Классификация лазерного излучения: Лазерное излучение. Характеристики и источники лазерного излучения. Классификация лазерной опасности и нормирование. Средства и методы защиты от лазерного излучения

принцип работы и характеристики лазерного излучения

Принципы работы и механизм излучения

Лазеры – источники высококогерентного и интенсивного монохроматического излучения. Излучение генерируется за счет возбуждения активной среды (обычно газ или полупроводниковый элемент), заключенной в резонаторе. Лазерный резонатор представляет собой полое тело цилиндрической формы, изнутри покрытое отражающим слоем. Один из торцов резонатора закрыт частично отражающим зеркалом, противоположный – полностью отражающим. При накачке световые волны перемещаются внутри резонатора до тех пор, пока не станут достаточно интенсивными, чтобы пройти через частично прозрачное зеркало.

Лазерное излучение относится к вынужденному, также его называют стимулированным. Сфера применения лазеров широка и постоянно растет, на сегодняшний день лазерные источники применяются в медицине, машинном зрении, в лазерной сварке, маркировке изделий и т. д.

Основные параметры и характеристики лазерного излучения

Диаметр пучка. За диаметр пучка принимается диаметр сечения пучка лазерного излучения на выходном торце резонатора. Способов измерения диаметра пучка достаточно много, от способа зависят и единицы измерения. Если пучок принимается за Гауссов, диаметр будет измеряться по уровню интенсивности 1/e²: это расстояние между такими двумя точками одномерного распределения интенсивности излучения, значение интенсивности которых в 0.135 раз меньше пика интенсивности.

Отклонение пучка. Несмотря на то, что лазерные пучки принимаются за параллельные, некоторый угол расходимости все же присутствует. Эта характеристика показывает, на какую величину отклоняется пучок от оптической апертуры по ходу распространения и измеряется в угловых единицах (радианах). В лазерных диодах угол расходимости определяется сразу двумя значениями – так проявляется астигматизм. В этом случае направление угла расходимости нужно проверять и уточнять в зависимости от конкретной схемы. На рис. 1 показана общая конфигурация лазерного диода и проявление расходимости лазерного пучка по ходу удаления экрана от источника излучения.

Рисунок 1. Общая структура полупроводникового слоя диода: профиль пучков, излучаемых такими диодами, чаще всего эллиптический

Угол веерного пучка. Обычно за веерный угол принимается угол отклонения пучка в определенной плоскости от нормали направления распространения. На рис. 2 показан вид веерного пучка лазерного диода и приведен его расчет.

Рисунок 2. Веерный угол пучка излучения лазерного диода

Выходная мощность. Выходная мощность определяется как максимальная зарегистрированная мощность, которую имеет лазерный пучок сразу после выхода из резонатора, до прохождения через какую-либо направляющую или фильтрующую оптику. Погрешность составляет порядка 10%, поэтому в паспорте приборов указываются доверительные интервалы. Профиль распределения интенсивности выходного излучения в основном характеризуется функцией Гаусса, максимум которой приходится на центр кривой, совпадающей с максимумом выходной мощности.

Класс. Диапазон мощностей лазерных источников невероятно широк. По этой причине была разработана классификация источников по силе воздействия на человека. В таблице приведена классификация лазерных источников, предложенная Центром по контролю приборов и радиационной безопасности (CDRH).

Чувствительность / видность. Видность пятна лазерного излучения (глазом или другим приемником) зависит от соотношения сигнала к шуму. Отношение сигнал/шум рассчитывается как мощность сигнала лазера к фоновому излучению (шуму). Чем выше соотношение сигнал/шум, тем легче распознается пятно на матрице приемника. Пик чувствительности человеческого глаза приходится на длину волны 550 нм, то есть чем ближе длина волны к этому значению, тем отчетливее и контрастнее будут восприниматься сигналы глазом – это важно для приложений, использующих преимущественно видимый диапазон. В случае, если в качестве приемника берется камера, целесообразно использовать специальные фильтры, увеличивающие соотношение сигнал/шум и объективы с ограничением поля зрения. Также важно правильно подбирать диапазон излучения источника к спектральной чувствительности приемника. На рис. 3 показана относительная спектральная чувствительность глаза к различным длинам волн.

Рисунок 3. Относительная спектральная чувствительность глаза

Время работы. Время работы лазера или срок службы зависит от срока работы источника питания. Обычно источник подбирается таким образом, чтобы при минимальном напряжении лазер проработал как можно дольше. Теплопоглощающие радиаторы рекомендуется использовать при подводимых напряжениях, близким к предельно допустимым. Снижение температуры источника питания позволяет продлить срок службы излучающего прибора, который обычно составляет от 10 до 20 тысяч часов.

Комплектующие к лазерным системам

Проекционные головки. Проекционные головки устанавливаются на внешней части лазера и предназначены для формирования различных испытательных сигналов: одиночных линий, пересекающихся линий, мультиплетов и растровых матриц.

Пространственные фильтры. Пространственные фильтры предназначены для минимизации пространственного шума, причины которого многочисленны – пылинки на линзах, микронеровности, неоднородность покрытий и т. д, особенно часто они наблюдается в пучках, прошедших через линзы или объективы. Для очистки пучка применяют диафрагмы (пинхолы). Размер отверстия диафрагмы подбирается таким образом, чтобы основной лазерный пучок проходил через отверстие, а рассеянный свет сдерживался. В таком случае из пространственного фильтра выходит чистый, однородный пучок.

Лазерная оптика. Мощности лазерного излучения могут достигать высочайших пределов, что накладывает не менее высокие требования к параметрам оптических компонентов, используемых в лазерных установках: безукоризненное качество рабочих поверхностей линз и зеркал, строгие допуски и высокий порог повреждения. Перед запуском установки рекомендуется проводить экспертизу компонентов на наличие повреждений.

Измерительное оборудование. Измерительное оборудование –  инструменты для проведения спецификации источников почти по любым параметрам. Наиболее часто применяются измерители мощности, визуализаторы, различные приемники излучения.

Устройства расширения пучка. В некоторых приложениях требуется произвести расширение параллельных пучков, существуют специальные приборы, которые легко справляются с этой задачей. Угол отклонения при этом останется минимальным, несмотря на увеличение диаметра.

Установка и юстировка лазерных источников

Варианты установки диода. Существует несколько способов установки и юстировки лазерных диодов: например, с помощью специализированных держателей. Благодаря установленным подвижкам, можно точно позиционировать прибор. Также существуют юстировочные платформы различных типов, которые наиболее широко применяются для юстировки диодов, применяемых для накачки He-Ne лазеров. Необходимо помнить, что диоды очень чувствительны к перепадам температур, поэтому рекомендуется использовать теплоизолирующие системы.

Юстировка и позиционирование. В паспорте любого прибора содержатся все необходимые сведения и интервалы, рекомендуемые к соблюдению при юстировке, так называемая «точность наведения». Точность наведения – это угловая разность между осью распространения (вдоль которой проходит лазерный пучок) и механической осью (определяется геометрией корпуса). Контроль этих допусков часто осуществляется специальными регулировочными винтами. Рисунок 4 демонстрирует влияние ошибки точности наведения в лазере.

Рисунок 4. Ошибка наведения в лазере

Замечание. Если используется V-образная платформа, то для численной оценки точности наведения лазерной установки достаточно просто вращать корпус. Пока ошибка не будет устранена, пятно на экране будет описывать траекторию окружности. Соотношение между радиусом окружности и расстоянием от выходного зрачка до экрана и является угловой мерой ошибки наведения (на рис. 4 проиллюстрирована ошибка наведения, D – расстояние от выходного зрачка до экрана, R – радиус окружности). Оценив угол, остается повернуть источник на этот угол и перейти к следующему этапу.

Лазерные диоды и He-Ne лазеры

Подбирая источник, многие сталкиваются с выбором между диодным источником и He-Ne лазером. Разумеется, выбирая тот или иной источник, необходимо следовать требованиям конкретного приложения, конкретной установки. Ниже приведена сравнительная таблица основных параметров He-Ne лазеров и лазерных диодных модулей.

© Edmund Optics Inc.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Edmund Optics на территории РФ

Лазерное излучение.

Лазер или оптический кванто­вый
генератор — это генератор электромагнитного
излучения оптического диапазона,
осно­ванный на использовании
вынуж­денного (стимулированного)
из­лучения.

Лазеры благодаря своим уникаль­ным
свойствам (высокая направлен­ность
луча, когерентность, монохроматичность)
находят исключитель­но широкое
применение в различ­ных областях
промышленности, на­уки, техники, связи,
сельском хо­зяйстве, медицине, биологии
и др.

В основу классификации лазе­ров
положена степень опаснос­ти лазерного
излучения для об­служивающего
персонала. По этой классификации лазеры
раз­делены на 4 класса:

класс 1 (безопасные) — выходное излучение
не опасно для глаз; класс II (малоопасные)
— опасно для глаз прямое или зеркально
отраженное излучение;

класс III (среднеопасные) — опасно для
глаз прямое, зеркально, а так­же
диффузно отраженное излуче­ние на
расстоянии 10 см от отража­ющей
поверхности и (или) для кожи прямое или
зеркально отраженное излучение;

класс IV (высокоопасные)- опасно для кожи
диффузно отраженное излучение на
расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

В качестве ведущих критериев при оценке
степени опасности генери­руемого
лазерного излучения при­няты величина
мощности (энергии), длина волны,
длительность импуль­са и экспозиция
облучения.

Предельно допустимые уров­ни, требования
к устройству, размещению и безопасной
экс­плуатации лазеров регламенти­рованы
«Санитарными нормами и правилами
устройства и экс­плуатации лазеров»
№ 2392-81, которые позволяют разрабатывать
мероприятия по обеспечению бе­зопасных
условий труда при рабо­те с лазерами.
Санитарные нормы и правила позволяют
определить величины ПДУ для каждого
режима работы, участка оптического
диа­пазона по специальным формулам
и таблицам. Нормируется энерге­тическая
экспозиция облучаемых тканей. Для
лазерного излучения видимой области
спектра для глаз учитывается также и
угловой раз­мер источника излучения.

Предельно допустимые уровни облучения
дифференцированы с учетом режима работы
лазеров -непрерывный режим, моноимпуль­сный,
импульсно-периодический.

В зависимости от специфики тех­нологического
процесса работа с лазерным оборудованием
может сопровождаться воздействием на
персонал главным образом отра­женного
и рассеянного излучения. Энергия
излучения лазеров в био­логических
объектах(ткань, орган) может претерпевать
различные пре­вращения и вызывать
органичес­кие изменения в облучаемых
тканях (первичные эффекты) и неспеци­фические
изменения функциональ­ного характера
(вторичные эффек­ты), возникающие в
организме в ответ на облучение.

Влияние излучения лазера на орган зрения
(от небольших функ­циональных нарушений
до полной потери зрения) зависит в
основном от длины волны и локализации
воз­действия.

При применении лазеров боль­шой
мощности и расширении их практического
использования воз­росла опасность
случайного повреж­дения не только
органа зрения, но и кожных покровов и
даже внутрен­них органов с дальнейшими
изме­нениями в центральной нервной
и эндокринной системах.

При работе с лазерной техникой на
обслуживающий персонал может

воздействовать комплекс опасных и
вредных производственных факторов.

Количественные и качественные
характеристики неблагоприятных

производственных факторов зависят
от физико-химических свойств

обрабатываемого материала и
пространственно-энергетических
характеристик

лазерного излучения.

Опасные и вредные производственные
факторы, определяющие условия

труда операторов лазерных установок,
условно разделяют на первичные и

вторичные. К первичным относят факторы,
источником образования которых

является непосредственно лазерная
установка, к вторичным — факторы,

образующиеся при воздействии лазерного
излучения на обрабатываемый

материал.

При эксплуатации и разработке
лазерных изделий необходимо учитывать

также возможность взрывов и пожаров
при попадании лазерного излучения
на

горючие материалы.

Для лазерных технологических
установок наиболее значимыми из

неблагоприятных производственных
факторов являются отраженное лазерное

излучение, импульсный шум и загрязнение
воздуха вредными веществами,

образующимися при нагревании и
разрушении (испарении) обрабатываемого

материала.

Шум лазерных установок имеет широкий
частотный спектр; эквивалентный

уровень звука лазерных установок на
15…20 дБА ниже уровня звука в

импульсе; уровни звукового давления
в отдельных импульсах длительностью

порядка миллисекунды могут достигать
100…120 дБ. Основное количество

вредных веществ поступает в воздух
рабочей зоны в виде аэрозольных частиц
с

аэродинамическим диаметром меньше
10 мкм, представляющих наибольшую

опасность для органов дыхания.

При проведении ремонтно-профнлактических
и пусконаладочных работ

можно ожидать наличия дополнительных
неблагоприятных факторов,

характеристики которых зависят от
конструктивных особенностей лазерного

оборудования.

Наибольшую опасность лазерное излучение
представляет для глаз и кожи.

Вместе с тем лазерное излучение может
вызывать в организме человека

различные патологические изменения,
функциональные расстройства центральной

нервной, сердечно-сосудистой и
вегетативной систем, а также влиять
на

различные внутренние органы.

Основным документом, регламентирующим
требования безопасности при

эксплуатации лазерных установок,
являются «Санитарные нормы и правила

устройства и эксплуатации лазеров»
№ 5804—91 (СанПиН-лазер). Этот документ

устанавливает:

• предельно допустимые уровни (ПДУ)
лазерного излучения в диапазоне

длин волн 180…105 нм при различных условиях
воздействия на человека;

• классификацию лазеров по степени
опасности генерируемого ими

излучения;

• требования к устройству и
эксплуатации лазеров;

• требования к производственным
помещениям, размещению оборудования и

организации рабочих мест;

• требования к персоналу;

• контроль за состоянием
производственной среды;

• требования к применению средств
защиты;

• требования к медицинскому контролю.

Предельно допустимые уровни (ПДУ)
лазерного излучения установлены для

двух условий облучения — однократного
и хронического в трех диапазонах длин

волн: I — от 180 до 380 нм; II -св. 380 до 1400 нм;
III — св. 1400 до 105.

Нормируемыми параметрами лазерного
излучения являются энергетическая

экспозиция Н и облученности Е, усредненные
по ограничивающей апертуре.

Для определения предельно
допустимых уровней энергетической

экспозиции НПДУ и облученности ЕПДУ
при воздействии лазерного излучения
на

кожу усреднение производится по
ограничивающей апертуре диаметром 1,1
х10-3

м (площадь апертуры Sа = 10-6 м2).

Для определения предельно допустимых
уровней НПДУ и ЕПДУ при

воздействии на глаза лазерного излучения
в диапазонах I и III усреднение

производится по ограничивающей апертуре
диаметром 1,1х10-3 м, а в диапазоне

II — по апертуре диаметром 7х10-7 м.

Наряду с энергетической экспозицией
и облученностью нормируемыми

параметрами являются также энергия W
и мощность P излучения, прошедшего

через указанные ограничивающие апертуры.

НПДУ = WПДУ / Sа, EПДУ = PПДУ /
Sа

[pic]

где: WПДУ и РПДУ – предельно допустимые
уровни соответственно энергии

и мощности.

Параметры НПДУ, EПДУ и WПДУ, РПДУ
могут использоваться каждый в

отдельности в соответствии с решаемой
задачей.

Лазерное излучение с длиной волны
380…1400 нм наибольшую опасность

представляет для сетчатой оболочки
глаза, а излучение с длиной волны

180…380 нм и св. 1400 нм — для передних сред
глаза. Повреждение кожи

может быть вызвано лазерным излучением
любой длины волны рассматриваемого

спектрального диапазона (180…105 нм).

В СанПиН-лазер приведены соотношения
для определения ПДУ при

однократном воздействии на глаза
и кожу одиночных импульсов

коллимированного или диффузного
лазерного излучения, а также поправки
для

учета хронического воздействия
повторяющихся импульсов и углового
размера

источников диффузного излучения.

Инструментом, позволяющим определять
основные направления работы по

нормализации условий труда операторов
лазерных установок, является

классификация лазеров по степени
опасности генерируемого ими излучения.

