프레젠테이션 "레이저". 주제에 대한 물리학 프레젠테이션: "레이저" 군사 문제 프레젠테이션에 레이저 적용

학생 Abaluev Egor 11 "b"

스펙트럼의 가시광선 및 적외선 영역에 방사선이 있는 광학 양자 발생기를 레이저라고 합니다.

레이저는 열, 화학, 전기와 같은 에너지가 전자기장의 에너지(레이저 빔)로 변환되는 장치입니다.

원자는 약 10-8초 동안 들뜬 상태에 있다가 그 후 자발적으로(자발적으로) 바닥 상태로 들어가 양자의 빛을 방출합니다.

자연 방출은 원자에 대한 외부 영향이 없을 때 발생하며 여기 상태의 불안정성으로 설명됩니다.

원자가 외부 영향에 노출되면 여기 상태에서의 수명이 줄어들고 방출이 강제되거나 유도됩니다. 유도 방출의 개념은 1916년 A. Einstein에 의해 도입되었습니다.

유도 방출은 입사광의 영향으로 여기된 원자가 방출되는 것을 의미합니다.

1940년 V. A. Fabrikant(유도 방출 현상 이용 가능성) 1954년 N. G. Basov, A. M. Prokhorov 및 C. Townes(마이크로파 발생기 개발) 1963년 N. G. Basov, A. M Prokhorov 및 Charles Townes가 노벨상을 수상했습니다. 레이저의 발명.

지향성 단색성 간섭 강도 레이저 방사선의 특성.

레이저를 작동할 때 세 가지 원자 에너지 레벨의 시스템이 자주 사용되며, 두 번째 레벨은 최대 10 -3초의 원자 수명으로 준안정성을 갖습니다.

3단계 광학 펌핑 방식 E2 및 E3 수준의 "수명"이 표시됩니다. 레벨 E2는 준안정적입니다. 레벨 E3과 E2 사이의 전환은 비방사적입니다. 레이저 전환은 레벨 E2와 E1 사이에서 발생합니다.

레이저는 일반적으로 세 가지 주요 요소로 구성됩니다. * 에너지원(펌프 메커니즘) * 작동 유체; * 거울 시스템("광학 공동").

루비 레이저의 주요 부분은 루비 막대입니다. 루비는 Al 원자와 O 원자, Cr 원자의 혼합물로 구성됩니다. 루비에 색을 부여하고 준안정 상태를 갖는 것은 크롬 원자입니다.

레이저는 발산각이 매우 작은 광선을 생성할 수 있습니다. 레이저 빛의 모든 광자는 동일한 주파수(단색성)와 동일한 방향(일관성)을 갖습니다. 레이저는 강력한 광원입니다(최대 10 9 W, 즉 대규모 발전소의 출력보다 높음).

재료 가공(절단, 용접, 드릴링) 메스 대신 수술에서; 안과에서; 홀로그래피; 광섬유를 이용한 통신; 레이저 거리측정; 레이저 빔을 정보 매체로 사용합니다.

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역사적 배경 레이저 작동 원리 레이저 방사선의 특성 레이저 유형 레이저 적용

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역사적 참고자료

1940년 러시아 물리학자 V.A. 파브리칸트(V.A. Fabrikant)는 유도방출 현상을 이용해 전자기파를 증폭시킬 수 있는 가능성을 지적했다. 1954년 러시아 과학자 N.G. Basov와 A.M. Prokhorov 그리고 그들과 별도로 미국 물리학자 Charles Townes는 유도 방출 현상을 사용하여 파장 1.27cm("메이저")의 전파 마이크로파 발생기를 만들었습니다. 1963년 N.G. Baskov와 A.M. Prokhorov 및 C. Townes가 노벨상을 수상했습니다. 1960년 미국 과학자 T. Meiman은 광학 범위에서 방사선을 유도하는 양자 발생기를 만들었습니다. 새로운 발전기는 "레이저"라고 불렸습니다.

