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激光器安全标准与激光防护镜的选择

发布时间:2018-06-19 来源:元禄光电

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激光器安全标准有美国标准ANSI 136.1,欧洲标准EN207/EN208/EC60825。

 

一、美国激光安全标准ANSI 136.1

激光器根据ANSI Z136.1标准分类为以下几个类别。

 

等级定义要求1无危险无需护目镜1M眼睛安全可见波长激光器(400-700nm),使用时无放大镜光学系统无需护目镜除非具有放大镜光学系统2眼睛安全可见波长激光器(400-700nm),(眨眼反射0.25秒内可防止损伤)无需护目镜2M眼睛安全可见波长激光器(400-700nm),(眨眼反射0.25秒内可防止损伤),使用时无放大镜光学系统建议使用护目镜3R间接观察光束可能不安全。最大允许曝光(MPE)可见光class 2激光器最高为5次,不可见光class1激光器最高为5次对眼睛有害,建议使用护目镜3B间接观察光束对眼睛有害,漫反射也会有害对眼睛有害,建议使用护目镜4直接和漫反射曝光对眼睛和皮肤有害。有燃烧和烧伤危害需要眼睛防护和其他人身安全防护

 

Class   1激光器,在所有正常使用条件下都是安全的。意味着当使用裸眼或使用典型放大光学系统(望远镜或显微镜)观察激光时,都不会超过最大允许曝光值(MPE)。为了验证该标准,标准指定了孔径和相对裸眼的距离,使用典型望远镜观测准直光束,使用典型显微镜观测发散光束。必须认识到,某些特定激光器被归类为Class 1,但是在使用具有非常大孔径的望远镜或显微镜,仍有可能产生损伤。例如,高功率激光器,具有很大的准直光束或高度发散光束,根据标准定义,通过孔径的功率比Class 1激光器的辐射极限(APL)低,或许会归类到等级1激光器,但是在使用大口径的放大镜会聚集不安全的功率值。

 

Class   1M激光器,除了通过显微镜和望远镜等放大光学系统外,在其他所有条件下使用都是安全的。Class 1M激光器产生大直径或发散光束。Class   1M激光器,通常不会超过MPE,除非使用聚焦或成像光学系统压缩光束。如果光束重新聚焦,Class 1M激光器的危险将会上升,激光器等级会改变。如果通过裸眼瞳孔的功率比Class 1激光器的辐射极限(APL)低,该激光器可以归类为Class 1M,但是,使用典型放大光学系统会将功率收集进眼中,超过等级1激光器的AEL,低于等级3B的AEL。

 

Class   2激光器,是安全的,因为眨眼反射会限制曝光不超过0.25秒。只适用于可见光激光器(400-700nm)。Class 2激光器,功率限制在连续为1mW,或在辐射时间低于0.25秒时功率更高,或光不是空间相干光。故意抑制眨眼反射会导致眼睛伤害。很多激光指示器和测量仪器是Class 2激光器.

 

Class   2M激光器,是安全的,如果不直接观察光学仪器,眨眼反射会避免伤害。与Class 1M激光器一样,激光光束具有大直径,或大发散角,光通过瞳孔的量不能超过Class 2的限制。

 

Class   3R激光器,在小心使用时是安全的,光束观察受限制。使用Class 3R激光器,可能会超过MPE,但是产生伤害的可能性较小。可见连续Class 3R激光器限制为5mW。其他波长和脉冲激光器,受其他条件限制。

 

Class   3B激光器,如果眼睛直接暴露会有危险,但是从纸张或其他粗糙表面的漫反射没有危险。连续激光器的AEL,波长范围从315nm到远红外为0.5W。400-700nm脉冲激光器限制为30mJ。其他波长或超短脉冲激光器适用其他限制。直接观察class 3B激光束时需要佩戴防护眼镜。class   3B激光器必须安装钥匙开关和安全内锁。class 3B激光器用在CD或DVD刻录机内部,但是刻录机是class 1,因为激光不会从刻录机单元射出。

 

Class   4激光器,是最高和最危险的激光器,包括所有超过Class   3B AEL的激光器。Class 4激光器可以灼烧皮肤,直接、漫反射或间接观察光束,会造成毁灭性的或永久的眼睛伤害。这些激光器可能会引燃可燃材料,会有火灾隐患。这些危险也适用间接或非镜面反射光束,甚至从明显的粗糙表面——这就意味着在控制光路时必须非常小心。Class 4激光器必须安装钥匙开关和安全内锁。大多数工业、科研、军事、医疗激光器为Class 4激光器。

 

ANSI Z136.1标准需要激光防护眼镜光学密度(OD)的参数,可以计算标称危险区域(NHZ),超出的可以使用护目镜观察漫反射。

 

光学密度(OD)是通过滤光片能量衰减的测量值。OD值越高,衰减越高,防护等级越高。也就是说,OD值是激光能量通过滤光片的测量值。

 

OD是透过率对数的倒数,OD =   -log10 T,T为透过率。

OD值透过率%衰减系数0100%1110%1021%10030.10%1,00040.01%10,00050.00%100,00060.00%1,000,00070.00%10,000,000

 

二、欧洲激光安全标准EN207/EN208/EC60825

欧洲激光安全标准EN 207/EN208,在决定激光安全要求时,考虑光学密度和激光器的功率/能量密度。与ANSI Z136.1相似,激光安全防护镜必须提供足够的光学密度来减小激光功率,达到或低于最大允许曝光值(MPE),也必须提供损伤阈值保护。根据EN207,激光安全护目镜必须免受激光器直接内部光束曝光。

