激光器安全標(biāo)準(zhǔn)目前執(zhí)行有美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ANSI 136.1,和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN207/EN208/EC60825。
一、美國(guó)激光安全標(biāo)準(zhǔn)ANSI 136.1
激光器根據(jù)ANSI Z136.1標(biāo)準(zhǔn)分類為以下幾個(gè)類別。
等級(jí) | 定義 | 要求 |
1 | 無(wú)危險(xiǎn) | 無(wú)需護(hù)目鏡 |
1M | 眼睛安全可見(jiàn)波長(zhǎng)激光器(400-700nm),使用時(shí)無(wú)放大鏡光學(xué)系統(tǒng) | 無(wú)需護(hù)目鏡除非具有放大鏡光學(xué)系統(tǒng) |
2 | 眼睛安全可見(jiàn)波長(zhǎng)激光器(400-700nm),(眨眼反射0.25秒內(nèi)可防止損傷) | 無(wú)需護(hù)目鏡 |
2M | 眼睛安全可見(jiàn)波長(zhǎng)激光器(400-700nm),(眨眼反射0.25秒內(nèi)可防止損傷),使用時(shí)無(wú)放大鏡光學(xué)系統(tǒng) | 建議使用護(hù)目鏡 |
3R | 間接觀察光束可能不安全。最大允許曝光(MPE)可見(jiàn)光class 2激光器最高為5次,不可見(jiàn)光class1激光器最高為5次 | 對(duì)眼睛有害,建議使用護(hù)目鏡 |
3B | 間接觀察光束對(duì)眼睛有害,漫反射也會(huì)有害 | 對(duì)眼睛有害,建議使用護(hù)目鏡 |
4 | 直接和漫反射曝光對(duì)眼睛和皮膚有害。有燃燒和燒傷危害 | 需要眼睛防護(hù)和其他人身安全防護(hù) |
Class 1激光器,在所有正常使用條件下都是安全的。意味著當(dāng)使用裸眼或使用典型放大光學(xué)系統(tǒng)(望遠(yuǎn)鏡或顯微鏡)觀察激光時(shí),都不會(huì)超過(guò)最大允許曝光值(MPE)。為了驗(yàn)證該標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)指定了孔徑和相對(duì)裸眼的距離,使用典型望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)準(zhǔn)直光束,使用典型顯微鏡觀測(cè)發(fā)散光束。必須認(rèn)識(shí)到,某些特定激光器被歸類為Class 1,但是在使用具有非常大孔徑的望遠(yuǎn)鏡或顯微鏡,仍有可能產(chǎn)生損傷。例如,高功率激光器,具有很大的準(zhǔn)直光束或高度發(fā)散光束,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定義,通過(guò)孔徑的功率比Class 1激光器的輻射極限(APL)低,或許會(huì)歸類到等級(jí)1激光器,但是在使用大口徑的放大鏡會(huì)聚集不安全的功率值。
Class 1M激光器,除了通過(guò)顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡等放大光學(xué)系統(tǒng)外,在其他所有條件下使用都是安全的。Class 1M激光器產(chǎn)生大直徑或發(fā)散光束。Class 1M激光器,通常不會(huì)超過(guò)MPE,除非使用聚焦或成像光學(xué)系統(tǒng)壓縮光束。如果光束重新聚焦,Class 1M激光器的危險(xiǎn)將會(huì)上升,激光器等級(jí)會(huì)改變。如果通過(guò)裸眼瞳孔的功率比Class 1激光器的輻射極限(APL)低,該激光器可以歸類為Class 1M,但是,使用典型放大光學(xué)系統(tǒng)會(huì)將功率收集進(jìn)眼中,超過(guò)等級(jí)1激光器的AEL,低于等級(jí)3B的AEL。
Class 2激光器,是安全的,因?yàn)檎Q鄯瓷鋾?huì)限制曝光不超過(guò)0.25秒。只適用于可見(jiàn)光激光器(400-700nm)。Class 2激光器,功率限制在連續(xù)為1mW,或在輻射時(shí)間低于0.25秒時(shí)功率更高,或光不是空間相干光。故意抑制眨眼反射會(huì)導(dǎo)致眼睛傷害。很多激光指示器和測(cè)量?jī)x器是Class 2激光器.