Определение класса опасности основано
на учете его выходной энергии

(мощности) и предельно допустимых
уровней при однократном воздействии

генерируемого излучения. Лазеры по
степени опасности подразделяют на
четыре

класса.

К лазерам I класса относят полностью
безопасные лазеры, т.е. такие

лазеры, выходное (коллимированное)
излучение которых не представляет

опасности при облучении глаз и кожи.

Лазеры II класса — это лазеры,
выходное излучение которых

представляет опасность при облучении
глаз или кожи человека коллимированным

пучком (опасность при облучении кожи
существует только в I и III

спектральных диапазонах). Диффузно
отраженное излучение безопасно как
для

кожи, так и для глаз во всех спектральных
диапазонах.

К лазерам III класса относят такие
лазеры, выходное излучение которых

представляет опасность при облучении
глаз не только коллимированным, но и

диффузно отраженным излучением на
расстоянии 10 см от отражающей

поверхности и (или) при облучении кожи
коллимированным излучением. Диффузно

отраженное излучение не представляет
опасности для кожи. К этому классу

относят лазеры, генерирующие излучение
в спектральном диапазоне II.

Лазеры IV класса включают такие
лазеры, диффузно отраженное излучение

которых, представляет опасность для
глаз и кожи на расстоянии 10 см от

отражающей поверхности.

Лазеры классифицирует
предприятие-изготовитель по выходным

характеристикам излучения расчетным
методом.

Класс опасности лазерного изделия
определяется классом используемого

в нем лазера.

Основными нормативными пра­вовыми
актами при оценке усло­вий труда с
оптическими кванто­выми генераторами
являются:

«Санитарные нормы и правила устройства
и эксплуатации лазе­ров» № 2392-81;
методические рекомендации «Гигиена
труда при работе с лазерами»,
утверж­денные МЗ РСФСР 27.04.81 г.;

ГОСТ 24713-81 «Методы измере­ний
параметров лазерного излу­чения.
Классификация»; ГОСТ 24714-81 «Лазеры.
Методы из­мерения параметров излучения.
Общие положения»; ГОСТ 12.1.040-83 «Лазерная
безопас­ность. Общие положения»;
ГОСТ 12.1.031 -81 «Лазеры. Методы
дозиметрического контроля лазерного
излучения».

Предупреждение поражений ла­зерным
излучением включает сис­тему мер
инженерно-технического, планировочного,
организационного, санитарно-гигиенического
характе­ра.

При использовании лазеров II-III классов
в целях исключения об­лучения персонала
необходимо либо ограждение лазерной
зоны, либо экранирование пучка излучения.
Экраны и ограждения должны изго­тавливаться
из материалов с наи­меньшим коэффициентом
отраже­ния, быть огнестойкими и не
выде­лять токсических веществ при
воз­действии на них лазерного
излуче­ния.

Лазеры IV класса опасности раз­мещаются
в отдельных изолирован­ных помещениях
и обеспечиваются дистанционным
управлением их работой.

При размещении в одном поме­щении
нескольких лазеров следует исключить
возможность взаимного облучения
операторов, работающих на различных
установках. Не допус­каются в помещения,
где размеще­ны лазеры, лица, не имеющие
отно­шения к их эксплуатации. Запрещается
визуальная юстировка лазе­ров без
средств защиты.

Для удаления возможных токси­ческих
газов, паров и пыли обору­дуется
приточно-вытяжная вентиля­ция с
механическим побуждением. Для защиты
от шума принимаются соответствующие
меры звукоизо­ляции установок,
звукопоглощения и др.

К индивидуальным средствам за­щиты,
обеспечивающим безопас­ные условия
труда при работе с лазерами, относятся
специальные очки, щитки, маски,
обеспечиваю­щие снижение облучения
глаз до ПДУ.

Средства индивидуальной за­щиты
применяются только в том случае, когда
коллективные средства защиты не позволяют
обеспечить требования санитар­ных
правил.

Классификация лазеров по степени опасности

Определение класса
лазера основано на сравнении его выходной
энергии (мощности) и допустимых пределов
излучения при однократном воздействии
генерируемого излучения. Под однократным
воздействием лазерного излучения
понимается случайное воздействие с
длительностью, не превышающей 3·10⁴
с.

По степени опасности
лазеры согласно ГОСТ Р 50723-94 и «Санитарным
нормам и правилам устройства и эксплуатации
лазеров» № 5804-91 подразделяются на четыре
класса:

1-й класс — выходное
коллимированное излучение не представляет
опасности для глаз и кожи, т.е. лазерные
изделия безопасны при предполагаемых
условиях эксплуатации;

2-й класс — выходное
излучение (в диапазоне длин волн от 400
до 700 нм) представляет опасность при
облучении глаз коллимированным пучком.
Защита глаз помимо изложенных ниже,
обеспечивается естественными реакциями,
включая рефлекс мигания;

3-й класс — выходное
излучение представляет опасность при
облучении глаз коллимированным, а также
диффузно отраженным излучением на
расстоянии 10 см от отражающей поверхности,
и (или) при облучении кожи коллимированным
излучением. Дополнительно можно отметить,
что класс 3 согласно ГОСТ делится на два
класса: 3А и 3В. Непосредственное наблюдение
пучка, испускаемого лазерными изделиями
класса 3А с помощью оптических инструментов,
может быть опасным. Непосредственное
наблюдение же лазерного излучения
изделий класса 3В всегда опасно;

4-й класс — выходное
излучение представляет опасность при
облучении кожи диффузно отраженным
излучением на расстоянии 10 см от
отражающей поверхности. Такие лазерные
изделия создают опасное рассеянное
излучение.

Классификация
лазеров проводится по выходным
характеристикам излучения расчетным
методом согласно ГОСТ Р 50723 – 94 в
соответствии с табл. 1 (приведены расчетные
соотношения для определения ДПИ в случае
непрерывного лазерного излучения
видимого диапазона). При этом лазерное
изделие относится к конкретному классу
опасности, если лазерное излучение,
проходящее через апертуру, превышает
допустимый предел излучения (ДПИ) для
всех более низких классов, но не превышает
ДПИ для класса, к которому изделие
отнесено.

Таблица
1

Допустимые
пределы излучения для лазерных изделий
при длительности воздействия t=0,25
– 10 с на длинах волн 400 – 700 нм.

Класс опасности лазера	ДПИ
1	7*10-4t0.75C, Дж
2	С*10-3, Вт
3А	5*10-3, Вт
3В	0,5 Вт

Примечание.
для;

для
.

мрад
для
имрад для.

Угловой размер
источника излучения
определяется
по формуле:

где
S– площадь источника
излучения (лазерного луча),

R– расстояние от точки наблюдения до
источника,

—
угол между нормалью к поверхности
источника и направлением визирования
(при выполнение данной работы равен 0
рад.).

Учитывая, что
,
и уголсоотношение (1) имеет более простой вид

Под апертурой rпонимается отверстие в защитном кожухе
лазера, через которое проходит лазерное
излучение. Практически апертура
составляет величину в единицы миллиметров.
В «Правилах» предельно допустимые
уровни излучения приводятся для апертурr=1.1*10^-3м и дляr=7*10^-3м.

23 реинкарнации лазера, которые нас окружают в повседневной жизни

Под катом — научно-популярная лекция о современном применении лазеров и принципах работы лазерных устройств, тех самых, которые помогают победить рак и идентифицировать коронавирус, определять строение тканей, передавать данные и строить города, сводить татуировки и делать мышей счастливыми.

Ну и, надеюсь, вы уже видели самую большую в мире лазерную установку длиной 130 метров, установленную в Сарове в ВНИИЭФ. Она предназначена в том числе для изучения термоядерного(!) синтеза.

Эта статья — расшифровка лекции Дмитрия Артемьева, старшего преподавателя кафедры лазерных и биотехнических систем Самарского университета и м.н.с. научно-исследовательской лаборатории «Фотоника». Дмитрий прочитал эту лекцию в нашей самарской Точке кипения прямо перед введением режима всеобщей самоизоляции.

Что такое свет

Для полноты картины начнем с азов. Из курса физики известно, что свет — это электромагнитная волна или поток фотонов. Поскольку одна из характеристик электромагнитных волн — длина волны, под светом (излучением) мы будем подразумевать электромагнитную волну длиной от 1 нанометра до нескольких сантиметров. Таким образом, наше определение покрывает диапазон от рентгеновского до инфракрасного излучения.

Видимый для нашего глаза диапазон занимает очень маленький интервал, порядка 300 нанометров.

Если говорить про диковинные диапазоны, такие, как рентгеновские, то, например, в прошлом году создание лазера на свободных электронах, который работает в рентгеновском диапазоне, стало одной из главных тем и было номинировано на Нобелевскую премию по физике. Интересно, что победитель в этой номинации тоже был связан с лазерной техникой: премию присудили за создание сверхкоротких и сверхмощных импульсов. Кстати, часть исследований проводили в России, в Нижегородском институте общей физики.

Чем лазер отличается от обычной лампочки

На картинке — сравнение основных характеристик. Особо отметим, что максимальная мощность лазера многократно выше мощности источников, которые применяются в лампах. Но не каждому лазеру это нужно: часто для применения достаточно долей ватта, милливатта или микроватта, чтобы получить просто какое-то определенное излучение.

Вспомним, что ширина видимого диапазона излучения — порядка 400 нанометров. Примерно такой же по ширине спектр имеет лампа накаливания, поэтому при перемешивании цветов мы видим белый свет. В свою очередь, ширина диапазона лазера может составлять 0,1 нанометра. Это уникальное свойство лазера используется при проведении некоторых спектральных исследований и точных прецизионных измерений.

Если посветить лазерной указкой из одной стороны комнаты в другую, мы увидим на противоположной стене лишь небольшое пятно, демонстрирующее узкую направленность излучения и малую расходимость пучка лазера. А у лампы дневного света или накаливания излучение практически изотропно, т.е. направлено во все стороны.

У естественного света отсутствует определенная направленность вектора электрического поля, это означает, что свет не поляризован. То есть у света обычной лампочки вектор E (напряженность) направлен в различные стороны. В случае лазерного излучения вектор E имеет определенное направление, колебания происходят в одной плоскости. Такая поляризация тоже делает лазерное излучение в какой-то степени уникальным.

Физика процесса

Лазер изобрели в конце 50-х прошлого столетия. В 1964 году за открытие лазерного излучения американец Чарльз Таунс и советские ученые Александр Михайлович Прохоров и Николай Геннадьевич Басов получили Нобелевскую премию. Причем Прохоров и Басов открыли не лазер, не усиление света, а усиление излучения микроволнового диапазона, так называемый мазер.

Лазер — аббревиатура из пяти латинских букв: Light Amplification by Simulated Emission of Radiation. В переводе с английского это означает «усиление света под действием вынужденного излучения». Ниже представлены три диаграммы. Сначала, чтобы произошло излучение, необходимо, чтобы электрон или частица перешли в возбужденное состояние. Для этого частица должна получить энергию. После этого она перейдет на более высокий энергетический уровень.

Дальше возможны два сценария. Если частица случайным образом перейдет на более низкие энергетические уровни, то мы получим спонтанное излучение. Однако если на частицу, находящуюся на верхнем энергетическом уровне, воздействовать определенным фотоном, то есть направить на нее свет определенной длины волны, то произойдет уже вынужденное излучение. И фотон, рожденный в результате такого внешнего воздействия, будет тождествен тому фотону, с которым он провзаимодействовал. Так получается когерентное излучение, при котором волны равны друг другу.

Как устроен лазер

Перед вами — схема первого лазера. Это классический рубиновый лазер, созданный в 1960 году американским ученым Теодором Мейманом. Для работы прибора нужна активная среда, в данном случае — кристалл рубина, и два зеркала. Одно зеркало — глухое, с коэффициентом отражения, близким к единице. Второе — полупрозрачное, в зависимости от типа лазеров коэффициент отражения у него может отличаться как на доли процента, так и на десятки процентов относительно глухого зеркала.

В качестве оптической накачки для твердотельных лазеров, как правило, используется другое оптическое излучение. В первом лазере на кристалле рубина применялись лампы белого света, которые содержали синий и зеленый спектры — именно их кристалл рубина поглощает лучше всего.

Итак, классическая схема лазера: это активное вещество (рубин), резонатор (два зеркала) и система накачки. В других схемах накачка может происходить не только от оптического излучения, но и, например, при помощи электрического разряда (в газовых лазерах). Но в первую очередь лазеры отличаются по типу активной среды: твердотельные лазеры, газовые лазеры, лазеры на парах металлов. Выше мы упоминали лазер на свободных электронах, сейчас он активно разрабатывается и модернизируется. Также сейчас популярны диодные (полупроводниковые) лазеры и волоконные, где в качестве активной среды используется оптическое волокно.

Где применяется лазерное излучение

Лазерное излучение можно использовать в медицине, промышленности, связи, военном деле и науке. На картинке ниже — примеры медицинских инструментов. Так, сейчас очень популярны лазерные скальпели для коррекции зрения. Они помогают скорректировать геометрию хрусталика, чтобы избавить от близорукости или дальнозоркости, исправить астигматизм и так далее. Лазер идеален для операций на глазе не только из-за очень маленьких размеров пучка — важно и то, что время воздействия таким скальпелем можно сократить до фемтосекунд. Различные типы излучений используются для косметических операций. А в стоматологии ультрафиолетовое излучение применяют для затвердевания зубного клея, который очень хорошо его поглощает.

В промышленности с помощью лазеров производится точнейшая обработка стали: гравировка, вырезание отверстий с очень тонкой и чистой кромкой. Свойства лазерного излучения используют для закаливания некоторых металлов. Чаще всего в современной промышленности применяется волоконный лазер.

В строительной сфере лазеры применяют, чтобы определять расстояния или выстраивать геометрию. Сейчас лазерные уровни продаются во всех строительных магазинах, причем стоят недорого.

Военные и охотники уже давно используют лазерные прицелы. При этом лазер редко используют для прямого нанесения ущерба: пока такие аппараты слишком громоздки. Например, в американских вооруженных силах проводился эксперимент, в ходе которого лазерная установка устанавливалась на самолете. Для чего понадобился целый самолет? Несмотря на небольшой по размерам излучатель, система накачки потребляла огромное количество электроэнергии, а активная среда сильно нагревалась. Так что почти все пространство самолета занимали системы питания и охлаждения лазера.

В нашей стране также разрабатываются подобные системы. Пару лет назад у нас было анонсировано лазерное оружие «Пересвет». Пока о нем известно только то, что оно размещается на мобильной платформе, на грузовике. В остальном, увы, — гостайна.

Отдельно надо сказать про использование лазеров в научных исследованиях. Например, ученые в Сарове используют лазер в процессе термоядерного синтеза: для облучения мишени излучение высокой мощности фокусируется в пятне минимальных размеров.

Такие лазеры могут занимать большие пространства: для термоядерной реакции нужен серьезный источник излучения, размеры которого могут достигать сотен метров.

Лазерная установка УФЛ-2М в Сарове

Наряду с такими гигантами, сравнимыми по габаритам с футбольными стадионами, в последнее время набирают популярность миниатюрные лазеры на так называемых наноструктурах.

Лазеры активно используются в системах связи, в том числе спутниковых. Одно из самых полезных для связистов свойств — распространение излучения в оптическом волокне: оптоволоконные системы позволяют передавать до сотен гигабайт в секунду на огромные расстояния.

Как устроено оптоволокно

Принцип работы оптического волокна основан на эффекте полного внутреннего отражения. Посмотрите на картинку ниже: у нас есть струя воды, и если на вход подать излучение, то при изгибе струи оно не выходит наружу, а распространяется внутри.

Именно так и распространяется излучение по среде с более высоким показателем преломления относительно его оболочки. Этот принцип позволяет передавать данные на десятки, сотни и тысячи километров с минимальными потерями.

В качестве источника оптического излучения используются либо светодиоды, либо лазерные диоды. У лазерного диода более высокие характеристики, но и стоит он дороже.

В телекоммуникационной технике, как правило, применяют полупроводниковые лазеры с длиной волны 1,3 или 1,55 микрометра. Эти длины волн не попадает в полосу поглощения различных гидроксильных групп, которые есть в составе волокна. Таким образом, сигнал не поглощается и не затухает на протяжении многих километров.