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레이저 작동 원리

레벨 3에서 원자는 약 10~8초의 "수명"을 가지며, 그 이후에는 에너지를 방출하지 않고 자발적으로 상태 2로 전환됩니다. 레벨 2의 "수명 시간"은 10-3초입니다. 여기된 원자로 인해 이 수준의 "과잉 인구"가 생성됩니다. 두 번째 수준을 "과잉"하는 원자는 자발적으로 첫 번째 수준으로 이동하여 많은 양의 에너지를 방출합니다. 정상적인 조건에서 원자는 가장 낮은 에너지 상태에 있습니다. 파동 에너지의 흡수로 인해 일부 원자는 더 높은 에너지 상태(에너지 준위 3)로 이동합니다.

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레이저 방사선의 특성

레이저는 발산각이 작은(10-5rad) 광선을 생성합니다. 레이저에서 방출되는 빛은 단색입니다. 단 하나의 파장, 하나의 색상만을 갖고 있습니다. 레이저는 수백, 수천 와트의 가장 강력한 광원입니다. 태양의 복사 전력은 7·103W이고 일부 레이저의 경우 1014W입니다.

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레이저의 종류

루비 레이저 거울 반사경이 달린 플래시 램프는 루비 막대에 에너지를 "펌프"합니다. 빛의 섬광에 의해 자극되어 막대의 물질에 광자 산사태가 나타납니다. 거울에 반사되어 레이저 광선으로 강렬해지고 터져 나옵니다.

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가스 레이저 거울 사이에는 전류에 의해 여기되는 가스가 담긴 밀봉된 튜브가 있습니다. 네온은 빨간색, 크립톤은 노란색, 아르곤은 파란색으로 빛납니다.

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가스 동적 레이저 제트 엔진과 유사합니다. 일산화탄소는 등유, 휘발유 또는 알코올을 첨가하여 연소실에서 연소됩니다. 강력한 가스 역학 레이저에서는 빛이 수십 기압의 뜨거운 가스 제트를 생성합니다. 거울 사이를 돌진하면서 가스 분자는 빛 양자의 형태로 에너지를 방출하기 시작하며 그 전력은 150-200kW입니다.

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반도체 레이저 반도체 레이저에서는 서로 다른 유형(p형, n형)의 두 반도체 사이의 층이 방사선을 방출합니다. 종이 한 장보다 두껍지 않은 이 층을 통해 전류가 통과하여 원자를 자극합니다.

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액체 레이저 염료가 포함된 액체가 특수 용기에 담겨 거울 사이에 설치됩니다. 염료 분자의 에너지는 가스 레이저를 사용하여 광학적으로 "펌프"됩니다. 유기 염료의 무거운 분자에서는 유도 방출이 넓은 파장 대역에서 즉시 발생합니다. 광 필터를 사용하면 한 파장의 빛이 분리됩니다.

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레이저의 응용레이저 절단, 용접, 단조, 드릴 등

전구용 얇은 텅스텐 와이어는 레이저 빔으로 뚫린 다이아몬드 구멍을 통해 당겨집니다. 루비 베어링(시계석)은 자동 레이저 기계로 가공됩니다.

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레이저 빔은 내구성이 뛰어나고 내열성이 뛰어난 모든 재료를 태웁니다. 초소형 베어링 링의 궤도 연삭을 위한 레이저 기계입니다.

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의학에 레이저 적용

외과 의사는 손에 레이저 메스를 들고 있습니다. 이전에는 매우 어려웠거나 불가능했던 눈 수술을 이제 외래 환자에서도 시행할 수 있습니다.

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루비 레이저의 붉은 광선은 붉은 공의 껍질을 자유롭게 통과하여 푸른 공에 흡수되어 불타오르게 됩니다. 따라서 수술 중에 광선은 혈액 자체를 "알지 못한 채" 혈관벽에 작용합니다.

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비접촉 채혈을 위한 레이저 펀처 "Ermed-303". 치과에서 사용되는 국내 최초의 레이저 장비 “Melaz-ST”.

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생태학에 레이저 적용

염료 레이저를 사용하면 대기 상태를 모니터링할 수 있습니다. 현대 도시는 먼지와 연기가 자욱한 공기로 뒤덮인 “후드”로 덮여 있습니다. 오염 정도는 서로 다른 파장의 레이저 빔이 얼마나 강하게 산란되는지에 따라 판단할 수 있습니다. 깨끗한 공기에서는 빛이 산란되지 않고 광선이 보이지 않습니다.

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항공기 착륙 시 레이저 사용

착륙할 때 비행기는 평평한 궤적(활공 경로)을 따라 이동합니다. 특히 악천후에서 조종사를 돕는 레이저 장치는 "Glis-sada"라고도합니다. 빔을 사용하면 비행장 위의 공역을 정확하게 탐색할 수 있습니다.

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문학

S.V. Gromov 물리학. 11학년 / M. "깨달음". 2002년 S.D. 트란코프스키. 레이저에 관한 책 / M. "아동 문학". 1988년 학생을 위한 대형 백과사전 / M. "큰 러시아 백과사전". 2001년 어린이를 위한 백과사전 기술. / M. 아반타. 2004년 젊은 물리학자의 백과사전 / M. “Pedagogy-Press”. 1997년

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슬라이드 프리젠테이션은 2007년 Bolshekustovskaya 중등학교의 물리학 교사인 Lyubov Vladimirovna Usynina가 디자인했습니다.

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레이저란 무엇입니까? LASER(광양자 발생기)는 펌프 에너지(빛, 전기, 열, 화학 등)를 응집성, 단색성, 편광 및 고도로 목표화된 방사선 플럭스의 에너지로 변환하는 장치입니다. "레이저"라는 단어는 영어 문구 "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"의 약어입니다. 즉, 유도 방출에 의한 빛의 증폭입니다.

레이저 출현에 대한 간략한 역사 1916 - A. Einstein은 모든 레이저 작동의 물리적 기반의 유도 방출 현상의 존재를 예측합니다. - P. Dirac의 이 현상에 대한 이론적 정당화 - 현상의 실험적 확인 R. Ladenburg 및 G. Kopfermann의 유도 방출 - 최초의 마이크로파 발생기(암모니아 메이저), 제작자 C. Townes 및 그와 독립적으로 A. Prokhorov 및 N. Basov Mr. - T. Meiman은 최초의 광학 양자 레이저 발생기의 작동을 시연했습니다. . 이후 몇 년 동안 급속한 발전이 이루어졌고 점점 더 많은 새로운 유형의 레이저(화학, 반도체, 염료 레이저 등)가 발명되었습니다.

LASER(광양자 발생기)는 활성 매질의 원자(이온, 분자)에 의한 빛의 유도 방출 또는 산란으로 인해 가시광선 범위의 응집성 및 단색성 전자기파를 생성하는 장치입니다. "레이저"라는 단어는 영어 문구 "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"의 약어입니다. 즉, 유도 방출에 의한 빛의 증폭입니다. 이러한 개념을 더 자세히 살펴보겠습니다.

레이저 응용 레이저 방사선의 고유한 특성으로 인해 양자 발생기는 다양한 과학 및 기술 분야에서 없어서는 안 될 도구가 되었습니다. 예: 1.기술 레이저 2.레이저 통신 3.의학 레이저 ​​4.과학 연구 레이저 5.군용 레이저

기술 레이저 고출력 연속 레이저는 다양한 재료로 만들어진 부품을 절단, 용접 및 납땜하는 데 사용됩니다. 방사선의 높은 온도로 인해 다른 방법으로는 접합할 수 없는 재료(예: 금속과 세라믹)을 용접할 수 있습니다. 방사선의 높은 단색성으로 인해 빔은 약 1 마이크론 직경의 지점에 집중될 수 있습니다.

기술 레이저 이상적으로 직선인 레이저 빔은 편리한 "자" 역할을 합니다. 측지학 및 건설에서는 펄스 레이저를 사용하여 지상 거리를 측정하고 두 지점 사이의 광 펄스 이동 시간을 기준으로 거리를 계산합니다. 산업계의 정밀한 측정은 제품의 단면에서 반사되는 레이저 광선의 간섭을 이용하여 이루어집니다.

레이저 통신 레이저의 출현은 통신 기술과 정보 기록에 혁명을 일으켰습니다. 간단한 규칙이 있습니다. 통신 채널의 반송파 주파수가 높을수록(파장이 짧을수록 처리량이 커집니다.) 그렇기 때문에 처음에는 긴 파장 범위를 마스터했던 무선 통신이 점차 더 짧은 파장으로 전환되었습니다. 레이저 빔은 고주파 무선 채널보다 수만 배 더 많은 정보를 전송할 수 있습니다. 레이저 통신은 광섬유(얇은 유리 실)를 통해 수행됩니다. 이 빛은 내부 전반사로 인해 거의 손실 없이 수백 킬로미터에 걸쳐 전파됩니다. 레이저 빔은 CD에 이미지(움직이는 이미지 포함)와 사운드를 기록하고 재생하는 데 사용됩니다.