Class 2M激光器,是安全的,如果不直接觀察光學(xué)儀器,眨眼反射會(huì)避免傷害。與Class 1M激光器一樣,激光光束具有大直徑,或大發(fā)散角,光通過(guò)瞳孔的量不能超過(guò)Class 2的限制。
Class 3R激光器,在小心使用時(shí)是安全的,光束觀察受限制。使用Class 3R激光器,可能會(huì)超過(guò)MPE,但是產(chǎn)生傷害的可能性較小??梢?jiàn)連續(xù)Class 3R激光器限制為5mW。其他波長(zhǎng)和脈沖激光器,受其他條件限制。
Class 3B激光器,如果眼睛直接暴露會(huì)有危險(xiǎn),但是從紙張或其他粗糙表面的漫反射沒(méi)有危險(xiǎn)。連續(xù)激光器的AEL,波長(zhǎng)范圍從315nm到遠(yuǎn)紅外為0.5W。400-700nm脈沖激光器限制為30mJ。其他波長(zhǎng)或超短脈沖激光器適用其他限制。直接觀察class 3B激光束時(shí)需要佩戴防護(hù)眼鏡。class 3B激光器必須安裝鑰匙開(kāi)關(guān)和安全內(nèi)鎖。class 3B激光器用在CD或DVD刻錄機(jī)內(nèi)部,但是刻錄機(jī)是class 1,因?yàn)榧す獠粫?huì)從刻錄機(jī)單元射出。
Class 4激光器,是最高和最危險(xiǎn)的激光器,包括所有超過(guò)Class 3B AEL的激光器。Class 4激光器可以灼燒皮膚,直接、漫反射或或間接觀察光束,會(huì)造成毀滅性的或永久的眼睛傷害。這些激光器可能會(huì)引燃可燃材料,會(huì)有火災(zāi)隱患。這些危險(xiǎn)也適用間接或非鏡面反射光束,甚至從明顯的粗糙表面——這就意味著在控制光路時(shí)必須非常小心。Class 4激光器必須安裝鑰匙開(kāi)關(guān)和安全內(nèi)鎖。大多數(shù)工業(yè)、科研、軍事、醫(yī)療激光器為Class 4激光器。
ANSI Z136.1標(biāo)準(zhǔn)需要激光防護(hù)眼鏡光學(xué)密度(OD)的參數(shù),可以計(jì)算標(biāo)稱危險(xiǎn)區(qū)域(NHZ),超出的可以使用護(hù)目鏡觀察漫反射。
光學(xué)密度(OD)是通過(guò)濾光片能量衰減的測(cè)量值。OD值越高,衰減越高,防護(hù)等級(jí)越高。也就是說(shuō),OD值是激光能量通過(guò)濾光片的測(cè)量值。
OD是透過(guò)率對(duì)數(shù)的倒數(shù),OD = -log10 T,T為透過(guò)率。
OD值 | 透過(guò)率% | 衰減系數(shù) |
0 | 100% | 1 |
1 | 10% | 10 |
2 | 1% | 100 |
3 | 0.10% | 1,000 |
4 | 0.01% | 10,000 |
5 | 0.00% | 100,000 |
6 | 0.00% | 1,000,000 |
7 | 0.00% | 10,000,000 |
二、歐洲激光安全標(biāo)準(zhǔn)EN207/EN208/EC60825
歐洲激光安全標(biāo)準(zhǔn)EN 207/EN208,在決定激光安全要求時(shí),考慮光學(xué)密度和激光器的功率/能量密度。與ANSI Z136.1相似,激光安全防護(hù)鏡必須提供足夠的光學(xué)密度來(lái)減小激光功率,達(dá)到或低于最大允許曝光值(MPE),也必須提供損傷閾值保護(hù)。根據(jù)EN207,激光安全護(hù)目鏡必須免受激光器直接內(nèi)部光束曝光。
EN207標(biāo)準(zhǔn)需要護(hù)目鏡貼有防護(hù)等級(jí)標(biāo)簽,并詳細(xì)說(shuō)明它們的損傷閾值,(例如10600D L5(L5表示在10600nm 10秒內(nèi)直接照射功率密度為100MW/cm2)。
EN207 的L比率為防護(hù)鏡材料的損傷閾值,也就是說(shuō)防護(hù)鏡承受的功率密度,并且需要激光器穩(wěn)定測(cè)試至少10秒(CW)或100個(gè)脈沖(脈沖模式)。
工作模式:激光工作在不同模式具有不同的功率密度特性,需要不同的防護(hù)眼鏡。
模式 | 定義 | 脈沖寬度 |
D | 連續(xù)(CW)恒定功率 | >0.25s |
I | 脈沖:短單個(gè)或周期能量輻射 | > 1 us to 0.25 s |
R | 大量脈沖:很短單個(gè)或周期能量輻射 | 1 us to 1 ns |
M | 鎖模 | < 1 ns (皮秒和飛秒) |
標(biāo)度從L1到L10,數(shù)字是光學(xué)密度的下限,Ln是指OD>n,或T<10^(-n),T為透過(guò)率。對(duì)于給定激光器最小標(biāo)度取決于工作模式和波長(zhǎng)。
工作模式 | 波長(zhǎng)范圍 | 最大激光功率密度 | 給定功率最小防護(hù)等級(jí)* |
D (連續(xù)) | 180–315 nm | 1×10n-3 W/m2 | log(P) + 3 |
315–1400 nm | 1×10n+1 W/m2 | log(P) - 1 | |
1400 nm–1000 μm | 1×10n+3 W/m2 | log(P) - 3 | |
I,R (脈沖) | 180–315 nm | 3×10n+1 J/m2 | log(E/3) - 1 |
315–1400 nm | 5×10n-3 J/m2 | log(E/5) + 3 | |
1400 nm–1000 μm | 1×10n+2 J/m2 | log(E) - 2 | |
M (超短脈沖) | 180–315 nm | 1×10n+10 W/m2 | log(P) - 10 |
315–1400 nm | 1.5×10n-4 J/m2 | log(E/1.5) + 4 | |
1400 nm–1000 μm | 1×10n+11 W/m2 | log(P) - 11 |
舉例:
1、1064nm激光器,脈寬10ns,100mJ/cm2(103 J/m2)?,F(xiàn)在有一個(gè)防護(hù)眼鏡標(biāo)稱為DIR 1064 L5。激光脈寬表明應(yīng)該選R模式,標(biāo)度n=5,最大激光功率密度上限為5×102J/m2,表明這款激光防護(hù)眼鏡不適合防護(hù)這種激光器。
2、780nm激光器,連續(xù),功率密度50 mW/cm2(P = 500 W/m2),表面需要D模式,最小防護(hù)等級(jí)為log(500)-1=1.69,約等于2,這時(shí),安全防護(hù)眼鏡等級(jí)最小為D 780 L2。
從這個(gè)標(biāo)度可以推測(cè)對(duì)應(yīng)n=0的功率密度,在沒(méi)有防護(hù)眼鏡時(shí)是安全的。
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