В качестве детекторов можно использовать фотодиоды, PIN-диод и лавинный фотодиод. Они отличаются по чувствительности. Если нужно зарегистрировать очень слабый сигнал, берут лавинный фотодиод. Если сигнал на десятки–сотни ватт, то можно применить любые другие типы фотодиодов.

Лазерное излучение и биологические объекты

При падении лазерного пучка на биоткань может произойти поглощение этого излучения, а также пропускание, рассеяние или флуоресценция. Еще один из возможных вариантов — абляция, сгорание верхних слоев ткани. При этом внутренние слои не повреждаются.

При поглощении имеет место коагуляция различных частиц, то есть их слипание. Этот эффект применяется при использовании лазера в хирургии — в качестве лазерного скальпеля. В отличие от механического скальпеля, разрез сосуда или ткани происходит практически бескровно. К тому же лазерный луч может быть значительно тоньше, чем острие металлического скальпеля.

На графике ниже — элементы, которые могут находиться в сосудах, в крови, в тканях кожи. Как мы знаем, человек более чем на 70% состоит из воды. Вода также присутствует в каждой биологической ткани. Есть меланин, который окрашивает нашу ткань. Если мы загорели летом, то меланина в тканях кожи становится существенно больше. А имеющийся у всех нас гемоглобин может быть в двух состояниях — насыщенный кислородом (оксигемоглобин) и без кислорода (дезоксигемоглобин).

График показывает, насколько активно различные элементы поглощают излучение с разными длинами волн. Таким образом, при использовании лазера с определенной длиной волны мы можем добиться селективного поглощения.

Или, к примеру, возьмем два источника излучения с разными длинами волн: один попадает в максимум поглощения, другой — в минимум. При дифференциальном контрасте можно получить концентрацию определенных веществ. Мы видим, что максимумы спектров окси- и дезоксигемоглобина разнесены между собой. Таким образом мы можем определить концентрацию, например, оксигемоглобина.

Это очень важно при проведении хирургических операций. Сейчас в любом хирургическом отделении стоит прибор, который отслеживает насыщенность крови кислородом. Этот датчик позволяет в режиме реального времени определять, что происходит с тканью пациента в нужном месте.

Диагностика, визуализация, лечение рака…

В некоторых диагностических системах используют несколько лазеров с разными длинами волн. Они помогают проводить исследования по различным клеточным структурам: как они себя ведут, какую дают реакцию на препараты.

Выше упоминалось, что лазер может счищать верхние слои кожи. Это используется, в частности, для удаления татуировок. Косметологические салоны сводят «наколки» твердотельным лазером с длиной волны 1064 нанометра.

Еще одно распространенное применение лазеров — фотодинамическая терапия, которая часто применяется при лечении онкологических заболеваний. Вначале в ткань человека вводится фотосенсибилизатор — вещество, которое накапливается в агрессивных раковых клетках. После этого на опухоль — она, как правило, окружена здоровой тканью — воздействует лазер с длиной волны, попадающей в максимум поглощения данного фотосенсибилизатора. В результате излучение поглощается только раковыми клетками. Таким образом, мы выжигаем раковую опухоль, не задевая здоровую ткань.

Лазер применяется в медицине для визуализации. Например, в оптической томографии он служит источником света (см. схему). В качестве источника света также можно использовать суперлюминесцентный диод: он также излучает за счет вынужденного рассеивания, но не имеет такой степени когерентности.

Источник света направлен на светоделитель. Часть излучения отражается на зеркало, а другая направляется на объект, отражаясь от которого обе волны могут взаимодействовать между собой. Если две когерентные длины волны взаимодействуют между собой, происходит интерференция. И на детекторе мы регистрируем набор интерференционных полос, после обработки которых можно получить картинку среза ткани.

Оптический когерентный томограф, принцип действия которого показан на схеме, есть во всех крупных городах. Данная технология позволяет построить трехмерную картину объекта, в данном случае — глаза. И пространственное разрешение, где мы можем отделить один пиксель от другого, может составлять единицы микрон. Аналог данной технологии — ультразвуковое исследование. Только для УЗИ используется не оптическое излучение, а ультразвуковая волна. У ультразвука глубина проникновения выше, чего не скажешь о точности: пространственное разрешение измеряется в миллиметрах, а не в микронах.

Почему нужно комбинировать методы

В Самарском университете данный подход использовали для исследования тканей кожи и легкого с онкологическими образованиями. На фото слева — восстановленное 3D-изображение тканей легкого. А справа — фотография участка, с которого происходила регистрация сигнала.

На картинке слева заметно различие структур между собой. Черное — это воздух, оттуда сигнал не приходил. Пористая структура, похожая на губку, — это здоровая ткань легкого. При переходе вправо можно наблюдать, как возникают слои. Они более плотные и имеют определенную структуру, которая характерна для онкологических новообразований в тканях легкого. Это пример плоскоклеточного рака, удаленного в результате операции в Самарском онкологическом центре.

Такой же подход применялся для исследования тканей кожи. С его помощью легко определить базально-клеточную карциному, однако другие типы рака часто бывают похожи между собой, и диагностировать конкретный тип заболевания становится невозможно. Поэтому оптические методы исследования необходимо дополнять спектральными.

На следующей иллюстрации представлена диаграмма комбинационного (неупругого) рассеяния света, так называемое рамановское рассеяние. Здесь мы снова наблюдаем энергетические уровни, с которыми познакомились при рассмотрении вынужденного рассеяния.

На картинке показано, как лазерное излучение возбуждает колебания в молекуле. При этом 99,999% этого излучения не изменяет длины волны. Но некоторая часть излучения после взаимодействия с молекулой может измениться. Эта доля изменения энергии соответствует колебанию связей, на которые было направлено лазерное излучение.

В результате комбинационного рассеяния света мы получаем набор полос, положение которых привязано к конкретному колебанию нашего объекта. С помощью этих данных мы можем определить, какие колебания у нас есть. В свою очередь, по интенсивности колебаний определяется количественный состав этих компонент.

На фото — момент исследования в Самарском онкологическом центре. Так происходит визуализация образца ткани при помощи дерматоскопа, разработанного там же.

На следующем слайде — характерные графики спектров комбинационного рассеяния для кожи и новообразований. В определенных полосах спектра интенсивность может увеличиваться либо уменьшаться. Так, в полосе №2 интенсивность для злокачественной меланомы увеличивается на 100%. И за увеличение этой интенсивности отвечает изменение компонентного состава в этой области. В частности, если речь идет о биохимических изменениях в ткани, то меняется соотношение ДНК и РНК в клетке. Также может меняться соотношение белков и липидов в ткани.

Подобное исследование проводилось и для тканей легкого. Мы видим, что можно отличить злокачественные образования от доброкачественных. Также для анализа данных могут применяться различные математические подходы — например, регрессионные модели, которые позволяют быстро находить спектральные отличия в большом массиве данных.

Итак, исследование биологического объекта при помощи лазеров и спектральной техники позволяет получить огромный набор данных. Для их обработки приходится прибегать к математическим методам, которые, в свою очередь, надо реализовать на компьютере с использованием специального ПО.

Подведем итоги

Биофотоника дает широкие возможности для диагностики состояния тканей в режиме реального времени, позволяет осуществлять лазерную абляцию — очищение верхних слоев кожи. Лазерный скальпель широко применяется в хирургии. Также при облучении лазером в организме могут ускоряться какие-то процессы, например выработка кислорода в сосудах или каких-то тканях. Либо замедляться, если это необходимо.

Все оптические технологии используются для неинвазивных исследований — без непосредственного контакта инструмента с тканью. Для более точного исследования в различных диапазонах можно использовать сразу несколько лазеров. Но это далеко не все возможности. Мы не упомянули такое интересное направление, как оптогенетика — воздействие лазерного или оптического излучения на когнитивные функции. Исследователи воздействуют на нейроны в определенных областях мозга, пытаясь улучшать настроение, стимулировать выработку гормонов и так далее. Пока такие опыты проводятся на животных. На фото — мышь, в череп которой вживлено оптическое волокно для соответствующих исследований.

В связи с текущей пандемией стоит отметить, что упомянутая выше рамановская спектроскопия — технология, которая может использоваться для исследования вирусов. Здесь снова междисциплинарный подход: вирусы — частицы размером 20–200 нанометров, нужно их как-то уловить. Вирусы содержатся в крови, которая движется по некоему капилляру. Следовательно, в капилляр устанавливаются специальные наноловушки — наноструктуры, способные поймать и захватить частицы определенного размера. После захвата частиц проводим их облучение лазером и регистрацию рамановского рассеяния — вот теперь мы можем точно сказать, что это. Преимущество оптических технологий в данном случае в том, что вирусы обнаруживаются даже при минимальной их концентрации.

***

На наш взгляд, мы перечислили большинство наиболее интересных областей применения лазеров. Хотя наверняка могли что-то забыть. Так что, если кто-то подкинет интересных фактов в комментариях, с удовольствием поплюсуем.

Лазерная безопасность — Laser safety

Лазерная безопасность — это безопасная конструкция, использование и внедрение лазеров для сведения к минимуму риска лазерных аварий, особенно тех, которые связаны с травмами глаз. Поскольку даже относительно небольшое количество лазерного излучения может привести к необратимым травмам глаз, продажа и использование лазеров обычно регулируются государственными постановлениями.

Лазеры средней и высокой мощности потенциально опасны, потому что они могут обжечь сетчатку или даже кожу. Чтобы контролировать риск травмы, различные спецификации, например, 21 Свод федеральных правил (CFR), часть 1040 в США и IEC 60825 на международном уровне, определяют «классы» лазеров в зависимости от их мощности и длины волны. Эти правила налагают на производителей необходимые меры безопасности, такие как маркировка лазеров специальными предупреждениями и ношение защитных очков при работе с лазерами. Консенсусные стандарты, такие как Американский национальный институт стандартов (ANSI) Z136, предоставляют пользователям меры контроля лазерных опасностей, а также различные таблицы, полезные для расчета пределов максимально допустимого воздействия (ПДВ) и доступных пределов воздействия (AEL).

Тепловые эффекты являются преобладающей причиной поражения лазерным излучением, но фотохимические эффекты также могут вызывать беспокойство для определенных длин волн лазерного излучения. Даже лазеры средней мощности могут вызвать травму глаза. Лазеры высокой мощности также могут обжечь кожу. Некоторые лазеры настолько мощны, что даже диффузное отражение от поверхности может быть опасным для глаз.

Схема человеческого глаза

Когерентности и низкий угол расходимости лазерного луча, чему, сосредоточив внимание от объектива глаза, могут вызвать лазерное излучение концентрируются в чрезвычайно малое пятно на сетчатке. Кратковременное повышение температуры всего на 10 ° C может разрушить фоторецепторные клетки сетчатки . Если лазер достаточно мощный, необратимое повреждение может произойти в течение доли секунды, что быстрее, чем моргание глаза. Достаточно мощные лазеры в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне (400-1400  нм ) проникают в глазное яблоко и могут вызывать нагрев сетчатки, тогда как воздействие лазерного излучения с длинами волн менее 400 нм или более 1400 нм в значительной степени поглощается роговицей. и хрусталика, что приводит к развитию катаракты или ожоговым травмам.

Инфракрасные лазеры особенно опасны, поскольку защитная реакция организма на неприятие бликов, также называемая « рефлексом моргания », запускается только видимым светом. Например, некоторые люди, подвергшиеся воздействию мощных лазеров Nd: YAG, излучающих невидимое излучение 1064 нм, могут не чувствовать боли или не замечать немедленного повреждения зрения. Шум или щелчок, исходящий от глазного яблока, может быть единственным признаком того, что произошло повреждение сетчатки, т.е. сетчатка была нагрета до температуры более 100 ° C, что привело к локальному взрывному кипению, сопровождающемуся немедленным образованием постоянного слепого пятна .

Механизмы повреждения

Типичная этикетка с предупреждением о лазере в США (ANSI)

Лазеры могут вызывать повреждение биологических тканей, как глаза, так и кожи, за счет нескольких механизмов. Термическое повреждение или ожог возникает, когда ткани нагреваются до точки, при которой происходит денатурация белков. Другой механизм — фотохимическое повреждение, когда свет запускает химические реакции в ткани. Фотохимическое повреждение происходит в основном при использовании коротковолнового (синего и ультрафиолетового ) света и может накапливаться в течение нескольких часов. Лазерные импульсы короче примерно 1 мкс могут вызвать быстрое повышение температуры, что приведет к взрывному кипению воды. Ударная волна от взрыва может впоследствии вызвать повреждение на относительно большом расстоянии от точки удара. Ультракороткие импульсы также могут вызывать самофокусировку в прозрачных частях глаза, что приводит к увеличению потенциала повреждения по сравнению с более длинными импульсами с той же энергией. Фотоионизация оказалась основным механизмом радиационных повреждений при использовании титан-сапфирового лазера.

Глаз фокусирует видимый и ближний инфракрасный свет на сетчатке. Лазерный луч можно сфокусировать до интенсивности на сетчатке, которая может быть до 200 000 раз выше, чем в точке, где лазерный луч входит в глаз. Большая часть света поглощается пигментами меланина в пигментном эпителии сразу за фоторецепторами и вызывает ожоги сетчатки. Ультрафиолетовый свет с длинами волн короче 400 нм, как правило, поглощается линзами и 300 нм в роговице , где он может вызывать повреждения при относительно низких мощностях из-за фотохимических повреждений. Инфракрасный свет в основном вызывает тепловое повреждение сетчатки в ближнем инфракрасном диапазоне и более лобных частей глаза в более длинных волнах. В приведенной ниже таблице приведены различные медицинские состояния, вызванные воздействием лазеров на разных длинах волн, не включая травмы, вызванные импульсными лазерами.

Кожа обычно гораздо менее чувствительна к лазерному свету, чем глаза, но чрезмерное воздействие ультрафиолетового света от любого источника (лазерного или нелазерного) может вызвать краткосрочные и долгосрочные эффекты, подобные солнечному ожогу , в то время как видимые и инфракрасные длины волн в основном являются вредны из-за термического повреждения.

Лазеры и авиационная безопасность

Исследователи FAA составили базу данных о более чем 400 инцидентах, произошедших в период с 1990 по 2004 год, когда пилоты были поражены, отвлечены, временно ослеплены или дезориентированы лазерным воздействием. Эта информация послужила поводом для запроса в Конгрессе США . Воздействие ручного лазерного излучения в таких условиях может показаться тривиальным, учитывая краткость воздействия, большие расстояния и распространение луча до нескольких метров. Однако лазерное облучение может создать опасные условия, такие как слепота от вспышки. Если это произойдет в критический момент эксплуатации самолета, самолет может оказаться в опасности. Кроме того, от 18% до 35% населения обладают аутосомно-доминантным генетическим признаком — фотическим чиханием , которое вызывает у пораженного человека приступ непроизвольного чихания при воздействии внезапной вспышки света.

Максимально допустимое воздействие

Максимально допустимое воздействие (MPE) на роговицу для коллимированного лазерного луча в соответствии с IEC 60825 как зависимость плотности энергии от времени воздействия для различных длин волн

MPE как зависимость плотности мощности от времени экспозиции для различных длин волн

MPE как зависимость плотности энергии от длины волны для различного времени воздействия (длительности импульса)

Максимально допустимое воздействие (П) является самой высокой мощностью или плотность энергии (в Вт / см ² или Дж / см ² ) источник света , который считается безопасным, то есть , что имеет незначительную вероятность для создания повреждения . Обычно около 10% дозы имеет 50% шанс нанести ущерб в наихудших условиях. MPE измеряется на роговице человеческого глаза или на коже для данной длины волны и времени воздействия.

Расчет MPE для воздействия на глаз учитывает различные способы воздействия света на глаз. Например, глубокий ультрафиолетовый свет вызывает накопление повреждений даже при очень малых мощностях. Инфракрасный свет с длиной волны более 1400 нм поглощается прозрачными частями глаза до того, как достигает сетчатки, а это означает, что MPE для этих длин волн выше, чем для видимого света. Помимо длины волны и времени экспозиции, MPE учитывает пространственное распределение света (от лазера или другого источника). Коллимированные лазерные лучи видимого и ближнего инфракрасного света особенно опасны при относительно малых мощностях, поскольку линза фокусирует свет на крошечном пятне на сетчатке. Источники света с меньшей степенью пространственной когерентности, чем хорошо коллимированный лазерный луч, такие как мощные светодиоды , приводят к распределению света по большей площади сетчатки. Для таких источников МПЭ выше, чем для коллимированных лазерных пучков. При вычислении MPE предполагается наихудший сценарий, при котором линза глаза фокусирует свет в пятно наименьшего возможного размера на сетчатке для конкретной длины волны, а зрачок полностью открыт. Хотя MPE определяется как мощность или энергия на единицу поверхности, он основан на мощности или энергии, которые могут пройти через полностью открытый зрачок (0,39 см ² ) для видимых и ближних инфракрасных длин волн. Это актуально для лазерных лучей с поперечным сечением менее 0,39 см ² . Стандарты IEC-60825-1 и ANSI Z136.1 включают методы расчета MPE.

Нормативно-правовые акты

В различных юрисдикциях органы по стандартизации, законодательство и правительственные постановления определяют классы лазеров в соответствии с рисками, связанными с ними, и определяют необходимые меры безопасности для людей, которые могут подвергаться воздействию этих лазеров.

В Европейском сообществе (ЕС) требования к защите глаз указаны в европейском стандарте EN 207 . В дополнение к EN 207, европейский стандарт EN 208 определяет требования к защитным очкам для использования во время выравнивания луча. Они пропускают часть лазерного света, позволяя оператору видеть, где находится луч, и не обеспечивают полной защиты от прямого попадания лазерного луча. Наконец, европейский стандарт EN 60825 определяет оптическую плотность в экстремальных ситуациях.

В США руководство по использованию защитных очков и других элементов безопасного использования лазера дается в серии стандартов ANSI Z136. Эти согласованные стандарты предназначены для пользователей лазеров, и полные копии могут быть приобретены непосредственно в ANSI или в официальном секретариате аккредитованного комитета по стандартам (ASC) Z136 и издателя этой серии стандартов ANSI, Лазерного института Америки . Стандарты следующие:

• ANSI Z136.1 — Безопасное использование лазеров

Z136.1 является основополагающим документом для серии стандартов лазерной безопасности Z136, а также является основой программ лазерной безопасности для промышленности, вооруженных сил, исследований и разработок (лаборатории) и высшего образования (университеты).

• ANSI Z136.2 — Безопасное использование оптоволоконных систем связи, использующих лазерные диоды и источники светодиодов

Этот стандарт обеспечивает руководство по безопасному использованию, техническому обслуживанию, ремонту и установке систем оптической связи, в которых используются лазерные диоды или светоизлучающие диоды, работающие на длинах волн от 0,6 мкм до 1 мм. Системы оптической связи включают в себя сквозные волоконно-оптические линии связи, фиксированные наземные линии связи точка-точка в свободном пространстве или их комбинацию.

• ANSI Z136.3 — Безопасное использование лазеров в здравоохранении

Предоставляет рекомендации для лиц, которые работают с высокомощными лазерами и лазерными системами класса 3B и 4 в здравоохранении (включая, помимо прочего: Персонал операционной, назначенный специалистом по лазерной безопасности (LSO)

• ANSI Z136.4 — Рекомендуемая практика измерений лазерной безопасности для оценки опасности

Предоставляет руководство по процедурам измерения, необходимым для классификации и оценки опасностей оптического излучения.

• ANSI Z136.5 — Безопасное использование лазеров в образовательных учреждениях

Этот стандарт решает проблемы лазерной безопасности в образовательных учреждениях.

• ANSI Z136.6 — Безопасное использование лазеров на открытом воздухе

Этот стандарт обеспечивает руководство по безопасному использованию лазеров на открытом воздухе, например, в строительстве, дисплеях / лазерных световых шоу, научных / астрономических исследованиях и в военной сфере (DoE / DoD).

• ANSI Z136.7 — Испытания и маркировка оборудования лазерной защиты

Целью настоящего стандарта является предоставление разумных и адекватных указаний по методам и протоколам испытаний, используемых для защиты глаз от лазеров и лазерных систем.

• ANSI Z136.8 — Безопасное использование лазеров в исследованиях, разработках или испытаниях

Целью настоящего стандарта является предоставление руководства по безопасному использованию лазеров и лазерных систем, используемых в исследовательских, опытно-конструкторских или испытательных средах, где меры безопасности, общие для коммерческих лазеров, могут отсутствовать или отключаться.

• ANSI Z136.9 — Безопасное использование лазеров в производственных средах

Этот стандарт, предназначенный для защиты людей, потенциально подверженных воздействию лазерного излучения при использовании лазеров в производственных условиях, включает правила и процедуры, обеспечивающие лазерную безопасность как в государственных, так и в частных отраслях промышленности, а также при разработке продукции и тестировании.

В соответствии с 21 CFR 1040 Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) регулирует лазерные продукты, поступающие в продажу, и требует, чтобы все лазеры класса IIIb и класса IV, предлагаемые в торговле в США, имели пять стандартных функций безопасности: переключатель с ключом, защитный ключ блокировки, индикатор мощности, апертурная шторка и задержка излучения (обычно две-три секунды). OEM-лазеры, разработанные как часть других компонентов (например, записывающих устройств DVD), освобождены от этого требования. Некоторые непереносные лазеры могут не иметь защитного ключа или задержки излучения, но иметь кнопку аварийной остановки и / или дистанционный переключатель.

Классификация

Максимально допустимая непрерывная мощность для лазеров классов 1, 2, 3R и 3B в соответствии со стандартом EN 60825-1: 2007. Обратите внимание, что эти значения справедливы только для статических точечных лазерных источников (т. Е. Коллимированных или слабо расходящихся лазерных лучей).

С начала 1970-х годов лазеры были классифицированы по длине волны и мощности на четыре класса и несколько подклассов. Классификация разделяет лазеры на категории в зависимости от их способности наносить ущерб людям, подвергающимся воздействию, от класса 1 (отсутствие опасности при нормальном использовании) до класса 4 (серьезная опасность для глаз и кожи). Существуют две системы классификации: «старая система», использовавшаяся до 2002 года, и «пересмотренная система», вводимая поэтапно с 2002 года. Последняя отражает более глубокие знания о лазерах, накопленные с момента разработки первоначальной системы классификации, и позволяет определенные типы лазеров, которые должны быть признаны имеющими меньшую опасность, чем предполагалось их размещением в исходной системе классификации. Обновленная система является частью обновленного стандарта IEC 60825. С 2007 года пересмотренная система также включена в ориентированный на США стандарт безопасности лазеров ANSI (ANSI Z136.1). С 2007 года маркировка в соответствии с новой системой одобрена FDA на лазерных изделиях, импортируемых в США. Старые и измененные системы можно отличить по классам 1M, 2M и 3R, используемым только в пересмотренной системе, и классам 2A и 3A, используемым только в старой системе. Номера классов обозначались римскими цифрами (I – IV) в США по старой системе и арабскими цифрами (1–4) в ЕС. В пересмотренной системе используются арабские цифры (1–4) во всех юрисдикциях.

Классификация лазеров основана на концепции доступных пределов излучения (AEL), которые определены для каждого класса лазера. Обычно это максимальная мощность (в Вт) или энергия (в Дж), которая может излучаться в указанном диапазоне длин волн и времени экспозиции, которая проходит через указанную диафрагму на указанном расстоянии. Для длин волн инфракрасного излучения более 4 мкм она указывается как максимальная плотность мощности (в Вт / м ² ). Изготовитель несет ответственность за правильную классификацию лазера и оснащение лазера соответствующими предупреждающими этикетками и мерами безопасности в соответствии с предписаниями. Меры безопасности, используемые с более мощными лазерами, включают управление с помощью клавиш, сигнальные лампы, указывающие на излучение лазерного света, остановку луча или аттенюатор, а также электрический контакт, который пользователь может подключить к аварийной остановке или блокировке.

Пересмотренная система

Предупреждающая табличка для класса 2 и выше

Ниже перечислены основные характеристики и требования к системе классификации в соответствии со стандартом IEC 60825-1, а также типовые требуемые предупреждающие надписи. Кроме того, классы 2 и выше должны иметь показанную здесь треугольную предупреждающую этикетку, а в определенных случаях требуются другие этикетки, указывающие на лазерное излучение, лазерные отверстия, опасности для кожи и невидимые длины волн. Для классов от I до IV см. Раздел « Старая система» ниже.

1 класс

ЛАЗЕРНЫЙ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА 1

Лазер класса 1 безопасен при любых условиях нормальной эксплуатации. Это означает, что максимально допустимая экспозиция (MPE) не может быть превышена при просмотре лазера невооруженным глазом или с помощью обычной увеличительной оптики (например, телескопа или микроскопа). Для проверки соответствия стандарт определяет апертуру и расстояние, соответствующие невооруженному глазу, типичному телескопу, наблюдающему коллимированный луч, и типичному микроскопу, наблюдающему расходящийся луч. Важно понимать, что некоторые лазеры, классифицированные как класс 1, могут по-прежнему представлять опасность при просмотре в телескоп или микроскоп с достаточно большой апертурой. Например, мощный лазер с очень большим коллимированным лучом или очень сильно расходящимся лучом можно отнести к классу 1, если мощность, проходящая через отверстия, определенные в стандарте, меньше AEL для класса 1; однако небезопасный уровень мощности может быть получен увеличительной оптикой с большей апертурой. — Лазерные диоды класса 1 часто используются в приводах оптических дисков .

Класс 1М

ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
НЕ ПРОСМОТРЕТЬ ПРЯМО С ОПТИЧЕСКИМИ ПРИБОРАМИ
ЛАЗЕРНЫЙ ПРОДУКТ КЛАССА 1

Лазер класса 1M безопасен для всех условий использования, кроме прохождения через увеличительную оптику, такую ​​как микроскопы и телескопы. Лазеры класса 1M создают лучи большого диаметра или расходящиеся лучи. MPE для лазера класса 1M обычно не может быть превышен, если для сужения луча не используется фокусирующая или визуализирующая оптика. Если луч перефокусирован, опасность лазеров класса 1M может возрасти, а класс продукта может быть изменен. Лазер можно отнести к классу 1M, если мощность, которая может проходить через зрачок невооруженного глаза, меньше AEL для класса 1, но мощность, которая может быть собрана в глаз с помощью типичной увеличительной оптики (как определено в стандарте ) выше, чем AEL для класса 1 и ниже, чем AEL для класса 3B.

2 класс

ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
НЕ СМОТРИТЕ НА ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
КЛАССА 2

Лазер класса 2 считается безопасным, потому что рефлекс моргания (реакция избегания бликов на яркий свет) ограничивает воздействие не более 0,25 секунды. Это применимо только к лазерам видимого света (400–700 нм). Лазеры класса 2 ограничены непрерывной волной мощностью 1 мВт или более, если время излучения меньше 0,25 секунды или если свет не является пространственно когерентным. Преднамеренное подавление мигательного рефлекса может привести к травме глаза. Некоторые лазерные указки и измерительные инструменты относятся ко 2 классу.

Класс 2М

ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
НЕ СМОТРИТЕ НА ЛУЧ И НЕ СМОТРИТЕ ПРЯМО
С ОПТИЧЕСКИМИ ПРИБОРАМИ ЛАЗЕРНЫЙ ПРИБОР
КЛАССА 2M

Лазер класса 2M безопасен из-за рефлекса мигания, если его не смотреть через оптические приборы. Как и в случае с классом 1M, это относится к лазерным лучам с большим диаметром или большой расходимостью, для которых количество света, проходящего через зрачок, не может превышать пределов для класса 2.

Класс 3R

ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
ИЗБЕГАЙТЕ ПРЯМОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В ГЛАЗА
ЛАЗЕРНЫЙ ПРОДУКТ КЛАССА 3R

Лазер класса 3R считается безопасным при осторожном обращении с ограниченным обзором луча. С лазером класса 3R можно превысить МДП, но с низким риском травмы. Лазеры непрерывного действия видимого диапазона в классе 3R ограничены до 5 мВт. Для других длин волн и для импульсных лазеров применяются другие ограничения.

Класс 3B

ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
ИЗБЕГАЙТЕ ОБЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
КЛАССА 3B

Лазер класса 3B опасен при прямом попадании в глаза, но диффузные отражения, например, от бумаги или других матовых поверхностей, не опасны. AEL для непрерывных лазеров в диапазоне длин волн от 315 нм до дальней инфракрасной области составляет 0,5 Вт. Для импульсных лазеров между 400 и 700 нм предел составляет 30 мДж. Другие ограничения применяются к другим длинам волн и к лазерам с ультракороткими импульсами . Защитные очки обычно требуются там, где возможен прямой просмотр лазерного луча класса 3B. Лазеры класса 3В должны быть оснащены клавишным выключателем и предохранительной блокировкой. Лазеры класса 3B используются внутри записывающих устройств CD и DVD, хотя сам записывающий блок относится к классу 1, поскольку лазерный луч не может покинуть устройство.

4 класс

ЛАЗЕР
ИЗБЕГАТЬ глаза или кожа ВОЗДЕЙСТВИЕ
ПРЯМОГО ИЛИ рассеянная радиация
КЛАСС 4 ЛАЗЕРА

Класс 4 — это самый высокий и самый опасный класс лазеров, включая все лазеры, которые превышают AEL класса 3B. По определению, лазер класса 4 может обжечь кожу или вызвать разрушительное и необратимое повреждение глаз в результате прямого, рассеянного или непрямого обзора луча. Эти лазеры могут воспламенить горючие материалы и, таким образом, представляют опасность пожара. Эти опасности могут также относиться к непрямым или незеркальным отражениям луча, даже от явно матовых поверхностей, а это означает, что необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы контролировать путь луча. Лазеры класса 4 должны быть оснащены переключателем с ключом и предохранительной блокировкой. Большинство промышленных, научных, военных и медицинских лазеров относятся к этой категории. Медицинские лазеры могут иметь расходящиеся излучения и требуют знания номинального опасного расстояния для глаз (NOHD) и номинальной зоны опасности для глаз (NOHA).

Старая система

Зеленый лазер — класс IIIb по сравнению с классом IIIa

Классы безопасности в «старой системе» классификации были установлены в Соединенных Штатах на основе согласованных стандартов (ANSI Z136.1) и федеральных нормативных актов и постановлений штата. Международная классификация, описанная в согласованных стандартах, таких как IEC 825 (позже IEC 60825), была основана на тех же концепциях, но представлена ​​с обозначениями, немного отличающимися от классификации США.

Эта система классификации лишь немного отличается от исходной системы, разработанной в начале 1970-х годов. Он по-прежнему используется в правилах безопасности лазерных устройств США. Указанные значения мощности лазера являются типичными. Классификация также зависит от длины волны и от того, является ли лазер импульсным или непрерывным. Для классов лазера от 1 до 4 см. Раздел о новой системе выше.

I класс

По своей сути безопасно; нет возможности повреждения глаз. Это может происходить либо из-за низкой выходной мощности (в этом случае повреждение глаз невозможно даже после нескольких часов воздействия), либо из-за корпуса, препятствующего доступу пользователя к лазерному лучу во время нормальной работы, например, в проигрывателях компакт-дисков или лазерных принтерах.

II класс

Рефлекс моргания человеческого глаза ( реакция отвращения ) предотвратит повреждение глаза, если только человек не будет намеренно смотреть на луч в течение длительного периода времени. Выходная мощность может достигать 1 мВт. К этому классу относятся только лазеры, излучающие видимый свет . Некоторые лазерные указки относятся к этой категории.

Класс IIa

Область в конце класса II с низким энергопотреблением, где лазеру требуется более 1000 секунд непрерывного просмотра, чтобы вызвать ожог сетчатки. К этому подклассу относятся коммерческие лазерные сканеры.

Класс IIIa

Лазеры этого класса в основном опасны в сочетании с оптическими инструментами, которые изменяют диаметр луча или плотность мощности, хотя даже без улучшения оптических инструментов прямой контакт с глазом в течение более двух минут может вызвать серьезное повреждение сетчатки. Выходная мощность не превышает 5 мВт. Плотность мощности луча не может превышать 2,5 мВт / см ^2, если на устройстве не имеется предупреждающей таблички «Осторожно», в противном случае требуется предупреждающая наклейка «Опасность». К этой категории относятся многие лазерные прицелы для огнестрельного оружия и лазерные указки, обычно используемые для презентаций.

Класс IIIb

Лазеры этого класса могут вызвать повреждение, если луч попадает прямо в глаз. Обычно это относится к лазерам мощностью 5–500 мВт. Лазеры этой категории могут вызвать необратимое повреждение глаз при экспозиции 1/100 секунды или более в зависимости от мощности лазера. Рассеянное отражение обычно не опасно, но зеркальные отражения могут быть столь же опасными, как и прямые воздействия. Рекомендуется использовать защитные очки, если возможно наблюдение прямого луча лазеров класса IIIb. Лазеры этого класса с высокой мощностью также могут представлять опасность возгорания и легкого ожога кожи.

IV класс

Лазеры этого класса имеют выходную мощность в луче более 500 мВт и могут вызвать серьезное необратимое повреждение глаза или кожи без фокусировки с помощью оптики глаза или приборов. Диффузное отражение лазерного луча может быть опасным для кожи или глаз в пределах номинальной опасной зоны . ( Номинальная опасная зона — это зона вокруг лазера, в которой превышено допустимое значение ПДВ.) К этой категории относятся многие промышленные, научные, военные и медицинские лазеры.

Меры предосторожности

Общие меры предосторожности

Многие ученые, занимающиеся лазерами, согласны со следующими рекомендациями:

• Каждый, кто пользуется лазером, должен знать о рисках. Это осознание не просто вопрос времени, проведенного с лазерами; Напротив, длительная работа с невидимыми рисками (например, от инфракрасных лазерных лучей), как правило, снижает осведомленность о рисках, а не обостряет их, в первую очередь из-за самоуспокоенности.
• Оптические эксперименты следует проводить на оптическом столе, при этом все лазерные лучи движутся только в горизонтальной плоскости, а все лучи должны быть остановлены на краях стола. Пользователи никогда не должны смотреть на уровень горизонтальной плоскости, где находятся лучи, в случае отраженных лучей, покидающих стол.
• Часы и другие украшения, которые могут попасть в оптическую плоскость, не должны допускаться в лабораторию. Все неоптические объекты, которые находятся близко к оптической плоскости, должны иметь матовую поверхность для предотвращения зеркальных отражений .
• Если существует значительный риск травмы глаз, каждому в комнате всегда должна требоваться соответствующая защита глаз.
• Лучи высокой интенсивности, которые могут вызвать возгорание или повреждение кожи (в основном, от лазеров класса 4 и ультрафиолетовых лазеров) и которые не часто модифицируются, следует направлять через непрозрачные трубки.
• По возможности юстировку лучей и оптических компонентов следует выполнять при уменьшенной мощности луча.

Защитные очки

Лазерные очки

Использование средств защиты глаз при работе с лазерами классов 3B и 4 способом, который может привести к облучению глаз выше MPE, требуется на рабочем месте Управлением по охране труда США .

Защитные очки в виде надлежащим образом фильтрующей оптики могут защитить глаза от отраженного или рассеянного лазерного света с опасной мощностью луча, а также от прямого воздействия лазерного луча. Очки должны быть выбраны для конкретного типа лазера, чтобы блокировать или ослаблять в соответствующем диапазоне длин волн. Например, очки, поглощающие 532 нм, обычно имеют оранжевый цвет (хотя при выборе лазерной защиты глаз никогда не следует полагаться только на цвет линз), излучающие длины волн больше 550 нм. Такие очки были бы бесполезны в качестве защиты от лазерного излучения с длиной волны 800 нм. Кроме того, некоторые лазеры излучают свет с более чем одной длиной волны, и это может быть особой проблемой для некоторых менее дорогих лазеров с удвоенной частотой, таких как «зеленые лазерные указки» с длиной волны 532 нм, которые обычно накачиваются инфракрасными лазерными диодами с длиной волны 808 нм, а также генерировать основной лазерный луч 1064 нм, который используется для получения окончательного выходного сигнала 532 нм. Если инфракрасное излучение попадает в луч, что происходит в некоторых зеленых лазерных указках, оно, как правило, не блокируется обычными красными или оранжевыми защитными очками, предназначенными для чисто зеленого или уже прошедшего ИК-фильтрацию луча. Для работы с YAG-лазером с удвоенной частотой и другими ИК-лазерами, которые имеют видимый луч, доступны специальный YAG-лазер и двухчастотные очки, но они более дорогие, а в зеленых лазерных продуктах с ИК-накачкой не всегда указывается, нужна ли такая дополнительная защита. .

Очки рассчитаны на оптическую плотность (OD), которая представляет собой десятичный логарифм коэффициента ослабления, на который оптический фильтр снижает мощность луча. Например, очки с OD 3 уменьшат мощность луча в указанном диапазоне длин волн в 1000 раз. В дополнение к оптической плотности, достаточной для уменьшения мощности луча до уровня ниже максимально допустимой экспозиции (см. Выше ), лазерные очки используются там, где прямо возможно воздействие луча, он должен выдерживать прямое попадание лазерного луча, не ломаясь. Защитные характеристики (длина волн и оптическая плотность) обычно печатаются на очках, как правило, в верхней части устройства. В Европейском сообществе европейский стандарт EN 207 требует от производителей указывать максимальную номинальную мощность, а не оптическую плотность. Всегда надевайте защитные очки.

Блокировки и автоматическое отключение

Блокировки — это цепи, которые останавливают лазерный луч, если какое-либо условие не выполняется, например, если корпус лазера или дверь комнаты открыты. Лазеры классов 3B и 4 обычно обеспечивают подключение внешней цепи блокировки. Многие лазеры считаются классом 1 только потому, что свет содержится в замкнутом корпусе, например, DVD-приводы или портативные проигрыватели компакт-дисков.

В некоторых системах есть электроника, которая автоматически отключает лазер при других условиях. Например, в некоторых волоконно-оптических системах связи есть цепи, которые автоматически отключают передачу при отсоединении или обрыве волокна.

Офицер по лазерной безопасности

Во многих юрисдикциях организации, использующие лазеры, должны назначать офицера по лазерной безопасности (LSO). LSO отвечает за соблюдение правил техники безопасности всеми другими работниками организации.

Лазерные указки

Лазерные указки

В период с 1999 по 2016 годы все большее внимание уделялось рискам, связанным с так называемыми лазерными указками и лазерными ручками. Обычно продажа лазерных указателей ограничивается классом 3A (<5 мВт) или классом 2 (<1 мВт), в зависимости от местных норм. Например, в США, Канаде и Великобритании класс 3A является максимально допустимым, если только не предусмотрены элементы управления, приводимые в действие ключом, или другие средства безопасности. В Австралии класс 2 — это максимально разрешенный класс. Однако из-за того, что исполнение зачастую не очень строгое, лазерные указки класса 2 и выше часто доступны для продажи даже в странах, где они не разрешены.

Ван Норрен и др. (1998) не смогли найти ни одного примера в медицинской литературе, когда лазер класса III мощностью <1 мВт приводил к повреждению зрения. Mainster et al. (2003) приводят один случай, когда 11-летний ребенок временно повредил свое зрение, держа красную лазерную указку мощностью примерно 5 мВт близко к глазу и глядя на луч в течение 10 секунд; у нее была скотома (слепое пятно), но она полностью выздоровела через три месяца. Luttrull и Hallisey (1999) описывают похожий случай, когда 34-летний мужчина смотрел на луч красного лазера класса IIIa мощностью 5 мВт в течение 30–60 секунд, что вызвало временную центральную скотому и потерю поля зрения. Его зрение полностью восстановилось в течение двух дней во время проверки зрения. Внутривенная флюоресцентная ангиограмма глазного дна — методика, используемая офтальмологами для детальной визуализации сетчатки глаза, выявила легкое изменение цвета ямки .

Таким образом, оказывается, что кратковременное 0,25-секундное воздействие лазера мощностью <5 мВт, такого как красные лазерные указки, не представляет угрозы для здоровья глаз. С другой стороны, существует вероятность травмы, если человек намеренно смотрит на луч лазера класса IIIa в течение нескольких секунд или более с близкого расстояния. Даже в случае травмы у большинства людей зрение полностью восстанавливается. Дальнейшие неприятные ощущения могут быть скорее психологическими, чем физическими. Что касается зеленых лазерных указок, безопасное время экспозиции может быть меньше, а с лазерами еще большей мощности следует ожидать мгновенного необратимого повреждения. Эти выводы должны быть подкреплены недавними теоретическими наблюдениями о том, что некоторые отпускаемые по рецепту лекарства могут взаимодействовать с некоторыми длинами волн лазерного света, вызывая повышенную чувствительность ( фототоксичность ).

Помимо физического повреждения глаза лазерной указкой, возможны и другие нежелательные эффекты. К ним относятся кратковременная слепота от вспышки, если луч попадает в затемненную среду, например, при движении ночью. Это может привести к мгновенной потере управления автомобилем. Лазеры, направленные на самолет, представляют опасность для авиации . Офицер полиции, увидев красную точку на груди, может сделать вывод, что снайпер нацелен на него, и предпринять агрессивные действия. Кроме того, сообщалось, что рефлекс испуга, проявляемый некоторыми людьми, неожиданно подвергавшимися воздействию лазерного света такого рода, приводил к самоповреждениям или потере контроля. По этим и аналогичным причинам Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США сообщило, что лазерные указки не являются игрушками и не должны использоваться несовершеннолетними, кроме как под непосредственным наблюдением взрослых.

Волоконная оптика для связи

Безопасность волоконно-оптических лазеров характеризуется тем фактом, что при нормальной работе световой луч недоступен, поэтому для того, чтобы он стал доступным, необходимо что-то отключить или сломать. Результирующий выходной пучок сильно расходится, поэтому безопасность глаз сильно зависит от расстояния и использования увеличительного устройства.

На практике случайное воздействие на подавляющее большинство установленных систем вряд ли окажет какое-либо влияние на здоровье, поскольку уровни мощности обычно ниже 1 мВт и длина волны в инфракрасном диапазоне, например, класс 1. Однако есть несколько существенных исключений.

Большинство одномодовых / многомодовых волоконных систем фактически используют инфракрасный свет, невидимый человеческому глазу. В этом случае нет реакции отвращения глаз. Особым случаем являются системы, работающие на длине волны 670–1000 нм, где луч может казаться тускло-красным, даже если световой луч на самом деле очень интенсивный. Технические специалисты могут также использовать красные лазеры для поиска неисправностей на длине волны 628–670 нм. Они могут создать значительную опасность при неправильном просмотре, особенно если они имеют чрезмерно высокую мощность. Такие обнаружители видимых повреждений обычно классифицируются как класс 2 до 1 мВт и класс 2M до 10 мВт.

Оптические усилители большой мощности используются в системах дальней связи. В них используются лазеры с внутренней накачкой мощностью до нескольких ватт, что является серьезной опасностью. Однако эти уровни мощности содержатся в модуле усилителя. Любая система, использующая типичные оптические соединители (то есть не расширенный луч), обычно не может превышать примерно 100 мВт, выше которого уровень мощности одномодовых соединителей становится ненадежным, поэтому, если в системе есть одномодовый соединитель, расчетный уровень мощности всегда будет ниже этого уровень, даже если другие подробности неизвестны. Дополнительным фактором для этих систем является то, что свет в диапазоне длин волн 1550 нм (общий для оптических усилителей) считается относительно низким риском, поскольку глазные жидкости поглощают свет до того, как он фокусируется на сетчатке. Это снижает общий фактор риска таких систем.

Оптические микроскопы и увеличительные устройства также представляют собой уникальные проблемы безопасности. Если присутствует какая-либо оптическая сила и для исследования конца волокна используется простое увеличительное устройство, то пользователь больше не защищен расходимостью луча, поскольку весь луч может быть отображен на глаз. Поэтому в таких ситуациях никогда не следует использовать простые увеличительные устройства. Доступны инспекционные микроскопы с оптическими разъемами, которые содержат блокирующие фильтры, что значительно повышает безопасность глаз. Самая последняя такая конструкция также включает защиту от лазеров, обнаруживающих красные повреждения.

Неблаголовые опасности — электрические и другие

Хотя большая часть опасности лазеров исходит от самого луча, существуют определенные небучевые опасности, которые часто связаны с использованием лазерных систем. Многие лазеры представляют собой высоковольтные устройства, обычно 400 В вверх для небольшого импульсного лазера 5 мДж и превышающие многие киловольт в более мощных лазерах. Это в сочетании с водой под высоким давлением для охлаждения лазера и другого связанного с ним электрического оборудования может создать большую опасность, чем сам лазерный луч.

Электрооборудование следует устанавливать на высоте не менее 250 мм (10 дюймов) над полом, чтобы снизить риск поражения электрическим током в случае затопления. Оптические столы, лазеры и другое оборудование должны быть хорошо заземлены. При поиске и устранении неисправностей необходимо соблюдать блокировки корпуса и принимать особые меры предосторожности.

Помимо опасности поражения электрическим током, лазеры могут создавать химические, механические и другие опасности, характерные для конкретных установок. Химические опасности могут включать в себя материалы, присущие лазеру, такие как оксид бериллия в лазерных трубках с ионами аргона, галогены в эксимерных лазерах, органические красители, растворенные в токсичных или легковоспламеняющихся растворителях в лазерах на красителях, а также пары тяжелых металлов и асбестовая изоляция в гелий-кадмиевых лазерах. Они также могут включать материалы, выделяющиеся во время лазерной обработки, такие как пары металла при резке или обработке поверхности металлов, или сложная смесь продуктов разложения, образующихся в высокоэнергетической плазме лазерной резки пластмасс.

Механические опасности могут включать движущиеся части вакуумных и нагнетательных насосов; взрыв или взрыв ламп-вспышек, плазменных трубок, водяных рубашек и газового оборудования.

Высокие температуры и опасность возгорания также могут возникнуть в результате работы мощного лазера класса IIIB или любого лазера класса IV.

В коммерческих лазерных системах меры по снижению опасности, такие как наличие плавких заглушек , тепловых прерывателей и клапанов сброса давления, снижают опасность, например, парового взрыва, возникающего из-за засорения рубашки водяного охлаждения. Блокировки, ставни и сигнальные лампы часто являются критическими элементами современных коммерческих объектов. В более старых лазерах, экспериментальных и любительских системах, а также тех, которые сняты с другого оборудования (OEM-блоки), необходимо проявлять особую осторожность, чтобы предвидеть и уменьшать последствия неправильного использования, а также различные виды отказов.

Смотрите также

Ссылки

внешняя ссылка

Лазерная безопасность — Laser safety

Лазерная безопасность — это безопасная конструкция, использование и внедрение лазеров для сведения к минимуму риска лазерных аварий, особенно тех, которые связаны с травмами глаз. Поскольку даже относительно небольшое количество лазерного излучения может привести к необратимым травмам глаз, продажа и использование лазеров обычно регулируются государственными постановлениями.

Лазеры средней и высокой мощности потенциально опасны, потому что они могут обжечь сетчатку или даже кожу. Чтобы контролировать риск травмы, различные спецификации, например, 21 Свод федеральных правил (CFR), часть 1040 в США и IEC 60825 на международном уровне, определяют «классы» лазеров в зависимости от их мощности и длины волны. Эти правила налагают на производителей необходимые меры безопасности, такие как маркировка лазеров специальными предупреждениями и ношение защитных очков при работе с лазерами. Консенсусные стандарты, такие как Американский национальный институт стандартов (ANSI) Z136, предоставляют пользователям меры контроля лазерных опасностей, а также различные таблицы, полезные для расчета пределов максимально допустимого воздействия (ПДВ) и доступных пределов воздействия (AEL).

Тепловые эффекты являются преобладающей причиной поражения лазерным излучением, но фотохимические эффекты также могут вызывать беспокойство для определенных длин волн лазерного излучения. Даже лазеры средней мощности могут вызвать травму глаза. Лазеры высокой мощности также могут обжечь кожу. Некоторые лазеры настолько мощны, что даже диффузное отражение от поверхности может быть опасным для глаз.

Схема человеческого глаза

Когерентности и низкий угол расходимости лазерного луча, чему, сосредоточив внимание от объектива глаза, могут вызвать лазерное излучение концентрируются в чрезвычайно малое пятно на сетчатке. Кратковременное повышение температуры всего на 10 ° C может разрушить фоторецепторные клетки сетчатки . Если лазер достаточно мощный, необратимое повреждение может произойти в течение доли секунды, что быстрее, чем моргание глаза. Достаточно мощные лазеры в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне (400-1400  нм ) проникают в глазное яблоко и могут вызывать нагрев сетчатки, тогда как воздействие лазерного излучения с длинами волн менее 400 нм или более 1400 нм в значительной степени поглощается роговицей. и хрусталика, что приводит к развитию катаракты или ожоговым травмам.

Инфракрасные лазеры особенно опасны, поскольку защитная реакция организма на неприятие бликов, также называемая « рефлексом моргания », запускается только видимым светом. Например, некоторые люди, подвергшиеся воздействию мощных лазеров Nd: YAG, излучающих невидимое излучение 1064 нм, могут не чувствовать боли или не замечать немедленного повреждения зрения. Шум или щелчок, исходящий от глазного яблока, может быть единственным признаком того, что произошло повреждение сетчатки, т.е. сетчатка была нагрета до температуры более 100 ° C, что привело к локальному взрывному кипению, сопровождающемуся немедленным образованием постоянного слепого пятна .

Механизмы повреждения

Типичная этикетка с предупреждением о лазере в США (ANSI)

Лазеры могут вызывать повреждение биологических тканей, как глаза, так и кожи, за счет нескольких механизмов. Термическое повреждение или ожог возникает, когда ткани нагреваются до точки, при которой происходит денатурация белков. Другой механизм — фотохимическое повреждение, когда свет запускает химические реакции в ткани. Фотохимическое повреждение происходит в основном при использовании коротковолнового (синего и ультрафиолетового ) света и может накапливаться в течение нескольких часов. Лазерные импульсы короче примерно 1 мкс могут вызвать быстрое повышение температуры, что приведет к взрывному кипению воды. Ударная волна от взрыва может впоследствии вызвать повреждение на относительно большом расстоянии от точки удара. Ультракороткие импульсы также могут вызывать самофокусировку в прозрачных частях глаза, что приводит к увеличению потенциала повреждения по сравнению с более длинными импульсами с той же энергией. Фотоионизация оказалась основным механизмом радиационных повреждений при использовании титан-сапфирового лазера.

Глаз фокусирует видимый и ближний инфракрасный свет на сетчатке. Лазерный луч можно сфокусировать до интенсивности на сетчатке, которая может быть до 200 000 раз выше, чем в точке, где лазерный луч входит в глаз. Большая часть света поглощается пигментами меланина в пигментном эпителии сразу за фоторецепторами и вызывает ожоги сетчатки. Ультрафиолетовый свет с длинами волн короче 400 нм, как правило, поглощается линзами и 300 нм в роговице , где он может вызывать повреждения при относительно низких мощностях из-за фотохимических повреждений. Инфракрасный свет в основном вызывает тепловое повреждение сетчатки в ближнем инфракрасном диапазоне и более лобных частей глаза в более длинных волнах. В приведенной ниже таблице приведены различные медицинские состояния, вызванные воздействием лазеров на разных длинах волн, не включая травмы, вызванные импульсными лазерами.

Кожа обычно гораздо менее чувствительна к лазерному свету, чем глаза, но чрезмерное воздействие ультрафиолетового света от любого источника (лазерного или нелазерного) может вызвать краткосрочные и долгосрочные эффекты, подобные солнечному ожогу , в то время как видимые и инфракрасные длины волн в основном являются вредны из-за термического повреждения.

Лазеры и авиационная безопасность

Исследователи FAA составили базу данных о более чем 400 инцидентах, произошедших в период с 1990 по 2004 год, когда пилоты были поражены, отвлечены, временно ослеплены или дезориентированы лазерным воздействием. Эта информация послужила поводом для запроса в Конгрессе США . Воздействие ручного лазерного излучения в таких условиях может показаться тривиальным, учитывая краткость воздействия, большие расстояния и распространение луча до нескольких метров. Однако лазерное облучение может создать опасные условия, такие как слепота от вспышки. Если это произойдет в критический момент эксплуатации самолета, самолет может оказаться в опасности. Кроме того, от 18% до 35% населения обладают аутосомно-доминантным генетическим признаком — фотическим чиханием , которое вызывает у пораженного человека приступ непроизвольного чихания при воздействии внезапной вспышки света.

Максимально допустимое воздействие

Максимально допустимое воздействие (MPE) на роговицу для коллимированного лазерного луча в соответствии с IEC 60825 как зависимость плотности энергии от времени воздействия для различных длин волн

MPE как зависимость плотности мощности от времени экспозиции для различных длин волн

MPE как зависимость плотности энергии от длины волны для различного времени воздействия (длительности импульса)

Максимально допустимое воздействие (П) является самой высокой мощностью или плотность энергии (в Вт / см ² или Дж / см ² ) источник света , который считается безопасным, то есть , что имеет незначительную вероятность для создания повреждения . Обычно около 10% дозы имеет 50% шанс нанести ущерб в наихудших условиях. MPE измеряется на роговице человеческого глаза или на коже для данной длины волны и времени воздействия.

Расчет MPE для воздействия на глаз учитывает различные способы воздействия света на глаз. Например, глубокий ультрафиолетовый свет вызывает накопление повреждений даже при очень малых мощностях. Инфракрасный свет с длиной волны более 1400 нм поглощается прозрачными частями глаза до того, как достигает сетчатки, а это означает, что MPE для этих длин волн выше, чем для видимого света. Помимо длины волны и времени экспозиции, MPE учитывает пространственное распределение света (от лазера или другого источника). Коллимированные лазерные лучи видимого и ближнего инфракрасного света особенно опасны при относительно малых мощностях, поскольку линза фокусирует свет на крошечном пятне на сетчатке. Источники света с меньшей степенью пространственной когерентности, чем хорошо коллимированный лазерный луч, такие как мощные светодиоды , приводят к распределению света по большей площади сетчатки. Для таких источников МПЭ выше, чем для коллимированных лазерных пучков. При вычислении MPE предполагается наихудший сценарий, при котором линза глаза фокусирует свет в пятно наименьшего возможного размера на сетчатке для конкретной длины волны, а зрачок полностью открыт. Хотя MPE определяется как мощность или энергия на единицу поверхности, он основан на мощности или энергии, которые могут пройти через полностью открытый зрачок (0,39 см ² ) для видимых и ближних инфракрасных длин волн. Это актуально для лазерных лучей с поперечным сечением менее 0,39 см ² . Стандарты IEC-60825-1 и ANSI Z136.1 включают методы расчета MPE.

Нормативно-правовые акты

В различных юрисдикциях органы по стандартизации, законодательство и правительственные постановления определяют классы лазеров в соответствии с рисками, связанными с ними, и определяют необходимые меры безопасности для людей, которые могут подвергаться воздействию этих лазеров.

В Европейском сообществе (ЕС) требования к защите глаз указаны в европейском стандарте EN 207 . В дополнение к EN 207, европейский стандарт EN 208 определяет требования к защитным очкам для использования во время выравнивания луча. Они пропускают часть лазерного света, позволяя оператору видеть, где находится луч, и не обеспечивают полной защиты от прямого попадания лазерного луча. Наконец, европейский стандарт EN 60825 определяет оптическую плотность в экстремальных ситуациях.

В США руководство по использованию защитных очков и других элементов безопасного использования лазера дается в серии стандартов ANSI Z136. Эти согласованные стандарты предназначены для пользователей лазеров, и полные копии могут быть приобретены непосредственно в ANSI или в официальном секретариате аккредитованного комитета по стандартам (ASC) Z136 и издателя этой серии стандартов ANSI, Лазерного института Америки . Стандарты следующие:

• ANSI Z136.1 — Безопасное использование лазеров

Z136.1 является основополагающим документом для серии стандартов лазерной безопасности Z136, а также является основой программ лазерной безопасности для промышленности, вооруженных сил, исследований и разработок (лаборатории) и высшего образования (университеты).

• ANSI Z136.2 — Безопасное использование оптоволоконных систем связи, использующих лазерные диоды и источники светодиодов

Этот стандарт обеспечивает руководство по безопасному использованию, техническому обслуживанию, ремонту и установке систем оптической связи, в которых используются лазерные диоды или светоизлучающие диоды, работающие на длинах волн от 0,6 мкм до 1 мм. Системы оптической связи включают в себя сквозные волоконно-оптические линии связи, фиксированные наземные линии связи точка-точка в свободном пространстве или их комбинацию.

• ANSI Z136.3 — Безопасное использование лазеров в здравоохранении

Предоставляет рекомендации для лиц, которые работают с высокомощными лазерами и лазерными системами класса 3B и 4 в здравоохранении (включая, помимо прочего: Персонал операционной, назначенный специалистом по лазерной безопасности (LSO)

• ANSI Z136.4 — Рекомендуемая практика измерений лазерной безопасности для оценки опасности

Предоставляет руководство по процедурам измерения, необходимым для классификации и оценки опасностей оптического излучения.

• ANSI Z136.5 — Безопасное использование лазеров в образовательных учреждениях

Этот стандарт решает проблемы лазерной безопасности в образовательных учреждениях.

• ANSI Z136.6 — Безопасное использование лазеров на открытом воздухе

Этот стандарт обеспечивает руководство по безопасному использованию лазеров на открытом воздухе, например, в строительстве, дисплеях / лазерных световых шоу, научных / астрономических исследованиях и в военной сфере (DoE / DoD).

• ANSI Z136.7 — Испытания и маркировка оборудования лазерной защиты

Целью настоящего стандарта является предоставление разумных и адекватных указаний по методам и протоколам испытаний, используемых для защиты глаз от лазеров и лазерных систем.

• ANSI Z136.8 — Безопасное использование лазеров в исследованиях, разработках или испытаниях

Целью настоящего стандарта является предоставление руководства по безопасному использованию лазеров и лазерных систем, используемых в исследовательских, опытно-конструкторских или испытательных средах, где меры безопасности, общие для коммерческих лазеров, могут отсутствовать или отключаться.

• ANSI Z136.9 — Безопасное использование лазеров в производственных средах

Этот стандарт, предназначенный для защиты людей, потенциально подвержен

Типы и классификация лазеров | Здоровье и безопасность окружающей среды

Типы лазеров

Существует много типов лазеров для исследовательских, медицинских, промышленных и коммерческих целей. Лазеры часто характеризуются типом используемой лазерной среды — твердотельной, газовой, эксимерной, красителем или полупроводником.

Твердотельные лазеры имеют материал генерации, распределенный в твердой матрице, например, рубиновый или неодим-YAG (иттрий-алюминиевый гранат) лазеры.Неодим-YAG-лазер излучает инфракрасный свет на расстоянии 1,064 мкм.

Газовые лазеры (гелиевые и гелий-неоновые, He-Ne, самые распространенные газовые лазеры) имеют основной выход видимого красного света. CO ₂ лазеры излучают энергию в дальнем инфракрасном диапазоне, 10,6 микрометра, и используются для резки твердых материалов.

В лазерах Excimer (название происходит от терминов возбужденных и димеров ) используются химически активные газы, такие как хлор и фтор, в смеси с инертными газами, такими как аргон, криптон или ксенон.При электрическом стимулировании образуется псевдомолекула или димер, а при лазерной генерации излучает свет в ультрафиолетовом диапазоне.

В лазерах на красителе используются сложные органические красители, такие как родамин 6G, в жидком растворе или суспензии в качестве среды для генерации. Их можно настраивать в широком диапазоне длин волн.

Полупроводниковые лазеры , иногда называемые диодными лазерами, не являются твердотельными лазерами. Эти электронные устройства обычно очень маленькие и потребляют мало энергии. Они могут быть встроены в более крупные массивы, например.g., источник записи в некоторых лазерных принтерах или проигрывателях компакт-дисков.

Для лазеров также характерна длительность лазерного излучения — непрерывный или импульсный. Лазер с модуляцией добротности — это импульсный лазер, который содержит устройство, похожее на заслонку, которое не позволяет излучать лазерный свет, пока не откроется. Энергия накапливается в лазере с модуляцией добротности и высвобождается при открытии устройства для создания одиночного интенсивного лазерного импульса.

• НЕПРЕРЫВНАЯ ВОЛНА Лазеры (CW) работают со стабильной средней мощностью пучка.В большинстве систем с большей мощностью можно регулировать мощность. В газовых лазерах малой мощности, таких как HeNe, уровень мощности фиксирован конструкцией, и производительность обычно ухудшается при длительном использовании.

• ОДНОИМПУЛЬСНЫЕ Лазеры (нормальный режим) обычно имеют длительность импульса от нескольких сотен микросекунд до нескольких миллисекунд. Этот режим работы иногда называют длительным импульсным или нормальным режимом.

• ОДНОИМПУЛЬСНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ КАМЕРЫ Лазеры являются результатом внутрирезонаторной задержки (ячейка с модуляцией добротности), которая позволяет лазерной среде сохранять максимум потенциальной энергии.Тогда при оптимальных условиях усиления излучение происходит одиночными импульсами; обычно 10 (-8) секунд во временной области. Эти импульсы будут иметь высокую пиковую мощность, часто в диапазоне от 10 (6) до 10 (9) Вт пик.

• ПОВТОРЯЮЩИЙСЯ ИМПУЛЬС или сканирующие лазеры обычно включают работу импульсного лазера, работающего с фиксированной (или переменной) частотой следования импульсов, которая может варьироваться от нескольких импульсов в секунду до 20000 импульсов в секунду. Направление непрерывного лазера можно быстро сканировать с помощью систем оптического сканирования для получения эквивалента импульсно-периодического выхода в заданном месте.

• БЛОКИРОВКА РЕЖИМА лазеры работают за счет резонансных мод оптического резонатора, которые могут влиять на характеристики выходного луча. Когда фазы разных частотных режимов синхронизированы, то есть «заблокированы вместе», разные режимы будут мешать друг другу, создавая эффект биений. Результатом является выход лазера, который наблюдается в виде регулярно расположенных пульсаций. Лазеры, работающие в таком режиме синхронизации мод, обычно производят серию импульсов с регулярным интервалом, каждый из которых имеет длительность от 10 (-15) (фемто) до 10 (-12) (пико) секунд.Лазер с синхронизацией мод может обеспечивать чрезвычайно высокую пиковую мощность, чем тот же лазер, работающий в режиме с модуляцией добротности. Эти импульсы будут иметь огромную пиковую мощность, часто в диапазоне от 10 (12) Вт пик.

Классификация лазеров

Классификационная этикетка находится на корпусе лазера. На этой этикетке содержится важная информация об опасности лазера.

Лазеры классифицированы по степени опасности на основе мощности, длины волны и длительности импульса.Эти определения многословны и громоздки для чтения вне контекста, но с учетом технических характеристик лазера или лазерной системы их нетрудно применить.

Классы лазеров (заимствованы из ANSI Z-136.1-2007)

Класс 1

• Не способен излучать, превышая допустимый предел излучения (AEL) класса 1 (Примечание: AEL зависит от длины волны лазера и длительности импульса)
• Большинство лазеров этого класса — это лазеры, которые находятся в корпусе, который запрещает или ограничивает доступ к лазерному излучению.
• Не может повредить глаз (если не разбирать).
• Проигрыватели компакт-дисков являются примером лазерного устройства класса 1.

Класс 1М

• Те же критерии для классификации, что и класс 1, но луч может быть опасен для просмотра при увеличении

Класс 2

• Лазеры с непрерывными и повторяющимися импульсами в видимой области спектра (от 0,4 до 0,7 мкм), которые могут излучать доступную лучистую энергию, превышающую AEL класса 1 в течение максимальной длительности, присущей лазеру, но не превышающей AEL класса 1 для любой длительности импульса <0.25 с (ориентировочное время, чтобы моргнуть или отвести взгляд) и не превышает средней мощности излучения 1 мВт.
• Выходной сигнал лазера не предназначен для просмотра.
• Примером лазера класса 2а является сканер в торговой точке супермаркета.

Cla

Класс 2M

Те же критерии для классификации, что и класс 2, но луч может быть опасен для просмотра с увеличением.

  Класс 3R  

• Иметь выходной сигнал от 1 до 5 раз AEL класса 1 для длин волн короче 0,4 или больше 0,7 или менее чем в 5 раз AEL класса 2 для длин волн от 0,4 до 0,7.
• Представляет опасность только в том случае, если он собран и сфокусирован в глазах.
• Большинство лазерных указок — это лазеры 3R.
• До 2007 года эта классификация была известна как 3a.

Класс 3b

• Ультрафиолетовые и инфракрасные лазеры и лазерные системы, которые могут излучать доступную мощность излучения, превышающую AEL класса 3a, в течение любой продолжительности излучения в пределах максимальной длительности, заложенной в конструкции лазера или системы, но которые не могут излучать среднюю мощность излучения, превышающую 0.5 Вт в течение более или равного 0,25 с или не может производить лучистую энергию более 0,125 Дж в течение времени воздействия> 0,25 с.
• Лазеры или системы видимого или ближнего инфракрасного диапазона, которые излучают сверх 3a AEL, но не могут излучать среднюю мощность излучения, превышающую 0,5 Вт, в течение более или равной 0,25 с и не могут производить лучистую энергию более 0,03 C _a Дж на импульс. (C _a — это поправочный коэффициент, который увеличивает максимально допустимые значения воздействия в ближнем инфракрасном спектральном диапазоне на основе сниженного поглощения, присущего гранулам пигмента меланина, обнаруженным в коже и в пигментном эпителии сетчатки).
• Представляет опасность при просмотре прямого или отраженного луча.

Класс 4

• Пределы превышают пределы класса 3b.
• Прямое и отраженное воздействие может вызвать повреждение глаз и кожи.
• Лазеры класса 4 также являются пожароопасными.

Предыдущий раздел Следующий раздел >> 

мер контроля по лазерной классификации | Здоровье и безопасность окружающей среды

Потенциальная опасность существует для всех людей, работающих рядом с лазерной системой.Такие люди должны быть предупреждены о существовании и местонахождении лазеров, а также о значении предупреждающих надписей для всех классов лазеров.

Особое внимание следует уделять среде, в которой используется лазер. Этот фактор следует учитывать вместе с классом и применением лазера для определения необходимых мер контроля. Следует учитывать следующие основные элементы:

• Количество и класс лазеров
• лазерная локация
• Наличие (доступ) неосведомленного, незащищенного персонала
• постоянство траектории луча
• Наличие объектов, которые могут иметь зеркальные поверхности или отражающие объекты вблизи пути луча
• использование оптических устройств, таких как линзы, микроскопы и т. Д.

Меры контроля можно разделить на два типа: административные средства контроля , такие как обучение, указатели, процедуры и т. Д., И технические средства контроля , такие как ключевые средства управления, блокировки, кожухи балок, жалюзи и т.д. являются конструктивными особенностями или устройствами, применяемыми в лазерной системе, и считаются наиболее эффективными из двух типов управления.

Ниже приведены общие рекомендации по работе с лазерами по классам лазерной опасности.В таблице ниже приводится краткое изложение этих мер контроля.

Класс 1

Многие лазеры Класса 1 имеют лазеры более высокого класса, заключенные в защитный кожух. Если лазер класса 1 имеет закрытый лазер класса 3b или 4, на любых съемных частях корпуса должны быть предусмотрены блокировки, или у лазера должна быть панель доступа для обслуживания, которая либо заблокирована, либо требует инструмента для снятия. Если защитный кожух снят, необходимо соблюдать меры контроля, соответствующие приложенному классу лазера.

Все лазеры класса 1 должны иметь маркировку.

Класс 2

Лазеры класса 2 должны иметь маркировку.

Лазерный луч нельзя целенаправленно направлять в глаза кому-либо. Юстировку лазерных оптических систем (зеркал, линз, дефлекторов луча и т. Д.) Следует выполнять таким образом, чтобы первичный луч или зеркальное отражение первичного луча не подвергали глаз воздействию уровня выше МПЭ для прямого облучение глаза.

На рабочем месте должна быть размещена предупреждающая этикетка или знак, предупреждающий пользователей, чтобы они не смотрели на луч или не направляли луч в глаза людям.

Если ПДВ превышен, проектируйте порталы просмотра и / или экраны дисплеев, чтобы снизить воздействие до приемлемого уровня.

Если к лазеру класса 2 прилагается лазер класса 3b или 4, на любых съемных частях корпуса должны быть предусмотрены блокировки, либо у лазера должна быть панель доступа для обслуживания, которая либо заблокирована, либо требует инструмента для снятия.Если защитный кожух снят, необходимо соблюдать меры контроля, соответствующие приложенному классу лазера.

Класс 3a (3R)

Лазеры класса 3a должны иметь соответствующую маркировку. В рабочей зоне должна быть размещена предупреждающая этикетка или табличка, предупреждающая пользователей, чтобы они не смотрели на луч или не направляли луч в глаза людям.

Съемные части корпуса и панели доступа для обслуживания должны иметь блокировки для предотвращения случайного воздействия.Также можно использовать постоянный ограничитель луча или аттенюатор.

Если ПДВ превышен, проектируйте порталы просмотра и / или экраны дисплеев, чтобы снизить воздействие до приемлемого уровня. Следует разработать процедуры центровки, чтобы гарантировать, что ПДВ не превышается.

Класс 3b

Лазеры и лазерные системы класса 3b должны иметь соответствующую маркировку. Эти лазеры используются в зонах, где доступ посторонних лиц может контролироваться. Если человек, не обученный лазерной безопасности, должен войти в зону, оператор или руководитель лазера должны сначала проинструктировать этого человека о требованиях безопасности и, при необходимости, предоставить защитные очки.

Если весь луч не закрыт или существует ограниченный открытый луч, оператор лазера, руководитель или специалист по безопасности лазера должны определить номинальную опасную зону (NHZ). Во время использования или запуска лазера следует использовать сигнал тревоги, световой сигнал или устный обратный отсчет.

Контролируемая зона должна

· имеют ограниченный доступ к зрителям,

· иметь ограничители луча для прекращения потенциально опасных лазерных лучей,

· предназначено для уменьшения диффузных и зеркальных отражений,

· иметь средства защиты глаз для всего персонала,

· без лазерного луча на уровне глаз,

· имеют ограничения на окна и дверные проемы, чтобы снизить воздействие до уровней ниже ПДК, и

· требуется хранение или отключение лазера, когда он не используется.

Если ПДВ превышен, проектируйте порталы просмотра и / или экраны дисплеев, чтобы снизить воздействие до приемлемого уровня. Процедуры юстировки и собирающая оптика должны разрабатываться таким образом, чтобы не превышать ПДВ.

Только авторизованный, обученный персонал должен обслуживать лазер. Следует разработать и соблюдать утвержденные письменные стандартные процедуры эксплуатации, технического обслуживания и ремонта.

Класс 4

В дополнение к мерам контроля, описанным для класса 3b, лазеры класса 4 должны эксплуатироваться обученными людьми в областях, предназначенных для их использования.Следует использовать отказоустойчивые блокировки, чтобы предотвратить неожиданное проникновение в контролируемую зону, а доступ должен быть ограничен оператором лазера для лиц, которые были проинструктированы относительно процедур безопасности и которые носят соответствующие очки для защиты от лазера, когда лазер способен излучать.

Операторы лазера несут ответственность за предоставление информации и обеспечение безопасности неподготовленному персоналу, который может входить в контролируемые лазером зоны в качестве посетителей.

Область лазера должна быть

• только для уполномоченного персонала
• разработан для обеспечения быстрого аварийного выхода.
• оснащен устройством, позволяющим отключать лазер или уменьшать мощность до уровня ниже MPE
• разработан с учетом требований к контролируемой зоне класса 3b
• с элементами управления безопасностью входа
• спроектирован таким образом, что лазер может контролироваться и запускаться из удаленного местоположения
• (для импульсных систем) имеют блокировки, предназначенные для предотвращения срабатывания лазера путем сброса накопленной энергии в фиктивный груз.
• (для систем с непрерывным излучением) имеют блокировки, предназначенные для отключения питания или прерывания луча с помощью жалюзи.

На пути луча не должно быть зеркально отражающих поверхностей и горючих предметов, а луч должен заканчиваться негорючим, неотражающим барьером или ограничителем луча.

Меры контроля для четырех классов лазера

<< Предыдущий раздел Следующий раздел >>

Класс лазера

Лазеры сгруппированы в семь классов в зависимости от потенциальной возможности луча причинить вред.Опасность и, следовательно, классификация зависят от длины волны, мощности, энергии и характеристик импульса. Класс лазера можно использовать, чтобы решить, какие меры безопасности требуются при использовании лазера. Доступный предел излучения (AEL) — это максимальный уровень лазерного излучения, которое лазер может испускать (и быть доступным) в любое время после его изготовления. AEL зависит от длины волны, продолжительности экспозиции и условий просмотра и определяет максимальную мощность для каждого класса лазера.

Следует проводить различие между лазерной системой (которая относится к лазеру и соответствующему источнику энергии) и лазерным продуктом (который определяется как «любое изделие или комплект компонентов, которые составляют, включают или предназначен для включения лазера или лазерной системы и не продается другому производителю для использования в качестве компонента (или замены такого компонента) электронного продукта «). Например, проигрыватель компакт-дисков — это лазерный продукт , который содержит лазерную систему — лазерный диод и источник питания.Это лазерное изделие , которое относится к одному из семи классов. (Лазерный продукт , , , может состоять только из лазерной системы, например гелий-неонового лазера). В нижеследующем описании дается краткое описание классификации лазеров.

Следующие метки связаны с различными классами лазеров

Точки доступа к зонам, в которых используются лазеры класса 3B или 4, должны быть отмечены предупреждающими знаками в соответствии с BS 5378 и Положениями 1996 года о здоровье и безопасности (знаки и сигналы безопасности).Необходимо использовать следующий знак:

Если лазеры и лазерные системы не имеют надлежащей маркировки (например, некоторые американские системы имеют очень маленькие этикетки, которые трудно читать и не соответствуют требованиям Великобритании), они должны быть соответствующим образом перемаркированы.

Класс 1

Лазеры и лазерные изделия

Класса 1 по своей сути безопасны при разумно предсказуемых условиях эксплуатации, включая использование оптических инструментов для просмотра внутри луча, и как таковые они не представляют опасности для глаз или кожи.Они могут излучать видимое или невидимое. Лазерный продукт класса 1 может содержать лазерную систему более высокой классификации, но технические средства контроля удерживают AEL ниже предела класса 1, например, для проигрывателя CD / DVD или лазерного принтера.

Для безопасных по своей природе лазеров класса 1 не требуются предупредительные надписи, но для лазеров, которые по конструкции относятся к классу 1 и которые содержат встроенный лазер более высокой мощности, следует маркировать «лазерный продукт класса 1». Дополнительная информация, описывающая лазерный продукт как «полностью закрытую систему» ​​с четко отображаемыми подробностями о встроенном лазере, может иметь значение в ситуации, когда обычно требуется доступ к встроенному продукту.

Кроме того, на каждой панели доступа или защитном кожухе должна быть этикетка с указанием соответствующего класса, за которым следует предупреждение об опасности, связанное с этим классом лазера (см. Предупреждения на следующих этикетках).

Class 1M (безопасно, если не используются средства просмотра).

Лазеры

класса 1M ограничены диапазоном от 302,5 до 4000 нм. Они безопасны в разумно предсказуемых условиях эксплуатации, но могут быть опасными при наблюдении через оптику.Они могут быть опасными при двух условиях:

a) Если луч расходится и оптика используется в пределах 100 мм от апертуры лазера для коллимирования или концентрации луча в глазу, или

b) Если луч большого диаметра и коллимированный, и используется оптика для увеличения доли луча, который может попасть в глаз.

Пример: лазерный диод, светодиод, волоконно-оптическая система связи.

Табличка с предупреждением об опасности не требуется, но должна быть пояснительная табличка со словами:

Класс 2 (маломощный)

Класс 2 применяется только к лазерам, излучающим в видимой области, от 400 до 700 нм.Они могут быть импульсными или непрерывными. Защита глаз обычно обеспечивается реакцией отвращения (морганием и / или движением головы), поэтому предполагается, что время воздействия составляет 0,25 с. AEL для непрерывного лазера класса 2 составляет 1 мВт.

Пример: юстировочные гелий-неоновые лазеры мощностью менее 1 мВт, сканеры бара в супермаркетах.

Требуется этикетка с предупреждающим знаком и пояснительная этикетка, как показано ниже: —

Класс 2M

Как и класс 2, лазеры класса 2M ограничены видимым диапазоном от 400 до 700 нм.Защита глаз обеспечивается реакцией отвращения. Они могут быть опасными при наблюдении через оптику в двух условиях:

a) если луч расходится и оптика используется в пределах 100 мм от апертуры лазера для коллимирования или концентрации луча в глазу, или

b) если луч большого диаметра и коллимированный, и используется оптика для увеличения доли луча, который может попасть в глаз.

Требуется этикетка с предупреждающим знаком и пояснительная этикетка, как показано ниже: —

Класс 3R

Лазеры

класса 3R могут иметь любую длину волны от 302 до 302 мкм.5 и 106нм. AEL в пять раз превышает AEL класса 2 в видимом диапазоне (от 400 до 700 нм) и в пять раз превышает AEL класса 1 для всех других длин волн. «R» относится к «расслабленному», поскольку этот класс является ослаблением классификации 3B.

Наклейка с предупреждением об опасности требуется для всех длин волн.

ТОЛЬКО для длин волн 400–1400 нм необходима следующая пояснительная этикетка:

Для других длин волн необходима следующая пояснительная табличка:

Класс 3B

Класс 3B применяется как к видимым, так и к невидимым лазерам.Непосредственное наблюдение в луче вблизи этих устройств всегда опасно. Просмотр диффузных отражений обычно безопасен при условии, что глаз находится на расстоянии не менее 13 см от рассеивающей поверхности, а продолжительность воздействия составляет менее 10 секунд.

Требуется этикетка с предупреждающим знаком и пояснительная этикетка, как показано ниже: —

Класс 4

Лазеры

класса 4 опасны для наблюдения за прямым, прямым отраженным и диффузно отраженным лучом.Они могут вызвать травмы глаз или кожи, а также представляют опасность пожара.

Требуется этикетка с предупреждающим знаком и пояснительная этикетка, как показано ниже: —

Этикетки апертур для лазеров классов 3R, 3B и 4.

Каждый лазерный продукт класса 3R, класса 3B и класса 4 должен иметь этикетку рядом с местом излучения луча со словами «ЛАЗЕРНОЕ АПЕРТУРА» или «ИЗБЕГАЙТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ — ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ИЗЛУЧАЕТСЯ ИЗ ЭТОГО ОТВЕРСТИЯ».Эта метка может иметь форму стрелки, если она отображает большее значение: —

Выходная мощность и стандарты излучения.

Все лазерные изделия, за исключением устройств с низким энергопотреблением класса 1, должны содержать следующие сведения на пояснительной этикетке: —

• максимальная мощность
• длина волны излучения
• , видим ли лазерный луч, невидим или и то, и другое
• длительность импульса (при необходимости)
• наименование и дата публикации классификационного стандарта

Лазерные изделия и инструменты | FDA

Уведомления для лазерной промышленности

Информация

Описание

Продукты, использующие энергию лазера, бывают разных размеров, форм и форм.Их объединяет лазер, который накапливает энергию от источника, такого как электрический разряд, химическая реакция или мощное оптическое освещение, высвобождающее энергию в виде света.

Laser означает усиление света за счет вынужденного излучения излучения. Один из основных типов лазеров состоит из герметичной трубки, содержащей пару зеркал, и лазерной среды, которая возбуждается какой-либо формой энергии для получения видимого света или невидимого ультрафиолетового или инфракрасного излучения.

Светодиоды

(светоизлучающие диоды) отличаются от лазерных диодов и не подпадают под действие Федерального стандарта качества лазерной продукции.

Обычный источник видимого света, такой как солнце или электрическая лампочка, излучает смесь невидимого и видимого света, как волны. Эти волны имеют разную длину и движутся во всех направлениях. Эти разные «длины волн» производят разные типы света, такие как ультрафиолетовый, фиолетовый, синий, зеленый, красный и инфракрасный.

В отличие от обычного света, лазерный свет имеет определенную длину волны, и усиление этой конкретной длины волны приводит к получению сфокусированного узкого луча света, который может излучаться в одном направлении.Усиление, фокусировка и направленность этого света, сконцентрированного в небольшой области, могут создавать свет очень высокой интенсивности даже на больших расстояниях от лазера.

Использует

• Компоненты аудио-, видео- и компьютерного оборудования, такого как CD, DVD, Blue Ray, HD (High Definition) или другие проигрыватели и записывающие устройства для оптических дисков
• Многие считыватели штрих-кода
• Принтеры, копировальные аппараты, факсы
• Лазерные указки и ручки, обычно используемые для презентаций, съемки и позиционирования
• Волоконно-оптические системы для телефонных, видео и компьютерных сетей.
• Применяется для операций обработки материалов, таких как резка, сварка, гравировка или маркировка.
• Приложения в лабораториях для исследований, измерений и оптических источников.
• Лазеры, специально разработанные для использования в медицинских процедурах.
• Лазеры, специально разработанные и продвигаемые для лазерных световых шоу, развлечений, рекламы и т. Д.

Риски / выгоды

Laser продукты улучшают качество, точность, точность, безопасность и надежность многих видов продуктов, материалов, средств связи и обработки данных.Чтобы реализовать преимущества лазеров, необходимо управлять рисками лазерного воздействия.

Классы лазерной опасности

FDA признает четыре основных класса опасности (от I до IV) лазеров, включая три подкласса (IIa, IIIa и IIIb). Чем выше класс, тем мощнее лазер и тем выше вероятность серьезной травмы при неправильном использовании. Маркировка классов II – IV должна включать предупреждающий символ, указывающий класс и выходную мощность продукта.Примерно эквивалентные классы IEC включены для продуктов, маркированных в соответствии с системой классификации Международной электротехнической комиссии.

Существуют законы, правила и стандарты, которые требуют инженерного контроля и информирования о рисках, чтобы помочь в управлении биологическими опасностями, связанными с каждым классом лазеров. Однако никакие меры не будут полностью эффективными, если лазеры используются неправильно.

Законы, постановления и стандарты

Производители изделий, излучающих электронное излучение, продаваемых в США, несут ответственность за соблюдение Федерального закона о пищевых продуктах, лекарствах и косметических средствах (FFDCA), глава V, подраздел C — Радиационный контроль электронных изделий.

Производители лазерной продукции несут ответственность за соблюдение всех применимых требований Раздела 21 Свода федеральных правил (подраздел J, Радиологическое здоровье), части с 1000 по 1005:

Кроме того, лазерные изделия должны соответствовать стандартам радиационной безопасности, изложенным в Разделе 21 Свода федеральных правил (подраздел J, Радиологическое здоровье), части 1010 и 1040:

Производители лазерной продукции могут запросить альтернативные средства обеспечения радиационной безопасности; это называется отклонением:

Документ Исключения из правил для электронных продуктов был составлен, чтобы упростить процесс поиска всех исключений, предусмотренных в Своде федеральных правил (CFR), части 1000-1050, и тех, которые предоставлены письмом агентства. или лазерное уведомление.

Лазерные изделия, которые используются в медицине, также должны соответствовать требованиям к медицинским устройствам. Для получения дополнительной информации см .: Обзор регулирования устройства.

Лазерные изделия, разработанные и продвигаемые для производства лазерных световых шоу, дисплеев, рекламы и т. Д., Являются демонстрационными лазерными изделиями, отвечающими требованиям 21 CFR 1040.11 (c).

Обязательные отчеты для производителей лазерных изделий и инструментов или промышленности

Отраслевое руководство — прочие отраслевые документы

Другие ресурсы

Подписаться

Подпишитесь на рассылку новостей о Lasers по электронной почте.

Лазеры

Получать обновления, относящиеся ко всем видам лазеров.

Лазерные классы и лазерная безопасность — что вам нужно знать

Лазерная технология предлагает широкий спектр возможностей, от безвредных лазерных указателей до чрезвычайно мощных систем лазерной маркировки и очистки. Некоторые лазеры достаточно мощны, чтобы повредить вашу кожу, вызвать серьезные травмы глаз и поджечь рабочее место. Вот почему правительственные и международные организации ввели строгие стандарты, разделяющие лазерные системы на классы безопасности в зависимости от их способности создавать опасности.

Вам нужна интегрированная машина или OEM-система?

Связаться со специалистом по лазерам

Прежде чем мы продолжим, что такое лазер? Этот термин был придуман в 1959 году американским физиком Гордоном Гулдом, а само слово является аббревиатурой от «усиления света за счет вынужденного излучения». Благодаря оптическому усилению лазерные системы создают высококонцентрированные световые лучи, богатые энергией.

Объяснение классов лазера

В этой статье мы рассмотрим различные стандарты лазера и опасности, связанные с лазером.Но сначала, каковы разные классы лазеров? А что отличает один класс от другого?

Для простоты мы сосредоточимся на пересмотренной системе классификации лазеров, указанной в международном стандарте IEC 60825-1. В США до сих пор используется ANSI Z136.1 (старая система), которая очень похожа.

Лазеры класса 1

Лазеры

Class-1 безопасны для глаз при любых операциях даже в течение длительного времени и с оптическими приборами. Эти лазеры обычно обладают очень низкой выходной мощностью (несколько микроватт).

Промышленные системы маркировки более высокого класса (например, класса 3 или 4) часто сводятся к классу 1 путем их надежного ограждения (это называется встроенным лазером). Например, в лазерных принтерах используются лазеры класса 4, входящие в комплект поставки принтера. Таким образом, они относятся к лазерным изделиям класса 1, и вам не нужно принимать меры предосторожности при нормальной работе и при условии, что они не повреждены.

Примеры лазерных изделий класса 1:

Лазеры класса 1М

Лазеры класса 1M (или «увеличенные» класса 1) очень похожи на лазеры класса 1, поскольку в целом они безопасны для просмотра невооруженным глазом.

Так что же отличает их от лазеров класса 1?

Просмотр их увеличенного луча с помощью оптических инструментов, таких как бинокль, может быть опасным (кроме очков по рецепту). Поскольку луч усиливается, он превышает максимально допустимую экспозицию (максимальная плотность мощности, считающаяся безопасной для просмотра).

Лазерные диоды, волоконно-оптические системы связи и лазерные измерители скорости относятся к лазерам класса 1M.

Лазеры класса 2

Рефлекс моргания обычно не позволяет видеть опасные (и видимые) волны длиннее 0.25 секунд. Пока вы не боретесь со своими инстинктами, лазерный луч безопасен для просмотра. Это может привести к травмам глаз, только если вы намеренно смотрите на них.

Лазеры можно отнести к классу 2 только в том случае, если их лазерный свет виден. Это важно, потому что иначе не сработает рефлекс моргания, а также другие реакции отвращения (например, движения головы).

Лазеры класса 2 обычно ограничены 1 мВт для лазеров непрерывного действия (но в определенных контекстах может быть больше).В старой системе классификации лазеры класса IIa являются подклассом, который вреден только в том случае, если продолжительность воздействия превышает 1000 секунд

Лазеры класса 2М

Лазеры

класса 2М в целом безопасны. Как и в случае с лазерами класса 2, рефлекс мигания защитит ваши глаза от неусиленных лучей. Но если вы посмотрите на луч с помощью оптического прибора (даже случайно), рефлекса моргания будет недостаточно для предотвращения травм глаза. Даже самое короткое время воздействия может быть вредным.

Лазеры класса 3R

Лазерные системы

класса 3R, такие как лазерные указки и лазерные сканеры, представляют более высокий риск для безопасности, чем предыдущие классы, но они по-прежнему считаются безопасными при осторожном обращении.Если смотреть на луч прямо, можно повредить глаза, особенно при использовании оптических инструментов. Но, вообще говоря, кратковременное воздействие на глаза не повредит вашим глазам (допустимое время воздействия зависит от длины волны).

Поскольку воздействие луча является низким риском, но потенциально опасным, лазерные изделия класса 3R должны быть обозначены соответствующими предупреждающими этикетками (это также верно для более высоких классов лазеров). Если вы используете старую систему классификации, вы обнаружите, что лазеры класса IIIa (или класса 3a) по существу одинаковы.

Лазеры класса 3B

Следует избегать прямого контакта с лазерным лучом или зеркальных отражений (также известных как зеркальные отражения) лазеров 3B. Они могут вызвать травмы глаз или небольшие ожоги кожи.

Только диффузные отражения безопасны для лазеров класса 3B.

Чтобы получить представление о максимально допустимой эмиссии для лазеров класса 3B, взгляните на следующие доступные пределы эмиссии (AEL):

• Лазеры непрерывного действия не могут превышать 0.5 Вт при длине волны от 315 нм до

дальнего инфракрасного диапазона

• Импульсные лазеры не могут превышать 30 миллиджоулей, если они находятся в диапазоне видимого лазерного света (между 400-700 нм).

Развлекательные световые шоу попадают в эту категорию. Если вы используете старую систему классификации, класс 3B совпадает с классом IIIb.

Лазеры класса 4

Класс 4 — самые опасные лазеры. Будьте предельно осторожны, если лазер не закрыт должным образом.

Выходная мощность лазерных изделий класса 4 настолько высока, что они могут воспламенить материалы.Эта мощность делает их привлекательными для лазерной резки, лазерной маркировки, лазерной сварки и лазерной очистки.

Class 4 — это самый высокий класс лазерной опасности. Если вы находитесь в опасной зоне, вы можете получить серьезные травмы глаз и кожи. Кроме того, во избежание возгорания рядом с лазером не должны находиться горючие материалы.

Опасны также диффузные отражения лазеров класса 4. Вы можете получить солнечные ожоги или потерять зрение, просто взглянув на обрабатываемую деталь.

Хорошее практическое правило — обращать внимание на предупреждающие надписи, при необходимости носить защитное снаряжение и соблюдать любые дополнительные меры контроля лазерной безопасности.

К счастью, лазеры класса 4 можно правильно закрыть, чтобы сделать их практически безвредными. Например, автоматизированные машины для лазерной маркировки, производимые Laserax, относятся к лазерным изделиям класса 1, но они включают в себя мощные лазерные системы мощностью от 20 до 500 Вт.

Теперь, когда у вас есть хорошее представление о степени опасности каждого класса лазеров, давайте посмотрим на типы опасностей.

Различные лазерные опасности

Лазерное излучение может вызвать три основных типа лазерной опасности: опасность для глаз, кожи и возгорания.

Если лазерная система не соответствует классу 1, рабочие должны надевать защитное снаряжение при входе в опасную зону: лазерные защитные очки для защиты глаз и специальные костюмы для защиты кожи.

Травмы глаза

Из всех опасностей, связанных с воздействием лазера, наиболее серьезными являются травмы глаз. Потерять зрение — это не мелочь. Давайте узнаем, почему возникают травмы глаз и как их предотвратить.

Когда свет достигает глаза, роговица и хрусталик действуют как усилители. Подобно увеличительному стеклу, они концентрируют свет на сетчатке (задней части глаза), которая затем обрабатывается мозгом как изображение. Эти три компонента человеческого глаза (роговица, хрусталик и сетчатка) наиболее восприимчивы к повреждению лазерным излучением.

Все типы лазерного излучения могут повредить ваши глаза, но различные компоненты человеческого глаза сильнее реагируют на световые волны некоторых длин.Большинство лазерных гравировальных машин излучают свет в ближнем инфракрасном (700–2000 нм) и дальнем инфракрасном (4000–11000 + нм) спектрах, которые невидимы для человеческого глаза.

Часть видимого света поглощается глазами, а затем усиливается хрусталиком и роговицей. Это защищает вас, уменьшая выходную мощность света.

Но инфракрасный свет не виден и не поглощается глазами. Когда невидимый свет достигает сетчатки, он более мощный и опасный, чем видимый свет.

Вся эта энергия расходуется на сжигание небольшого участка сетчатки, что приводит к слепоте и серьезным повреждениям глаз. Фотохимическое повреждение также возможно для длин волн ниже 400 нм (в ультрафиолетовом диапазоне) и может вызвать катаракту (снижение зрения).

Защитные очки, такие как очки для лазера, защищают вас, поглощая опасный свет. Различные очки поглощают волны разной длины, поэтому вам нужно носить очки, подходящие для вашей лазерной системы. Например, вам нужны очки, которые защищают вас от длины волны 1064 нм для волоконных лазерных систем Laserax.

Опасности для кожи

Если бы у вас был выбор: положить глаза или руки на плиту, скорее всего, вы бы положили руки. Имея это в виду, легко понять, почему травмы кожи менее серьезны, чем травмы глаз. Но риски ожогов кожи все же заслуживают вашего внимания.

Прямой контакт с лазерным лучом и зеркальные (зеркальные) отражения могут вызвать травмы кожи. Эти травмы обычно вызваны термическими повреждениями, такими как прикосновение к плите, или фотохимическими повреждениями, такими как солнечные ожоги.Уровень ожога зависит от выходной мощности лазера, длины волны, размера пораженного участка и продолжительности облучения.

Опасность возгорания

Помимо опасности для здоровья, лазерный свет может также вызвать возгорание и поставить под угрозу вашу рабочую среду.

Реальную пожарную безопасность представляют только лазеры класса 4. Их прямой луч, а также любые виды отражений могут воспламенить горючие материалы. Для безопасной интеграции эти лазеры должны быть правильно закрыты и учитывать все возможные углы отражения, включая диффузные отражения.

Обзор лазерных стандартов

Лазерные стандарты были впервые введены в действие, когда ученые осознали, что даже маломощные лазеры могут быть потенциально опасными. Они обеспечивают соответствующие меры лазерной безопасности для предотвращения опасности для здоровья и возгорания.

Все стандарты объясняют различные классы, способы расчета определенных параметров лазера, соответствующие этикетки, меры безопасности при обращении с лазером и т. Д. Они также обеспечивают соблюдение мер безопасности, таких как номинальная зона опасности , которая определяет, где прямой лазерный свет, зеркальные отражения и диффузные отражения опасны.

Лазерные стандартные ресурсы:

• Международный стандарт классификации лазеров — IEC 60825-1.
• Эквивалент этого стандарта в Северной Америке — ANSI Z136.
• В Соединенных Штатах FDA регулирует лазерные изделия в соответствии с разделом 21 Свода федеральных правил (также известным как 21 CFR 1040).
• FDA опубликовало Уведомление 50 в 2007 году и Уведомление 56 в 2019 году, в которых говорится, что они не возражают против лазерных продуктов, соответствующих стандарту IEC 60825-1.

Перед покупкой лазера

При покупке лазерной продукции вы должны либо приобрести лазерный аппарат класса 1, либо работать с интеграторами, которые проверят, соответствует ли ваша лазерная система класса 4 классу 1. Здесь, в Laserax, специалисты по лазерам предлагают рекомендации, чтобы убедиться, что все продукты на 100% безопасны для лазеров.

Для быстрого обзора классов лазерной безопасности вы можете обратиться к нашей таблице классификации лазерной безопасности.

Связаться со специалистом по лазерам

Классификация лазерной безопасности | Laserax

В следующей таблице перечислены потенциальные риски для каждого класса лазерной безопасности в соответствии с IEC / EN 60825-1.Классы безопасности представлены от наименее опасного до наиболее опасного.

Обратите внимание, что опасность возрастает с повышением классов безопасности.