의학에서의 레이저 레이저 기술은 수술과 치료에 널리 사용됩니다. 동공을 통해 도입된 레이저 빔은 분리된 망막을 "용접"하고 안저 결함을 교정합니다. “레이저 메스”를 이용한 수술은 살아있는 조직에 손상을 덜 줍니다. 그리고 저출력 레이저 방사선은 상처 치유를 촉진하며 한의학에서 시행하는 침술(레이저 침술)과 유사한 효과를 갖는다.

과학 연구 방사선의 극도로 높은 온도와 높은 에너지 밀도는 뜨거운 별의 깊이에만 존재하는 극한 상태의 물질을 연구하는 것을 가능하게 합니다. 중수소와 삼중수소의 혼합물이 포함된 앰풀을 레이저 빔 시스템으로 압축하여 열핵 반응(소위 관성 열핵 융합)을 수행하려는 시도가 이루어지고 있습니다. 유전공학 및 나노기술(특징 크기가 10~9m인 물체를 다루는 기술)에서 레이저 빔은 유전자 조각, 생물학적 분자 및 약 100만분의 1밀리미터(10~9m) 크기의 부품을 절단, 이동 및 연결합니다. 레이저 탐지기(lidar)는 대기를 연구하는 데 사용됩니다.

군사용 레이저 레이저의 군사적 응용에는 표적 탐지 및 통신 용도와 무기로서의 용도가 모두 포함됩니다. 강력한 지상 기반 및 궤도 기반 화학 레이저와 엑시머 레이저 빔을 사용하여 적의 전투 위성과 항공기를 파괴하거나 비활성화할 계획입니다. 군사 목적으로 궤도 정거장의 승무원을 무장시키기 위해 레이저 권총 샘플이 만들어졌습니다.

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"레이저 및 그 응용"이라는 주제에 대한 프레젠테이션은 당사 웹 사이트에서 무료로 다운로드할 수 있습니다. 프로젝트 주제: 물리학. 다채로운 슬라이드와 일러스트레이션은 반 친구나 청중의 관심을 끄는 데 도움이 됩니다. 콘텐츠를 보려면 플레이어를 사용하고, 보고서를 다운로드하려면 플레이어 아래에서 해당 텍스트를 클릭하세요. 프레젠테이션에는 22개의 슬라이드가 포함되어 있습니다.

프레젠테이션 슬라이드

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레이저(LASER)라는 단어는 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation((R) 방사선의 (E) 방출에 의해 자극된(L) 빛(A) 증폭(S))의 약어이며 빛을 생성하는 방법을 설명합니다. 모든 레이저는 두 개의 거울 사이에 있는 활성 매체를 펌핑(여기)하여 작동하는 광학 증폭기입니다. 그 중 하나는 방사선의 일부를 전송합니다. 활성 매질은 특별히 선택된 원자, 분자 또는 이온의 집합으로, 기체, 액체 또는 고체 상태일 수 있으며 펌핑 작용에 의해 여기될 때 레이저 방사선을 생성합니다. 광파(광자라고 함) 형태로 방사선을 방출합니다. 액체와 고체의 펌핑은 플래시 램프의 빛을 조사하여 이루어지며, 가스는 방전을 사용하여 펌핑됩니다.

레이저란 무엇입니까?

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레이저 빛의 특성

광선은 시준됩니다. 즉, 매우 먼 거리에서도 발산이 거의 없이 같은 방향으로 이동합니다.

레이저 광은 단색이거나 단일 색상 또는 좁은 범위의 색상으로 구성됩니다. 일반 빛은 파장이나 색상의 범위가 매우 넓습니다.

레이저 광은 응집성입니다. 즉, 모든 광파가 시간과 공간 모두에서 함께 위상이 일치하여 이동한다는 의미입니다.

레이저는 좁고 강렬한 응집성 광선을 생성하고 증폭하는 장치입니다.

