ecologia

I laser coloranti consentono di monitorare lo stato dell'atmosfera. Le città moderne sono coperte da un "cappello" di aria polverosa e fumosa. Il grado di contaminazione può essere giudicato dalla forza con cui i raggi laser con diverse lunghezze d'onda si diffondono al suo interno. Nell'aria pura, la luce non si disperde, i suoi raggi diventano invisibili.

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L'uso dei laser nell'atterraggio degli aerei

Durante l'atterraggio, l'aereo si muove lungo una traiettoria delicata: una traiettoria di planata. Un dispositivo laser che aiuta il pilota, soprattutto in caso di maltempo, è anche chiamato "Glis-garden". I suoi raggi ti consentono di orientarti con precisione nello spazio aereo sopra l'aerodromo.

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Letteratura

S.V.GromovFisica. Grado 11 / M. "Illuminismo". 2002 SD Trankovsky. Il libro sui laser / M. "Letteratura per bambini". 1988 Grande dizionario enciclopedico di uno scolaro / M. "Great Russian Encyclopedia". 2001 Enciclopedia per bambini.Tecnica. / M. Avanta. 2004 Dizionario enciclopedico di un giovane fisico / M. "Pedagogy-Press". 1997

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La presentazione della diapositiva è stata progettata dall'insegnante di fisica della scuola secondaria Bolshekustov, Lyubov Vladimirovna Usynina, 2007.

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Cos'è un laser? LASER (generatore quantistico ottico) è un dispositivo che converte l'energia della pompa (luce, elettrica, termica, chimica, ecc.) nell'energia di un flusso di radiazione coerente, monocromatico, polarizzato e strettamente diretto. La parola "laser" è un'abbreviazione delle parole della frase inglese "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" - amplificazione della luce mediante emissione stimolata.

Breve storia dell'apparizione del laser 1916 - A. Einstein predice l'esistenza del fenomeno dell'emissione stimolata delle basi fisiche per il funzionamento di qualsiasi laser d. - Sostanziamento teorico di questo fenomeno di P. Dirac d. - Conferma sperimentale del fenomeno dell'emissione stimolata di R. Ladenburg e G. Kopfermann d. - primo generatore di microonde (maser di ammoniaca), i creatori di C. Towns e indipendentemente da lui A. Prokhorov e N. Basov, il sig. T. Meiman ha dimostrato il funzionamento del primo generatore laser quantistico ottico. Negli anni successivi avviene un rapido sviluppo e vengono inventati sempre più nuovi tipi di laser (chimici, semiconduttori, laser a colorante e altri).

LASER (optical quantum generator) è un dispositivo che genera onde elettromagnetiche coerenti e monocromatiche nel campo del visibile dovute all'emissione stimolata o alla dispersione della luce da parte di atomi (ioni, molecole) del mezzo attivo. La parola "laser" è un'abbreviazione delle parole della frase inglese "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" - amplificazione della luce mediante emissione stimolata. Consideriamo questi concetti in modo più dettagliato.

Applicazione del laser Le proprietà uniche della radiazione laser hanno reso i generatori quantistici uno strumento indispensabile in vari campi della scienza e della tecnologia. Ad esempio: 1.Laser tecnici 2.Laser di comunicazione 3.Laser in medicina 4.Laser nella ricerca scientifica 5.Laser militari

Laser tecnici Potenti laser continui vengono utilizzati per il taglio, la saldatura e la saldatura di parti di vari materiali. L'elevata temperatura di irraggiamento consente di saldare materiali che non possono essere uniti con altri metodi (ad esempio metallo con ceramica). L'elevata monocromaticità della radiazione permette di focalizzare il fascio in un punto con un diametro dell'ordine del micron.

Laser tecnici Un raggio laser idealmente rettilineo funge da comodo "righello". In geodesia e edilizia, i laser pulsati vengono utilizzati per misurare le distanze sul terreno, calcolandole dal momento del movimento di un impulso luminoso tra due punti. Le misurazioni accurate nell'industria vengono effettuate utilizzando l'interferenza dei raggi laser riflessi dalle superfici terminali del prodotto.

