Рогов П.Ю., Беспалов В.Г.

ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ БЕЗОПАСНЫЕ
УРОВНИ ЭНЕРГИИ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
Рогов П.Ю., Беспалов В.Г.
Санкт-Петербургский, национальный исследовательский университет
информационных технологий, механики и оптики
E-mail: [email protected]
Благодаря своим особенностям фемтосекундное излучение может быть
использовано для сверхточной обработки материалов, в медицинской
технике, в телекоммуникационных системах и других отраслях человеческой
деятельности. Благодаря своим свойствам оно, позволяет оказывать
воздействие на прозрачные материалы, производя изменения структуры
материала, внутри стекла или хрусталика человеческого глаза.
Ультракороткие импульсы обладают высокой интенсивностью, и при этом
обеспечивают минимально агрессивное воздействие на облучаемый объект.
Это обусловлено длительностью импульса, время взаимодействия с
веществом меньше чем минимальное время требуемого для взаимодействия с
фононной подсистемой (3-10 пс), следовательно, не происходит нагрев
материала. Другая важная особенность фемтосекундных импульсов связана с
высокой интенсивностью что, в свою очередь, приводит к многочисленные
нелинейные процессам, таким как: самофокусировка, генерация
спектрального суперконтинуума, многофотонные эффекты и др.
Но, не смотря на перспективность исследований в данном направлении,
развитие фемтосекундных технологий и их применение в биологии и
медицине существует комплекс проблем, связанных с безопасностью
эксплуатации фемтосекундных лазерных источников. В настоящее время не
существует стандартов по безопасным уровням фемтосекундного лазерного
излучения. Это касается в первую очередь особенностей воздействия
излучения фемтосекундной длительности на клетки и ткани человека и
взаимодействия с лазерными защитными материалами, связанных с
наличием нелинейных эффектов из-за высокой мощности. Действующий
ГОСТ Р 50723-94 «Лазерная безопасность» был принят в конце 1994 году и
поэтому не содержит никаких упоминаний об излучении длительностью
менее 100 пс. Таким образом, вопрос формирования требований к уровням
энергии, средней мощности и плотности мощности в одиночном импульсе
для фемтосекундного лазерного излучения требует подробного изучения.
Данная работа направлена на изучение влияния фемтосекундного
лазерного излучения на биологические объекты (такие как кожа и глаза) и
средства защиты (фильтры, защитные очки, материалы затворов), а так же
определение предельно допустимых уровней фемтосекундного лазерного
излучения. Исходя из этого, был подготовлен план работ, включающий в
себя следующие этапы:
1. Получение экспериментальных данных по взаимодействию
биологических объектов, клеток и тканей человеческого организма с
лазерным излучением фемтосекундной длительности; определение:
а) предельно допустимых уровней фемтосекундного лазерного
излучения при однократном воздействии;
б) предельной однократной суточной дозы для всех типов
соответствующих человеческих тканей (роговая оболочка глаза, кожа);
в) влияния длительности лазерного импульса и частоты повторения на
пороговые значения воздействия по плотности энергии и мощности.
2. Экспериментальное определение значений допустимых пределов
излучения и предельно допустимых уровней облучения, максимальной
допустимой экспозиции, а также допустимых пределов плотности мощности
для лазерных фемтосекундных систем.
3. Исследование воздействия на живые объекты сверхширокополосного
излучения фемтосекундного спектрального суперконтинуума.
4. Исследование воздействия фемтосекундного лазерного излучения на
технические средства защиты.
5. Создание базы данных для внесения дополнений и поправок в
существующий ГОСТ Р 50723-94 «Лазерная безопасность».
В докладе будут представлены данные, полученные в ходе аналогичной
программы исследований FST Germany.
Библиографический список
1. С.А. Ахманов, В.А. Выслоух, А.С. Чиркин, Оптика фемтосекундных лазерных
импульсов, (1988)
2. C. Rulliere, Femtosecond laser pulses, с.438, (1998)
3. А.М. Желтиков, Сверхкороткие импульсы и методы нелинейной оптики, с.256, (2006)
4. С.А. Козлов, В.В. Самарцев, Оптика фемтосекундных лазеров, (2007)
5. В. Г. Беспалов, С. А. Козлов, В. Н. Крылов, С. Э. Путилин, Фемтосекундная оптика и
фемтотехнологии, с.234, (2010)
6. J. Kasparian, M. Rodriguez, G. Mejean, Yu.J. Salmon, Science, 301, с.61-64, (2003)
7. H. Ronan, B. Rainer, W. Christian, D. Christof, Medical Laser Application, 20, (2005)
8. Р.С. Федорова, Лазерная безопасность ГОСТ Р 50723-94 с.4-36, (1994)
Сведения об авторах
Рогов Павел Юрьевич – аспирант, инженер, дата рождения: 31.12.1989г
Беспалов Виктор Георгиевич – доктор физико-математических наук,
профессор, дата рождения: 23.08.1964г.
Вид доклада: стендовый