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오늘날 레이저는 의학, 제조, 건설, 측량, 가전제품, 과학 장비 및 군사 시스템에 널리 사용됩니다. 오늘날 문자 그대로 수십억 개의 레이저가 사용되고 있습니다. 이는 슈퍼마켓, 스캐너, 레이저 프린터 및 CD 플레이어에서 사용되는 바코드 스캐너와 같은 친숙한 장치의 일부입니다.

레이저의 응용

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1960년 마이만이 루비 레이저를 발명한 이후 많은 잠재적인 응용이 제안되었습니다. 의료 분야에서는 1964년 이산화탄소 레이저가 발명된 이후 레이저의 성능이 더욱 빠르게 발전하기 시작했습니다. 이 레이저는 곧 외과의사에게 메스 대신 광자를 사용하여 수술을 수행하는 매우 복잡한 절차를 수행할 수 있는 능력을 부여했습니다. 레이저 광선은 신체에 침투하여 몇 년 전에는 거의 불가능했던 수술을 수행할 수 있으며 환자에게 최소한의 위험이나 불편함을 줍니다. 더 짧은(녹색) 레이저는 분리된 망막을 "용접"하는 데 사용되며 단백질 분자를 늘려 강도 등을 측정하는 데 사용됩니다.

의학에 레이저 적용

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1964년에는 루비레이저를 이용하여 치아우식증을 치료할 수 있는 가능성이 제안되어 전 세계적으로 주목을 받았습니다. 1967년 루비레이저를 이용해 우식을 제거하고 충치를 준비하려던 중 발치된 치아에서 좋은 결과를 얻었음에도 불구하고 치수의 손상을 피할 수 없었다. 나중에 CO2 레이저를 사용한 유사한 기초 연구에서도 이 문제가 발생했습니다. 열 축적을 최소화하기 위해 연속 방사선 대신 펄스 레이저가 사용되었습니다. 추가 연구에서는 레이저가 작은 국소 마취 효과를 나타낼 수 있음이 입증되었습니다. 추가 개발을 통해 법랑질과 상아질을 완전히 뚫는 레이저가 탄생했습니다. 동시에 레이저는 더욱 건강한 치아 조직을 보존합니다. 오늘날의 레이저에는 원치 않는 열, 소음 또는 진동이 사실상 없습니다. 치과 의자를 떠날 때 대부분의 환자는 통증을 느끼지 않았고, 마취 및 무감각이 사라질 때까지 기다릴 필요가 없었으며, 수술 후 불편함도 거의 또는 전혀 경험하지 않았습니다. 레이저는 정확하고 사실상 통증이 없으며 치과 방문에 대한 귀하의 생각을 바꿀 수 있습니다. 그들은 모든 것을 바꿀 수 있습니다.

치과에서의 레이저 적용

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레이저는 잇몸과 기타 연조직, 그리고 치아 자체를 위한 치과학의 획기적인 발전입니다. 요즘에는 수많은 레이저 기술과 치료 방법이 널리 사용됩니다. 오늘날 레이저는 다음과 같은 치과 분야에서 사용됩니다. 치주 예방 미적 치과 근관치료 수술 임플란트 보철

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현재 레이저는 목공 산업에서 널리 사용되고 있으며, 최근에는 그 보급 영역이 크게 확대되었습니다. 레이저를 사용하면 공작물의 위치 지정(동영상)이 용이하고 두 공작물의 외부 패턴을 결합하며 폐기물 발생을 최소화하고 건물 및 구조물의 복잡한 구조 요소를 설치할 수 있습니다. 목공에 사용되는 레이저는 선, 선의 교차점(중심 표시) 또는 2차원 또는 3차원 이미지(프로젝터)를 재현할 수 있습니다.

목공용 레이저 시스템

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컴퓨터의 저장 장치, 레이저 프린터, 정보의 광전송을 위한 입력 및 읽기를 위한 논리적 요소

컴퓨팅의 레이저

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레이저는 기하학적 치수(간격, 길이, 너비, 두께, 높이, 깊이, 직경)의 비접촉식 측정에도 사용할 수 있습니다. 레이저를 사용하면 복잡한 측정값도 얻을 수 있습니다. 표면 평탄도; 프로필 정확도; 편향, 볼록 등의 파생량을 구하는 것이 가능합니다. 레이저 측정 시스템을 사용하면 제품 매개변수를 자동으로 모니터링하고 편차가 발생하면 생산 라인의 매개변수를 즉시 변경할 수 있습니다. 이 제품은 다음과 같은 특성을 갖고 있기 때문에 이 분야에서 독점적입니다. 높은 정확성 기하학적으로 복잡한 부품의 품질 및 특성 제어가 가능합니다. 제품 표면이 손상되거나 파괴되지 않습니다. 모든 표면의 어떤 조건에서도 작동합니다. 기존 생산에 쉽게 통합됩니다. 선