Comunicazione laser L'avvento dei laser ha rivoluzionato la tecnologia della comunicazione e della registrazione delle informazioni. C'è uno schema semplice: maggiore è la frequenza portante (lunghezza d'onda minore) del canale di comunicazione, maggiore è la sua larghezza di banda. Ecco perché le comunicazioni radio, che inizialmente dominavano la gamma delle onde lunghe, sono gradualmente passate a lunghezze d'onda sempre più brevi. Un raggio laser può trasmettere decine di migliaia di informazioni in più rispetto a un canale radio ad alta frequenza. La comunicazione laser viene effettuata attraverso una fibra ottica - sottili fili di vetro, in cui la luce si propaga quasi senza perdite per molte centinaia di chilometri a causa della riflessione interna totale. Un raggio laser registra e riproduce un'immagine (anche in movimento) e un suono su CD.

I laser in medicina La tecnologia laser è ampiamente utilizzata sia in chirurgia che in terapia. Un raggio laser iniettato attraverso la pupilla dell'occhio “salda” la retina distaccata e corregge i difetti del fondo oculare. Gli interventi chirurgici eseguiti con un "bisturi laser" danneggiano meno i tessuti viventi. E la radiazione laser a bassa potenza accelera la guarigione delle ferite e ha un effetto simile all'agopuntura praticata dalla medicina orientale (agopuntura laser).

Ricerca scientifica L'altissima temperatura della radiazione e la sua elevata densità di energia consentono di studiare la materia in uno stato estremo che esiste solo all'interno delle stelle calde. Si sta tentando di effettuare una reazione termonucleare comprimendo una fiala con una miscela di deuterio e trizio mediante un sistema di raggi laser (la cosiddetta fusione termonucleare inerziale). Nell'ingegneria genetica e nelle nanotecnologie (tecnologia che si occupa di oggetti con una dimensione caratteristica di 10–9 m), i raggi laser tagliano, spostano e collegano frammenti di geni, molecole biologiche e dettagli di circa un milionesimo di millimetro (10–9 m) in taglia. I radar laser (lidar) vengono utilizzati per studiare l'atmosfera.

Laser militari Le applicazioni militari dei laser includono sia il loro uso nell'acquisizione di bersagli e nelle comunicazioni, sia il loro uso come armi. Fasci di potenti laser chimici ed eccimeri, a terra o orbitali, sono progettati per distruggere o disabilitare i satelliti da combattimento e gli aerei nemici. Sono stati realizzati campioni di pistole laser per armare gli equipaggi delle stazioni orbitali militari.

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La presentazione sull'argomento "Laser e loro applicazioni" può essere scaricata in modo assolutamente gratuito sul nostro sito web. Oggetto del progetto: Fisica. Le diapositive e le illustrazioni colorate ti aiuteranno a mantenere i tuoi compagni di classe o il pubblico interessati. Per visualizzare il contenuto, usa il player, oppure se vuoi scaricare il report, clicca sul testo appropriato sotto il player. La presentazione contiene 22 diapositive.

Diapositive di presentazione

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La parola LASER è un acronimo che sta per Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ((L) luce (A) amplificazione (S) stimolata dall'emissione (E) di radiazione (R)) e descrive come viene generata la luce. Tutti i laser sono amplificatori ottici che funzionano pompando (eccitando) un mezzo attivo posto tra due specchi, uno dei quali trasmette parte della radiazione. Il mezzo attivo è un insieme di atomi, molecole o ioni appositamente selezionati, che possono essere allo stato gassoso, liquido o solido e che, quando eccitati da un'azione di pompaggio, genereranno radiazione laser, ad es. emettono radiazioni sotto forma di onde luminose (chiamate fotoni). Il pompaggio di liquidi e solidi si ottiene irradiandoli con la luce di una lampada flash e i gas vengono pompati mediante una scarica elettrica.

Cos'è un laser?

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Proprietà della luce laser

Il raggio di luce è collimato, il che significa che viaggia nella stessa direzione con pochissima divergenza, anche su distanze molto lunghe.

La luce laser è monocromatica, costituita da un unico colore o da una gamma ristretta di colori. La luce ordinaria ha una gamma molto ampia di lunghezze d'onda o colori

La luce laser è coerente, il che significa che tutte le onde luminose si muovono in fase insieme sia nel tempo che nello spazio.

Un laser è un dispositivo che crea e amplifica un fascio stretto e intenso di luce coerente.

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Oggi, i laser sono ampiamente utilizzati in medicina, produzione, industria edile, rilevamento, elettronica di consumo, strumentazione scientifica e sistemi militari. Ci sono letteralmente miliardi di laser in uso oggi. Fanno parte di dispositivi familiari come lettori di codici a barre utilizzati nei supermercati, scanner, stampanti laser e lettori CD.

Applicazione dei laser

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Dall'invenzione del laser al rubino da parte di Maiman nel 1960, sono state proposte molte potenziali applicazioni. Nel campo della medicina, le possibilità dei laser iniziarono a svilupparsi rapidamente dopo il 1964, quando fu inventato il laser ad anidride carbonica, che presto diede ai chirurghi la capacità di eseguire operazioni molto complesse utilizzando fotoni invece di un bisturi per eseguire operazioni. La luce laser può penetrare all'interno del corpo, eseguendo operazioni quasi impossibili da eseguire fino a pochi anni fa, con rischi o disagi minimi per il paziente. I laser più corti (verdi) vengono utilizzati per "saldare" la retina distaccata e vengono utilizzati per allungare le molecole proteiche per misurarne la forza, ecc.

L'uso del laser in medicina

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Nel 1964 fu suggerita la possibilità di utilizzare un laser al rubino per il trattamento della carie, che attirò l'attenzione di tutto il mondo. Nel 1967, cercando di rimuovere la carie e di preparare la cavità con un laser al rubino, non poté evitare di danneggiare la polpa dentale, nonostante i buoni risultati ottenuti sui denti estratti. Successivamente, anche studi di base simili con il laser CO2 hanno riscontrato questo problema. Per ridurre al minimo l'accumulo di calore, sono stati utilizzati laser pulsati invece della radiazione continua. Ulteriori studi hanno dimostrato che il laser può produrre un piccolo effetto anestetico locale. Ulteriori sviluppi hanno portato alla creazione di un laser che perfora completamente lo smalto e la dentina. Allo stesso tempo, il laser consente di risparmiare tessuto dentale più sano. Con i laser odierni, non c'è praticamente nessun calore indesiderato, nessun rumore e nessuna vibrazione. Quando si lasciava la poltrona odontoiatrica, la maggior parte dei pazienti non ha avvertito dolore, non ha dovuto aspettare che l'anestetico e l'intorpidimento svanisse e non ha provato quasi nessun disagio postoperatorio. I laser sono precisi e praticamente indolori e possono farti cambiare idea sull'andare dal dentista. Possono cambiare tutto.

L'uso del laser in odontoiatria

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I laser rappresentano una svolta significativa in odontoiatria, sia per le gengive e altri tessuti molli, sia per i denti stessi. Oggi, un numero significativo di tecnologie e trattamenti laser è ampiamente utilizzato. Oggi i laser sono utilizzati nei seguenti settori dell'odontoiatria: Profilassi Parodontologia Odontoiatria estetica Endodonzia Chirurgia Implantodonzia Protesi

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Attualmente, i laser sono ampiamente utilizzati nell'industria della lavorazione del legno e negli ultimi anni l'area della loro distribuzione si è notevolmente ampliata. L'uso dei laser facilita il posizionamento dei pezzi (video clip), la combinazione dei modelli esterni di due pezzi, la riduzione al minimo degli sprechi, l'installazione di elementi strutturali complessi di edifici e strutture. I laser utilizzati nella lavorazione del legno possono produrre una linea, un'intersezione di linee (che denota un centro) o un'immagine 2D o 3D (proiettori).

Sistemi laser nella lavorazione del legno

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come elementi logici per l'input e la lettura da dispositivi di memoria nei computer stampante laser trasmissione ottica di informazioni

I laser nell'informatica

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Il laser può essere utilizzato anche per la misura senza contatto di dimensioni geometriche (distanza, lunghezza, larghezza, spessore, altezza, profondità, diametro). Con l'ausilio di un laser è inoltre possibile ottenere misure complesse: scostamento dalla verticalità; valore di planarità della superficie; accuratezza del profilo; È possibile ottenere grandezze derivate come deflessione e convessità. I sistemi di misurazione laser consentono di controllare automaticamente i parametri dei prodotti e di modificare immediatamente i parametri della linea di produzione in caso di scostamenti. Il prodotto è esclusivo in questo settore perché possiede le seguenti proprietà: Elevata precisione Consente di controllare la qualità e le caratteristiche di parti geometricamente complesse Non danneggia o distrugge la superficie del prodotto Funziona in qualsiasi condizione su qualsiasi superficie Facilmente integrabile in un esistente linea di produzione

Laser nelle misurazioni

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Classificazione dei laser

Laser di classe I Non rappresentano un pericolo se monitorati continuamente o progettati per prevenire l'esposizione umana alle radiazioni laser (ad es. stampanti laser)

Laser visibili di classe 2 (da 400 a 700 nm) Laser che emettono luce visibile che, a causa di reazioni avverse naturali per l'uomo, non sono normalmente pericolosi, ma possono esserlo se si guarda direttamente la luce laser per un periodo di tempo prolungato.

Laser di classe 3a che normalmente non provocano danni se spruzzati brevemente negli occhi, ma possono essere pericolosi se osservati utilizzando un'ottica convergente (lente d'ingrandimento a fibra ottica o telescopio)

Classe 3b Laser che rappresentano un rischio per gli occhi e la pelle se esposti direttamente alla luce laser. I laser di classe 3b non generano pericolosi riflessi diffusi tranne quando colpiti a distanza ravvicinata

Laser di classe 4 Laser che presentano un pericolo per gli occhi a causa dei riflessi diretti, speculari e diffusi. Inoltre, tali laser possono essere infiammabili e causare ustioni cutanee.

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PROTEZIONE DEGLI OCCHI - Tutti in sala operatoria devono indossare occhiali protettivi. La luce emessa dal laser può danneggiare gravemente la cornea e la retina degli occhi non protetti. Gli occhiali devono avere una protezione laterale ed essere indossati sopra gli occhiali normali. Gli occhiali di protezione laser devono essere accessibili e indossati da tutto il personale all'interno dell'area pericolosa classificata per laser di Classe 3b e Classe 4 in cui possono verificarsi esposizioni superiori al massimo consentito. Il coefficiente di assorbimento della densità ottica degli occhiali laser per ciascuna lunghezza d'onda del laser è determinato dal Laser Safety Officer (LSO). Tutti gli occhiali di sicurezza laser sono chiaramente etichettati con la densità ottica e la lunghezza d'onda da cui gli occhiali sono destinati a proteggersi. Gli occhiali di sicurezza laser devono essere controllati per verificare che non siano danneggiati prima dell'uso. RIFLESSIONE - La luce laser si riflette facilmente e bisogna fare attenzione a non dirigere il raggio su superfici lucide. RISCHIO ELETTRICO - Le parti interne del laser sono ad alta tensione ed emettono raggi laser invisibili senza alcuna schermatura. Solo gli specialisti formati in sicurezza elettrica e laser sono autorizzati ad effettuare la manutenzione interna.

Misure di sicurezza

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- un tipo di arma ad energia diretta basata sull'uso di radiazioni elettromagnetiche provenienti da laser ad alta energia. L'effetto di impatto di LO è determinato principalmente dall'effetto termomeccanico e shock-pulse del raggio laser sul bersaglio. A seconda della densità del flusso di radiazione laser, questi impatti possono portare all'accecamento temporaneo di una persona o alla distruzione del corpo di un razzo, aereo, ecc. In quest'ultimo caso, a causa dell'effetto termico del laser raggio, il guscio dell'oggetto bersaglio viene sciolto o evaporato. A una densità di energia sufficientemente elevata nella modalità pulsata, insieme all'effetto termico, viene eseguito un effetto shock, dovuto all'aspetto di un plasma. Attualmente negli Stati Uniti sono in corso lavori per creare un complesso aeronautico per armi laser. Inizialmente, si prevede di elaborare un modello dimostrativo per il velivolo da trasporto Boeing-747 e, dopo il completamento degli studi preliminari, andare al 2004. alla fase di sviluppo completo. A partire dalla metà degli anni '90, le armi laser tattiche erano considerate le più sviluppate, assicurando la sconfitta dei mezzi optoelettronici e degli organi visivi umani.