 

EN207标准需要护目镜贴有防护等级标签,并详细说明它们的损伤阈值,(例如10600D L5(L5表示在10600nm 10秒内直接照射功率密度为100MW/cm2)。

 

EN207 的L比率为防护镜材料的损伤阈值,也就是说防护镜承受的功率密度,并且需要激光器稳定测试至少10秒(CW)或100个脉冲(脉冲模式)。

 

工作模式:激光工作在不同模式具有不同的功率密度特性,需要不同的防护眼镜。

 

模式定义脉冲宽度D连续(CW)恒定功率>0.25sI脉冲:短单个或周期能量辐射> 1 us to 0.25 sR大量脉冲:很短单个或周期能量辐射1 us to 1 nsM锁模< 1 ns (皮秒和飞秒)

   

标度从L1到L10,数字是光学密度的下限,Ln是指OD>n,或T<10^(-n),T为透过率。对于给定激光器最小标度取决于工作模式和波长。

 

工作模式波长范围最大激光功率密度给定功率最小防护等级*D (连续)180–315 nm1×10n-3 W/m²log(P) + 3315–1400 nm1×10n+1 W/m²log(P) - 11400 nm–1000 μm1×10n+3 W/m²log(P) - 3I,R (脉冲)180–315 nm3×10n+1 J/m²log(E/3) - 1315–1400 nm5×10n-3 J/m²log(E/5) + 31400 nm–1000 μm1×10n+2 J/m²log(E) - 2M (超短脉冲)180–315 nm1×10n+10 W/m²log(P) - 10315–1400 nm1.5×10n-4 J/m²log(E/1.5) + 41400 nm–1000 μm1×10n+11 W/m²log(P) - 11*P in W/m², E in J/m².Level numbers should be rounded     upwards.

 

举例:

1、1064nm激光器,脉宽10ns,100mJ/cm2(103 J/m2)。现在有一个防护眼镜标称为DIR 1064 L5。激光脉宽表明应该选R模式,标度n=5,最大激光功率密度上限为5×102J/m2,表明这款激光防护眼镜不适合防护这种激光器。

 

2、780nm激光器,连续,功率密度50 mW/cm2(P = 500 W/m2),表面需要D模式,最小防护等级为log(500)-1=1.69,约等于2,这时,安全防护眼镜等级最小为D 780 L2。

从这个标度可以推测对应n=0的功率密度,在没有防护眼镜时是安全的。

 

激光防护眼镜的选择

 

五个选择要素:

一、激光参数和使用条件

需要咨询激光器生产商对激光器防护的要求。

 

计算OD和功率密度要求,基于波长、功率(对于脉冲激光器,需要知道波长、能量、脉宽、重频),使用激光安全软件进行计算,软件例如Lazan,LaserSafePC,Easy Haz或 LIA's   LaserHazard Evaluator Software。

 

需要考虑:是否有激光曝光工程控制限制?在对齐可见光束时,是否要求有部分光束可见?间接光束曝光是否需要保护,或主要防护漫反射或散射能量?对于医疗应用,是否需要考虑医生和患者使用不同的防护眼镜(对于可见光透过(VLT),全眼球覆盖,重量等)?滤光片颜色/色彩还原是否影响使用?使用时是否有多个激光系统,或防护眼镜针对单个激光设计?

 

以上这些,需要询问激光安全防护眼镜生产商。

 

二、滤光片OD值,损伤阈值,可见光透过率(VLT)等要求。

需要保证滤光片会将能量降低到最大许可曝光(MPE)值以下。

检查滤光片的可见光透过率(VLT)。VLT是可见光透过滤光片的百分比,和眼睛对日光的光谱灵敏度对比。VLT越高越好。VLT低于20%,应该在很高光照条件下才可以使用。

 

考虑吸收或干涉滤光片。吸收滤光片材料是聚合物+染料或者玻璃,作用是吸收激光能量。干涉滤光片使用反射材料薄层提供保护。或者混合两种技术。

 

聚合物滤光片,重量轻,具有不同的可见光透过率,对UV、可见和近红外具有中等水平激光损伤阈值,对红外具有低水平激光损伤阈值。聚合物滤光片性价比高,佩戴方便,具有最高的耐冲击性。

 

玻璃滤光片,重量比较重,具有更高的可见光透过率,在更高曝光时具有更高的激光损伤阈值,镀有介质膜,同时具有最高的可见光透过率和最高的损伤阈值(某些能量没有被吸收而是被反射),价格也比较高。

 

三、镜架:样式和佩戴模式

选择镜架要求:

1、舒适:如果防护眼镜不舒服,用户就会不想使用。

 

2、美观:用户可以选择样式美观的防护眼镜。

 

NOIR很多镜架设计适合与处方近视眼镜同时佩戴,有些是通用的,佩戴与不佩戴处方眼镜都可以。

需要确保选择的镜架佩戴时面部匹配,没有缝隙。具有边缘防护的型号增加环境光,方便使用。

聚合物滤光片适用大部分的镜架,通常具有最大的视场和全角度覆盖。

 

四、适合:可调性,舒适、美观

1、如果防护镜不合适,用户就不愿意佩戴

 

2、用户不会佩戴不适合或他们不喜欢的。

 

五、要素:额外考虑因素

只有在佩戴时才有防护眼睛的功能,如果不使用,就没有防护功能。

 

如果防护眼镜太重,非常不匹配,设计很糟糕,或可见光透过率太低,用户就会不去佩戴防护眼镜。

 

滤光片的技术数据,包括批量数据,吸收特性,测试报告、CE证书,合格文件


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