차원의 레이저

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레이저 분류

클래스 I 레이저 지속적으로 관찰할 때 위험을 초래하지 않거나 레이저 방사선(예: 레이저 프린터)에 사람이 노출되는 것을 방지하도록 설계되었습니다.

클래스 2 가시 광선 레이저(400 nm ~ 700 nm) 자연적인 인체 부작용으로 인해 일반적으로 위험하지 않지만 장기간 동안 레이저 광선을 직접 보면 위험할 수 있는 가시 광선을 방출하는 레이저입니다.

클래스 3a 레이저는 눈에 잠깐 닿으면 일반적으로 해롭지 않지만 수집 광학 장치(광섬유 확대경 또는 망원경)를 사용하여 보면 위험할 수 있습니다.

레이저 광에 직접 노출될 경우 눈과 피부에 위험을 초래하는 클래스 3b 레이저입니다. 클래스 3b 레이저는 가까운 거리를 제외하고는 위험한 확산 반사를 생성하지 않습니다.

클래스 4 레이저 직접 반사, 정반사, 확산 반사로 인해 눈에 위험을 초래하는 레이저입니다. 또한, 이러한 레이저는 화재 위험이 있으며 피부에 화상을 입힐 수 있습니다.

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눈 보호 - 수술실에 있는 모든 사람은 특수 보안경을 착용해야 합니다. 레이저에서 나오는 빛은 보호되지 않은 눈의 각막과 망막에 심각한 손상을 줄 수 있습니다. 안경은 측면 보호 장치가 있어야 하며 일반 안경 위에 착용해야 합니다. 최대 허용치를 초과하는 노출이 발생할 수 있는 클래스 3b 및 클래스 4 레이저의 공칭 위험 구역 내의 모든 직원은 레이저 보안경을 사용하고 착용해야 합니다. 각 레이저 파장에 대한 레이저 보안경의 광학 밀도 흡수 계수는 레이저 안전 담당자(LSO)에 의해 결정됩니다. 모든 레이저 보안경에는 보호하도록 설계된 광학 밀도와 파장이 명확하게 표시되어 있습니다. 레이저 보안경은 사용하기 전에 손상 여부를 확인해야 합니다. 반사 - 레이저 빛은 쉽게 반사되므로 광선이 광택이 있는 표면에 직접 닿지 않도록 주의해야 합니다. 전기적 위험 - 레이저의 내부 부품은 고전압을 전달하며 차폐 없이 눈에 보이지 않는 레이저 빔을 방출합니다. 전기 및 레이저 안전 교육을 받은 기술자만 내부 유지 관리를 수행할 수 있습니다.

보안 조치

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– 고에너지 레이저의 전자기 방사선을 사용하는 지향성 에너지 무기의 일종입니다. 레이저 빔의 손상 효과는 주로 레이저 빔이 대상에 미치는 열역학적 효과와 충격 펄스 효과에 의해 결정됩니다. 레이저 방사선의 자속 밀도에 따라 이러한 효과는 사람의 일시적인 실명을 초래하거나 로켓, 항공기 등의 본체를 파괴할 수 있습니다. 후자의 경우 레이저의 열 효과로 인해 빔, 영향을 받은 물체의 껍질이 녹거나 증발합니다. 펄스 모드에서 충분히 높은 에너지 밀도에서 열 모드와 함께 플라즈마의 출현으로 인해 충격 효과가 발생합니다. 현재 미국에서는 항공 레이저 무기 단지를 만드는 작업이 계속되고 있습니다. 당초 보잉 747 수송기 실증모델을 개발해 사전 연구를 마친 뒤 2004년으로 넘어갈 계획이다. 본격적인 개발 단계에 들어갑니다. 90년대 중반에는 전술 레이저 무기가 가장 발전된 무기로 여겨져 광전자 장치와 인간의 시각 기관에 피해를 입혔다.