Модернизация оптической системы лазерной установки "Квант-15" (стр. 4 из 5)

2.2 Расчёт оптической системы

Расчет оптической системы ведется по эквивалентным схемам с учетом главных плоскостей, апертурных углов и увеличения.

2.2.1 Расчет плотности мощности падающего лазерного излучения

qпад. на кожу человека

(1.1)

(1.2)

Для установки «Квант-15М»

Длительность импульсов будет равна: τmin=5 мс=5*10-3с,

τmax=50 мс=5*10-2с, энергия импульса Е=20 Дж, длина волны лазера λ=1.064*10-5 см, диаметр пятна лазера dср=0.001 см.

[см2](1.3)

Подставляем в формулу (1.2):

Для минимальной длительности имульса τmin=5*10-3с:

(1.4)

Для эпидермиса, коэффициент поглощения α=31см-1, глубина слоя 0,01 см. получим:

(1.5)

Для дермы, коэффициент поглощения α=23см-1, глубина слоя 0,02 см. получим:

(1.6)

Для максимальной длительности имульса τmax=5*10-2с:

(1.7)

Для эпидермиса, коэффициент поглощения α=31см-1, глубина слоя 0,01 см, степень отражения R=0.32 получим:

(1.8)

Для дермы, коэффициент поглощения α=23см-1, глубина слоя 0,02 см. получим:

(1.9)

Для установки «Лазулет»

Длительность импульсов будет равна: τ=1*10-8с, энергия импульса

Е=3*10-4 Дж, длина волны λ=0.26*10-3 см, диаметр несфокусированного пятна (эпиляция волокном) d=0.06 см.

(1.10)

Подставляем в формулу ( qпад ):

(1.11)

Для эпидермиса, коэффициент поглощения α=1000см-1, глубина слоя 0,01 см. получим :

(1.12)

Для дермы, коэффициент поглощения α=26см-1, глубина слоя 0,02 см. получим:

(1.13)

Для сфокусированного пятна d=1*10-3 см.

(1.14)

Подставляем в формулу ( qпад ):

(1.15)

Для эпидермиса, коэффициент поглощения α=1000см-1, глубина слоя 0,01 см. получим:

(1.16)

Для дермы, коэффициент поглощения α=26см-1, глубина слоя 0,02 см. получим:

(1.17)

В таблице 2 приведены рассчитанные характеристики для приборов «Квант-15» и «Лазулет», из которых видно как изменятся степень поглощения лазерного излучения в зависимости от изменения глубины кожного покрова человека.

Таблица 2. Сравнение изменения степеней поглощения, в зависимости от глубины слоя кожи.

Название установки	Размер пятна, падающего на слой кожи [см]	Время импульса [с]	Степень поглощения qпогл [Вт/см2]
			ЭпидермисХ=100 мкм	ДермаХ=200 мкм
«Квант-15М»	d=1*10-3	τmin=5*10-3
		τmax=5*10-2
«Лазулет»	dнесф..=6*10-2	τconst=1*10-8с
	dсфокусир.=1*10-3

Из полученных результатов видно, что с уменьшением времени воздействия лазерного излучения, и радиуса пятна лазера, повышается степень поглощения qпогл кожи, причём у каждого слоя кожи - по разному. Из приведённых в таблице 2, полученных результатов наглядно видно, как изменяется степень поглощения у эпидермиса и дермы.

2.2.2 Расчет параметров внедряемой в оптико-механическую

систему внутрирезонаторной диафрагмы

Рассчитаем диаметр отверстия внутрирезонаторной диафрагмы, с учётом заданных и требуемых параметров. Он находится из формулы для площади отверстия. (Площадь отверстия=5% от общей площади диафрагмы).

(1.18)

(1.19)

(1.20)

Из формулы (1.18) находим нужный диаметр отверстия:

(1.21)

Рассчитаем угол расходимости Θ для полученного отверстия диафрагмы:

[Рад](1.22)

Если лазер работает на моде высокого порядка, то его можно перевести на Гауссову (нулевую) моду (ТЕМ00), путём введения внутрь резонатора круглой диафрагмы.

Последовательно вводя в резонатор диафрагмы всё меньших диаметров, можно добиться работы только на ТЕМ00. Как правило, это связано с потерей мощности (что впрочем нам и нужно), однако получаемое снижение угла расходимости и упрощение пространственной диаграммы могут в некотором смысле компенсировать эти потери.

2.2.3 Расчет предельных характеристик ламп накачки ИНП3-7/80А

Рассчитаем напряжения, подаваемые на клеммы лампы накачки. Исходные данные: ёмкость конденсатора С=100мкФ, Предельная энергия импульса Епред=400 Дж.

(1.23)

(1.24)

(1.25)

Соответственно рассчитаем:

1. С=100 мкФ

В(1.26)

2. С=150 мкФ

В(1.27)

3. С=200 мкФ

В(1.28)

4. С=250 мкФ

В(1.29)

5. С=300 мкФ

В(1.30)

6. С=350 мкФ

В(1.31)

2.2.4 Расчет линзы для ввода лазерного излучения в световод

Данная линза является двояковыпуклой и выполнена из стекла марки К8. Она формирует пучок с круговым сечением и используется для трансформации ленточной формы пучка излучения, идущего с рабочего лазера, а также для фокусировки лазерного излучения в световод, для дальнейшей транспортировки его к эпилятору. Рассчитаем её параметры. Исходные данные: диаметр кварцевого световода d=0.6мм; входной световой диаметр Dсв=6,3мм (диаметр активного элемента); расходимость излучения Θ=0.001 рад; частота лазерного излучения λ=1.064*10-3м-1; кратность

=3; Т.к. мы ввели внутрирезонаторную диафрагму, то считать будем фокусировку для центральной моды ТЕМ00, то m=0. Расчетные формулы для неё имеют следующий вид: