Bezpieczeństwo lasera

Symbol ostrzegawczy lasera

Bezpieczeństwo promieniowania laserowego to bezpieczne projektowanie, użytkowanie i wdrażanie laserów w celu zminimalizowania ryzyka wypadków związanych z laserem , zwłaszcza związanych z urazami oczu . Ponieważ nawet stosunkowo niewielkie ilości światła laserowego mogą prowadzić do trwałych obrażeń oczu, sprzedaż i użytkowanie laserów zazwyczaj podlega przepisom rządowym.

Lasery o średniej i dużej mocy są potencjalnie niebezpieczne, ponieważ mogą spalić siatkówkę , a nawet skórę. Aby kontrolować ryzyko obrażeń, różne specyfikacje, na przykład 21 Code of Federal Regulations (CFR) Part 1040 w USA i IEC 60825 na całym świecie, definiują „klasy” laserów w zależności od ich mocy i długości fali. Przepisy te nakładają na producentów wymagane środki bezpieczeństwa, takie jak oznaczanie laserów specjalnymi ostrzeżeniami i noszenie okularów ochronnych podczas pracy z laserami. Standardy konsensusu, takie jak American National Standards Institute (ANSI) Z136, zapewniają użytkownikom środki kontroli zagrożeń laserowych, a także różne tabele pomocne w obliczaniu limitów maksymalnej dopuszczalnej ekspozycji (MPE) i dostępnych limitów ekspozycji (AEL).

Efekty termiczne są główną przyczyną uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem laserowym, ale efekty fotochemiczne mogą również budzić obawy w przypadku określonych długości fal promieniowania laserowego. Nawet lasery o średniej mocy mogą spowodować uszkodzenie oka. Lasery o dużej mocy mogą również poparzyć skórę. Niektóre lasery są tak silne, że nawet rozproszone odbicie od powierzchni może być niebezpieczne dla oka.

Schemat ludzkiego oka

Spójność i niski kąt rozbieżności światła laserowego, wspomagane ogniskowaniem z soczewki oka , mogą powodować koncentrację promieniowania laserowego w bardzo małej plamce na siatkówce. Przejściowy wzrost o zaledwie +10°C (+18°F) może zniszczyć komórki fotoreceptorów siatkówki . Jeśli laser jest wystarczająco silny, trwałe uszkodzenie może nastąpić w ciągu ułamka sekundy, czyli szybciej niż mrugnięcie okiem. Wystarczająco mocne lasery w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni (400-1400 nm ) przenikają do gałki ocznej i mogą powodować nagrzewanie siatkówki, podczas gdy ekspozycja na promieniowanie laserowe o długości fali mniejszej niż 400 nm lub większej niż 1400 nm jest w dużej mierze absorbowana przez rogówkę i soczewkę, prowadząc do rozwoju zaćmy lub oparzeń .

Lasery na podczerwień są szczególnie niebezpieczne, ponieważ ochronna reakcja organizmu na niechęć do oślepiania, określana również jako „ odruch mrugania ”, jest wyzwalana tylko przez światło widzialne. Na przykład niektóre osoby narażone na działanie laserów Nd:YAG o dużej mocy emitujących niewidzialne promieniowanie 1064 nm mogą nie odczuwać bólu lub zauważyć natychmiastowe uszkodzenie wzroku. Odgłos trzasku lub kliknięcia dochodzący z gałki ocznej może być jedyną oznaką uszkodzenia siatkówki, tj. siatkówka została podgrzana do temperatury ponad 100°C (212°F), co spowodowało miejscowe wybuchowe wrzenie, któremu towarzyszyło natychmiastowe utworzenie trwałego martwy punkt .

Mechanizmy uszkodzeń

Typowa amerykańska etykieta ostrzegawcza ( ANSI ) dotycząca lasera

Lasery mogą powodować uszkodzenia tkanek biologicznych, zarówno oka, jak i skóry, z powodu kilku mechanizmów. Uszkodzenie termiczne lub oparzenie występuje , gdy tkanki są podgrzewane do punktu, w którym następuje denaturacja białek . Innym mechanizmem jest fotochemiczne , w którym światło wyzwala reakcje chemiczne w tkance. Uszkodzenia fotochemiczne występują głównie w przypadku światła krótkofalowego (niebieskiego i ultrafioletowego ) i mogą kumulować się w ciągu godzin. Impulsy laserowe krótsze niż około 1 μs może spowodować gwałtowny wzrost temperatury, powodując wybuchowe wrzenie wody. Fala uderzeniowa z eksplozji może następnie spowodować uszkodzenia stosunkowo daleko od punktu uderzenia. Ultrakrótkie impulsy mogą również wykazywać samoogniskowanie w przezroczystych częściach oka, co prowadzi do zwiększenia potencjału uszkodzenia w porównaniu z dłuższymi impulsami o tej samej energii. Fotojonizacja okazała się głównym mechanizmem uszkodzeń radiacyjnych przy zastosowaniu lasera tytanowo-szafirowego .

Oko skupia światło widzialne i bliskiej podczerwieni na siatkówce. Wiązka laserowa może zostać skupiona na siatkówce do intensywności, która może być nawet 200 000 razy większa niż w punkcie, w którym wiązka laserowa wchodzi do oka. Większość światła jest absorbowana przez melaniny w nabłonku barwnikowym tuż za fotoreceptorami i powoduje oparzenia siatkówki. Światło ultrafioletowe o długości fali krótszej niż 400 nm jest zwykle absorbowane przez soczewkę , a 300 nm w rogówce , gdzie może powodować obrażenia przy stosunkowo niskich mocach z powodu uszkodzeń fotochemicznych. Światło podczerwone powoduje głównie uszkodzenia termiczne siatkówki przy długości fal bliskiej podczerwieni i bardziej przednich części oka przy dłuższych falach. Poniższa tabela podsumowuje różne stany chorobowe spowodowane przez lasery o różnych długościach fal, z wyłączeniem urazów spowodowanych laserami pulsacyjnymi.

Zakres długości fali Efekt patologiczny
180–315 nm ( UV-B , UV-C ) Fotokeratitis ( zapalenie rogówki, odpowiednik oparzenia słonecznego )
315–400 nm ( UV-A ) Zaćma fotochemiczna (zmętnienie soczewki oka)
400–780 nm (widoczne) Fotochemiczne uszkodzenie siatkówki, oparzenie siatkówki
780–1400 nm (bliska podczerwień) Zaćma , oparzenie siatkówki
1,4–3,0 μm (IR) Rozbłysk wodnisty (białko w cieczy wodnistej ), zaćma, oparzenie rogówki
3,0 μm–1 mm Oparzenie rogówki

Skóra jest zwykle znacznie mniej wrażliwa na światło laserowe niż oko, ale nadmierna ekspozycja na światło ultrafioletowe z dowolnego źródła (laserowego lub nie) może powodować krótko- i długoterminowe skutki podobne do oparzeń słonecznych, podczas gdy fale widzialne i podczerwone są głównie szkodliwe z powodu uszkodzeń termicznych.

Lasery i bezpieczeństwo lotnicze

Główny artykuł: Lasery i bezpieczeństwo lotnicze

FAA [ wymagane wyjaśnienie ] naukowcy skompilowali bazę danych zawierającą ponad 400 zgłoszonych incydentów, które miały miejsce w latach 1990-2004, w których piloci zostali zaskoczeni, rozproszeni, tymczasowo oślepieni lub zdezorientowani przez ekspozycję laserową. Ta informacja doprowadziła do śledztwa w Kongresie USA . Narażenie na ręczne światło laserowe w takich okolicznościach może wydawać się trywialne, biorąc pod uwagę krótki czas naświetlania, duże odległości i rozpiętość wiązki do kilku metrów. Jednak ekspozycja na laser może powodować niebezpieczne warunki, takie jak ślepota na błysk . Jeśli zdarzy się to w krytycznym momencie eksploatacji statku powietrznego, statek powietrzny może być zagrożony. Ponadto około 18% do 35% populacji posiada autosomalną dominującą cechę genetyczną , foticzne kichanie , która powoduje, że osoba dotknięta chorobą doświadcza mimowolnego napadu kichania po wystawieniu na nagły błysk światła.

Maksymalna dopuszczalna ekspozycja

Maksymalna dopuszczalna ekspozycja (MPE) na rogówkę dla skolimowanej wiązki laserowej zgodnie z normą IEC 60825, jako gęstość energii w funkcji czasu ekspozycji dla różnych długości fal
MPE jako gęstość mocy w funkcji czasu ekspozycji dla różnych długości fal
MPE jako gęstość energii w funkcji długości fali dla różnych czasów ekspozycji (czas trwania impulsu)

Maksymalne dopuszczalne narażenie (MPE) to największa moc lub gęstość energii (w W/cm 2 lub J/cm 2 ) źródła światła, które jest uważane za bezpieczne, tj. takie, którego prawdopodobieństwo powstania uszkodzeń jest znikome . Zwykle około 10% dawki ma 50% szans na wyrządzenie szkód w najgorszych warunkach. MPE mierzy się na rogówce ludzkiego oka lub na skórze dla danej długości fali i czasu ekspozycji.

Obliczenie błędu granicznego dopuszczalnego dla narażenia oka uwzględnia różne sposoby, w jakie światło może oddziaływać na oko. Na przykład głębokie światło ultrafioletowe powoduje akumulację uszkodzeń, nawet przy bardzo niskich mocach. Podczerwień światło o długości fali dłuższej niż około 1400 nm jest absorbowane przez przezroczyste części oka, zanim dotrze do siatkówki, co oznacza, że ​​błąd graniczny dla tych długości fal jest wyższy niż dla światła widzialnego. Oprócz długości fali i czasu ekspozycji, MPE uwzględnia przestrzenny rozkład światła (z lasera lub w inny sposób). Skolimowane wiązki laserowe światła widzialnego i bliskiej podczerwieni są szczególnie niebezpieczne przy stosunkowo niskich mocach, ponieważ soczewka skupia światło na maleńkiej plamce na siatkówce. Źródła światła o mniejszym stopniu spójności przestrzennej niż dobrze skolimowana wiązka laserowa, takie jak diody LED dużej mocy , prowadzą do rozłożenia światła na większym obszarze siatkówki. Dla takich źródeł MPE jest wyższe niż dla skolimowanych wiązek laserowych. W obliczeniach MPE przyjmuje się najgorszy scenariusz, w którym soczewka oka skupia światło na najmniejszej możliwej wielkości plamki na siatkówce dla określonej długości fali, a źrenica jest całkowicie otwarta . Chociaż MPE jest określane jako moc lub energia na jednostkę powierzchni, opiera się na mocy lub energii, która może przejść przez całkowicie otwartą źrenicę (0,39 cm 2 ) dla długości fal widzialnych i bliskiej podczerwieni. Dotyczy to wiązek laserowych, które mają przekrój mniejszy niż 0,39 cm2 . Normy IEC-60825-1 i ANSI Z136.1 obejmują metody obliczania MPE.

Przepisy prawne

W różnych jurysdykcjach organy normalizacyjne, ustawodawstwo i przepisy rządowe definiują klasy laserów zgodnie z zagrożeniami z nimi związanymi oraz określają wymagane środki bezpieczeństwa dla osób, które mogą być narażone na działanie tych laserów.

We Wspólnocie Europejskiej (WE) wymagania dotyczące ochrony oczu są określone w normie europejskiej EN 207 . Oprócz normy EN 207, norma europejska EN 208 określa wymagania dotyczące gogli używanych podczas ustawiania wiązki. Przepuszczają one część światła laserowego, pozwalając operatorowi zobaczyć, gdzie znajduje się wiązka, i nie zapewniają pełnej ochrony przed bezpośrednim uderzeniem wiązki laserowej. Wreszcie norma europejska EN 60825 określa gęstości optyczne w sytuacjach ekstremalnych.

W Stanach Zjednoczonych wytyczne dotyczące stosowania okularów ochronnych i innych elementów bezpiecznego użytkowania lasera są podane w serii norm ANSI Z136. Te konsensusowe normy są przeznaczone dla użytkowników laserów, a ich pełne kopie można nabyć bezpośrednio od ANSI lub oficjalnego sekretariatu Accredited Standards Committee (ASC) Z136 i wydawcy tej serii norm ANSI, Laser Institute of America . Normy są następujące:

  • ANSI Z136.1 – Safe Use of Lasers
Jako dokument nadrzędny serii norm bezpieczeństwa laserowego Z136, Z136.1 stanowi podstawę programów bezpieczeństwa laserowego dla przemysłu, wojska, badań i rozwoju (laboratoria) oraz szkolnictwa wyższego (uniwersytety ).
Niniejsza norma zawiera wytyczne dotyczące bezpiecznego użytkowania, konserwacji, serwisowania i instalacji optycznych systemów komunikacyjnych wykorzystujących diody laserowe lub diody elektroluminescencyjne działające w zakresie długości fal od 0,6 μm do 1 mm. Systemy komunikacji optycznej obejmują łącza światłowodowe od końca do końca, stałe naziemne łącza typu punkt-punkt w wolnej przestrzeni lub kombinację obu.
  • ANSI Z136.3 – Bezpieczne użytkowanie laserów w opiece zdrowotnej
Zawiera wskazówki dla osób, które pracują z laserami i systemami laserowymi wysokiej mocy klasy 3B i 4 w opiece zdrowotnej.
  • ANSI Z136.4 – Zalecane praktyki dotyczące laserowych pomiarów bezpieczeństwa do oceny zagrożeń
Zawiera wytyczne dotyczące procedur pomiarowych niezbędnych do klasyfikacji i oceny zagrożeń związanych z promieniowaniem optycznym.
  • ANSI Z136.5 – Bezpieczne użytkowanie laserów w instytucjach edukacyjnych
Dotyczy kwestii związanych z bezpieczeństwem laserów w placówkach oświatowych.
  • ANSI Z136.6 – Bezpieczne użytkowanie laserów na zewnątrz
Zawiera wytyczne dotyczące bezpiecznego użytkowania laserów na zewnątrz, np. na budowach, w pokazach/ pokazach laserowych , w badaniach naukowych/astronomicznych iw wojsku.
  • ANSI Z136.7 – Testowanie i oznakowanie sprzętu chroniącego przed promieniowaniem laserowym
Zawiera rozsądne i odpowiednie wytyczne dotyczące metod i protokołów testowych stosowanych w celu zapewnienia ochrony oczu przed laserami i systemami laserowymi.
  • ANSI Z136.8 – Safe Use of Lasers in Research, Development, or Testing
Zawiera wytyczne dotyczące bezpiecznego użytkowania laserów i systemów laserowych w środowiskach badawczych, rozwojowych lub testowych, w których może brakować lub być wyłączone zabezpieczenia wspólne dla komercyjnych laserów .
  • ANSI Z136.9 — Bezpieczne użytkowanie laserów w środowiskach produkcyjnych
Norma ta, mająca na celu ochronę osób potencjalnie narażonych na działanie lasera w środowiskach produkcyjnych, zawiera zasady i procedury zapewniające bezpieczeństwo lasera zarówno w przemyśle publicznym, jak i prywatnym, a także w zakresie opracowywania produktów wraz z testowaniem.

Na mocy 21 CFR 1040 amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) reguluje wprowadzanie produktów laserowych do obrotu i wymaga, aby wszystkie lasery klasy IIIb i klasy IV oferowane w handlu w USA były wyposażone w pięć standardowych funkcji bezpieczeństwa: przełącznik kluczykowy, klucz sprzętowy blokady bezpieczeństwa , wskaźnik zasilania, przesłona przysłony i opóźnienie emisji (zwykle od dwóch do trzech sekund). Lasery OEM, zaprojektowane jako części innych komponentów (takich jak nagrywarki DVD ), są zwolnione z tego wymogu. Niektóre nieprzenośne lasery mogą nie mieć klucza sprzętowego ani opóźnienia emisji, ale mają przycisk zatrzymania awaryjnego i/lub przełącznik zdalny.

Klasyfikacja

Maksymalne dopuszczalne cw-moce dla laserów klas 1, 2, 3R i 3B zgodnie z normą EN 60825-1:2007. Należy zauważyć, że te wartości dotyczą tylko statycznych, punktowych źródeł laserowych (tj. skolimowanych lub słabo rozbieżnych wiązek laserowych).

Lasery zostały sklasyfikowane według długości fali i mocy na cztery klasy i kilka podklas od wczesnych lat siedemdziesiątych. Klasyfikacje kategoryzują lasery zgodnie z ich zdolnością do powodowania uszkodzeń u narażonych osób, od klasy 1 (brak zagrożenia podczas normalnego użytkowania) do klasy 4 (poważne zagrożenie dla oczu i skóry). Istnieją dwa systemy klasyfikacji, „stary system” używany przed 2002 r. oraz „zmieniony system” wprowadzany stopniowo od 2002 r. Ten ostatni odzwierciedla większą wiedzę na temat laserów, która została zgromadzona od czasu opracowania pierwotnego systemu klasyfikacji i pozwala na pewne rodzaje laserów, które mają być uznane za stwarzające mniejsze zagrożenie niż wynikało z ich umieszczenia w pierwotnym systemie klasyfikacji. Zmieniony system jest częścią zmienionej normy IEC 60825. Od 2007 roku zrewidowany system jest również włączony do zorientowanego na USA ANSI (ANSI Z136.1). Od 2007 roku FDA akceptuje oznakowanie według zmienionego systemu na produktach laserowych importowanych do USA. Stare i zmienione systemy można rozróżnić na podstawie klas 1M, 2M i 3R używanych tylko w zmienionym systemie oraz klas 2A i 3A używanych tylko w starym systemie. Numery klas zostały oznaczone cyframi rzymskimi (I – IV) w USA w starym systemie i cyframi arabskimi (1–4) w UE. Zmieniony system używa cyfr arabskich (1–4) we wszystkich jurysdykcjach.

Klasyfikacja lasera opiera się na koncepcji dostępnych limitów emisji (AEL), które są określone dla każdej klasy lasera. Zwykle jest to maksymalna moc (w W) lub energia (w J), jaką można wyemitować w określonym zakresie długości fal i czasie naświetlania, który przechodzi przez określony otwór przysłony w określonej odległości. Dla długości fali podczerwieni powyżej 4 μm określa się ją jako maksymalną gęstość mocy (w W/ m2 ). Obowiązkiem producenta jest zapewnienie prawidłowej klasyfikacji lasera oraz wyposażenie lasera w odpowiednie etykiety ostrzegawcze i środki bezpieczeństwa zgodnie z przepisami. Środki bezpieczeństwa stosowane w laserach o większej mocy obejmują obsługę sterowaną kluczem, lampki ostrzegawcze wskazujące emisję światła laserowego, ogranicznik lub tłumik wiązki oraz styk elektryczny, który użytkownik może podłączyć do zatrzymania awaryjnego lub blokady.

Zmieniony system

Etykieta ostrzegawcza dla klasy 2 i wyższej

Poniżej wymieniono główne cechy i wymagania dotyczące systemu klasyfikacji, zgodnie z normą IEC 60825-1, wraz z typowymi wymaganymi etykietami ostrzegawczymi. Ponadto klasy 2 i wyższe muszą mieć pokazaną tutaj trójkątną etykietę ostrzegawczą, aw określonych przypadkach wymagane są inne etykiety wskazujące emisję lasera, apertury lasera, zagrożenia dla skóry i niewidzialne długości fal. W przypadku klas od I do IV patrz sekcja stary system poniżej.

Klasa 1

PRODUKT LASEROWY KLASY 1

Laser klasy 1 jest bezpieczny we wszystkich warunkach normalnego użytkowania. Oznacza to, że maksymalna dopuszczalna ekspozycja (MPE) nie może zostać przekroczona podczas oglądania lasera gołym okiem lub przy pomocy typowej optyki powiększającej (np. lunety lub mikroskopu) ). Aby zweryfikować zgodność, norma określa aperturę i odległość odpowiadające gołym oku, typowy teleskop oglądający wiązkę skolimowaną i typowy mikroskop oglądający wiązkę rozbieżną. Należy zdać sobie sprawę, że niektóre lasery sklasyfikowane jako klasa 1 mogą nadal stanowić zagrożenie podczas oglądania przez teleskop lub mikroskop o odpowiednio dużej aperturze. Na przykład laser dużej mocy z bardzo dużą skolimowaną wiązką lub bardzo silnie rozbieżną wiązką można sklasyfikować w klasie 1, jeżeli moc przechodząca przez szczeliny określone w normie jest mniejsza niż AEL dla klasy 1; jednak niebezpieczny poziom mocy może zostać zebrany przez optykę powiększającą o większej aperturze. Często urządzenia takie jak napędy optyczne będą uważane za klasy 1, jeśli w pełni zawierają wiązkę mocniejszego lasera wyższej klasy, tak że żadne światło nie ucieka podczas normalnego użytkowania.

klasa 1M



PROMIENIOWANIE LASEROWE NIE PATRZEĆ BEZPOŚREDNIO PRZY UŻYCIU INSTRUMENTÓW OPTYCZNYCH PRODUKT LASEROWY KLASY 1M

Laser klasy 1M jest bezpieczny we wszystkich warunkach użytkowania, z wyjątkiem sytuacji, gdy przechodzi przez optykę powiększającą, taką jak mikroskopy i teleskopy. Lasery klasy 1M wytwarzają wiązki o dużej średnicy lub wiązki, które są rozbieżne. Normalnie MPE dla lasera klasy 1M nie może zostać przekroczony, chyba że do zawężenia wiązki zostanie użyta optyka skupiająca lub obrazująca. Jeśli wiązka zostanie ponownie skupiona, zagrożenie ze strony laserów klasy 1M może wzrosnąć, a klasa produktu może ulec zmianie. Laser można zaklasyfikować do klasy 1M, jeśli moc, która może przejść przez źrenicę gołego oka, jest mniejsza niż AEL dla klasy 1, ale moc, która może zostać zebrana w oku przez typową optykę powiększającą (zgodnie z definicją w normie ) jest wyższa niż AEL dla klasy 1 i niższa niż AEL dla klasy 3B.

klasa 2



PROMIENIOWANIE LASEROWE NIE PATRZEĆ W WIĄZKĘ PRODUKT LASEROWY KLASY 2

Laser klasy 2 jest uważany za bezpieczny, ponieważ odruch mrugania (reakcja niechęci do olśnienia na jasne światło) ogranicza ekspozycję do nie więcej niż 0,25 sekundy. Dotyczy to tylko laserów światła widzialnego (400–700 nm). Lasery klasy 2 są ograniczone do fali ciągłej o mocy 1 mW lub większej, jeśli czas emisji jest krótszy niż 0,25 sekundy lub jeśli światło nie jest przestrzennie spójne. Celowe tłumienie odruchu mrugania może prowadzić do urazu oka. Niektóre wskaźniki laserowe i przyrządy pomiarowe są klasy 2.

Klasa 2M




PROMIENIOWANIE LASEROWE NIE PATRZEĆ W WIĄZKĘ ANI NIE PATRZEĆ BEZPOŚREDNIO PRZY POMOCY INSTRUMENTÓW OPTYCZNYCH PRODUKT LASEROWY KLASY 2M

Laser klasy 2M jest bezpieczny ze względu na odruch mrugania, jeśli nie jest oglądany przez instrumenty optyczne. Podobnie jak w przypadku klasy 1M dotyczy to wiązek laserowych o dużej średnicy lub dużej rozbieżności, dla których ilość światła przechodzącego przez źrenicę nie może przekroczyć limitów dla klasy 2.

klasa 3R



PROMIENIOWANIE LASEROWE UNIKAĆ BEZPOŚREDNIEGO NARAŻENIA OCZU PRODUKT LASEROWY KLASY 3R

Laser klasy 3R jest uważany za bezpieczny, jeśli obchodzi się z nim ostrożnie i przy ograniczonej widoczności wiązki. W przypadku lasera klasy 3R MPE można przekroczyć, ale przy niskim ryzyku obrażeń. Widoczne ciągłe lasery w klasie 3R są ograniczone do 5 mW. W przypadku innych długości fal i laserów impulsowych obowiązują inne ograniczenia.

Klasa 3B



PROMIENIOWANIE LASEROWE UNIKAĆ EKSPOZYCJI NA PROMIENIOWANIE PRODUKTU LASEROWEGO KLASY 3B

Laser klasy 3B jest niebezpieczny, jeśli oko jest bezpośrednio narażone, ale odbicia rozproszone, takie jak odbicia od papieru lub innych matowych powierzchni, nie są szkodliwe. AEL dla laserów ciągłych w zakresie długości fal od 315 nm do dalekiej podczerwieni wynosi 0,5 W. Dla laserów impulsowych między 400 a 700 nm granica wynosi 30 mJ. Inne ograniczenia dotyczą innych długości fal i ultrakrótkich impulsów lasery. Okulary ochronne są zwykle wymagane tam, gdzie może wystąpić bezpośrednie widzenie wiązki laserowej klasy 3B. Lasery klasy 3B muszą być wyposażone w wyłącznik kluczowy i blokadę bezpieczeństwa. Lasery klasy 3B są używane w nagrywarkach CD i DVD, chociaż sama jednostka nagrywająca należy do klasy 1, ponieważ światło lasera nie może jej opuścić.

klasa 4




PROMIENIOWANIE LASEROWE UNIKAĆ NARAŻENIA OCZU LUB SKÓRY NA PROMIENIOWANIE BEZPOŚREDNIE LUB ROZPROSZONE PRODUKT LASEROWY KLASY 4

Klasa 4 to najwyższa i najniebezpieczniejsza klasa lasera, obejmująca wszystkie lasery, które przekraczają AEL klasy 3B. Z definicji laser klasy 4 może poparzyć skórę lub spowodować druzgocące i trwałe uszkodzenie oczu w wyniku bezpośredniego, rozproszonego lub pośredniego widzenia wiązki. Lasery te mogą zapalić materiały palne, a tym samym mogą stanowić zagrożenie pożarowe. Zagrożenia te mogą również dotyczyć pośrednich lub nieodblaskowych odbić wiązki, nawet od pozornie matowych powierzchni – co oznacza, że ​​należy bardzo uważać, aby kontrolować ścieżkę wiązki. Lasery klasy 4 muszą być wyposażone w wyłącznik kluczykowy i blokadę bezpieczeństwa. Większość laserów przemysłowych, naukowych, wojskowych i medycznych należy do tej kategorii. Lasery medyczne mogą mieć rozbieżne emisje i wymagają znajomości nominalnej odległości zagrożenia dla oka (NOHD) i nominalnego obszaru zagrożenia dla oka (NOHA).

Stary system

Laser zielony – klasa IIIb w porównaniu do klasy IIIa

Klasy bezpieczeństwa w „starym systemie” klasyfikacji zostały ustalone w Stanach Zjednoczonych na podstawie norm konsensusu (ANSI Z136.1) oraz przepisów federalnych i stanowych. Międzynarodowa klasyfikacja opisana w normach konsensusowych, takich jak IEC 825 (później IEC 60825), była oparta na tych samych koncepcjach, ale została przedstawiona z oznaczeniami nieco różniącymi się od klasyfikacji amerykańskiej.

Ten system klasyfikacji jest tylko nieznacznie zmieniony w stosunku do oryginalnego systemu opracowanego na początku lat siedemdziesiątych. Jest nadal używany przez amerykańskie przepisy dotyczące bezpieczeństwa produktów laserowych. Podane moce lasera są wartościami typowymi. Klasyfikacja zależy również od długości fali i od tego, czy laser jest impulsowy, czy ciągły. W przypadku laserów klas od 1 do 4 patrz sekcja dotycząca zmienionego systemu powyżej.

klasa I

Z natury bezpieczny; brak możliwości uszkodzenia wzroku. Może to być spowodowane niską mocą wyjściową (w takim przypadku uszkodzenie wzroku jest niemożliwe nawet po wielu godzinach ekspozycji) lub obudową uniemożliwiającą użytkownikowi dostęp do wiązki laserowej podczas normalnej pracy, na przykład w odtwarzaczach CD lub drukarkach laserowych .

Klasa II

Odruch mrugnięcia ludzkiego oka ( reakcja niechęci ) zapobiegnie uszkodzeniu oka, chyba że osoba celowo wpatruje się w wiązkę przez dłuższy czas. Moc wyjściowa może wynosić do 1 mW. Ta klasa obejmuje tylko lasery emitujące światło widzialne . Niektóre wskaźniki laserowe należą do tej kategorii.

klasa Ia

Obszar na końcu klasy II o małej mocy, w którym laser wymaga ponad 1000 sekund ciągłego oglądania, aby spowodować oparzenie siatkówki. Komercyjne skanery laserowe należą do tej podklasy.

klasa IIIa

Lasery tej klasy są najbardziej niebezpieczne w połączeniu z przyrządami optycznymi, które zmieniają średnicę wiązki lub gęstość mocy, jednak nawet bez wzmocnienia przyrządu optycznego bezpośredni kontakt z okiem przez ponad dwie minuty może spowodować poważne uszkodzenie siatkówki. Moc wyjściowa nie przekracza 5 mW. Gęstość mocy wiązki nie może przekraczać 2,5 mW/cm 2 , jeśli urządzenie nie jest oznaczone etykietą ostrzegawczą „uwaga”, w przeciwnym razie wymagana jest etykieta ostrzegawcza „niebezpieczeństwo”. W tej kategorii znajduje się wiele celowników laserowych do broni palnej i wskaźników laserowych powszechnie używanych do prezentacji.

klasa IIIb

Lasery tej klasy mogą spowodować uszkodzenie, jeśli wiązka wpadnie bezpośrednio do oka. Zasadniczo dotyczy to laserów o mocy od 5 do 500 mW. Lasery z tej kategorii mogą powodować trwałe uszkodzenie oczu przy ekspozycji wynoszącej 1/100 sekundy lub więcej, w zależności od mocy lasera. Odbicie rozproszone generalnie nie jest niebezpieczne, ale odbicia zwierciadlane mogą być równie niebezpieczne jak bezpośrednie narażenie. Okulary ochronne są zalecane, gdy może wystąpić bezpośrednia wiązka laserów klasy IIIb. Lasery o dużej mocy tej klasy mogą również stwarzać zagrożenie pożarowe i mogą powodować lekkie poparzenia skóry.

Klasa IV

Lasery w tej klasie mają moc wyjściową większą niż 500 mW w wiązce i mogą powodować poważne, trwałe uszkodzenie oczu lub skóry bez skupienia przez optykę oka lub oprzyrządowanie. Rozproszone odbicia wiązki laserowej mogą być niebezpieczne dla skóry lub oczu w nominalnej strefie zagrożenia . ( Nominalna strefa zagrożenia to obszar wokół lasera, w którym przekroczony jest odpowiedni dopuszczalny błąd dopuszczalny). Wiele laserów przemysłowych, naukowych, wojskowych i medycznych należy do tej kategorii.

Środki bezpieczeństwa

Ogólne środki ostrożności

Wielu naukowców zajmujących się laserami zgadza się co do następujących wskazówek:

  • Każdy, kto używa lasera, powinien być świadomy zagrożeń. Ta świadomość to nie tylko kwestia czasu spędzonego z laserami; wręcz przeciwnie, długotrwałe radzenie sobie z niewidocznymi zagrożeniami (takimi jak promienie lasera na podczerwień) raczej zmniejszają świadomość ryzyka niż ją wyostrzają, głównie z powodu samozadowolenia.
  • Eksperymenty optyczne należy przeprowadzać na stole optycznym , przy czym wszystkie wiązki laserowe poruszają się tylko w płaszczyźnie poziomej, a wszystkie wiązki powinny być zatrzymywane na krawędziach stołu. Użytkownicy nie powinni nigdy przykładać oczu do poziomu płaszczyzny poziomej, na której znajdują się promienie, w przypadku odbitych wiązek opuszczających stół.
  • Zegarki i inna biżuteria, które mogą wejść na płaszczyznę optyczną, nie powinny być wnoszone do laboratorium. Wszystkie obiekty nieoptyczne, które znajdują się blisko płaszczyzny optycznej, powinny mieć matowe wykończenie, aby zapobiec odbiciom lustrzanym .
  • Odpowiednia ochrona oczu powinna być zawsze wymagana dla wszystkich osób w pomieszczeniu, jeśli istnieje znaczne ryzyko urazu oczu.
  • Wiązki o dużym natężeniu, które mogą spowodować pożar lub uszkodzenie skóry (głównie z laserów klasy 4 i ultrafioletowych) i które nie są często modyfikowane, powinny być prowadzone przez nieprzezroczyste rurki.
  • Zestrojenie wiązek i elementów optycznych powinno być wykonywane przy zmniejszonej mocy wiązki, jeśli to tylko możliwe.

Okulary ochronne

Gogle laserowe

Stosowanie środków ochrony oczu podczas obsługi laserów klasy 3B i 4 w sposób, który może skutkować narażeniem oczu przekraczającym MPE, jest wymagane w miejscu pracy przez amerykańską administrację ds. bezpieczeństwa i higieny pracy .

Okulary ochronne w postaci odpowiednio filtrującej optyki mogą chronić oczy przed odbitym lub rozproszonym światłem lasera o niebezpiecznej mocy wiązki, a także przed bezpośrednim narażeniem na wiązkę lasera. Okulary muszą być dobrane do konkretnego typu lasera, aby blokować lub tłumić w odpowiednim zakresie długości fal. Na przykład okulary pochłaniające fale o długości 532 nm mają zazwyczaj pomarańczowy wygląd (chociaż nigdy nie należy polegać wyłącznie na kolorze soczewek przy wyborze ochrony oczu przed promieniowaniem laserowym), przepuszczając fale o długości większej niż 550 nm. Takie okulary byłyby bezużyteczne jako ochrona przed laserem o długości fali 800 nm. Ponadto niektóre lasery emitują więcej niż jedną długość fali światła, co może stanowić szczególny problem w przypadku niektórych tańszych laserów o podwójnej częstotliwości, takich jak „zielone wskaźniki laserowe” 532 nm, które są zwykle pompowane przez diody laserowe na podczerwień 808 nm, a także wygenerować podstawową wiązkę lasera o długości fali 1064 nm, która jest używana do wytworzenia końcowego sygnału wyjściowego o długości fali 532 nm. Jeśli promieniowanie podczerwone zostanie wpuszczone do wiązki, co ma miejsce w niektórych zielonych wskaźnikach laserowych, generalnie nie zostanie ono zablokowane przez zwykłe czerwone lub pomarańczowe okulary ochronne przeznaczone do wiązki czysto zielonej lub już z filtrem IR. Dostępny jest specjalny laser YAG i okulary o podwójnej częstotliwości do pracy z laserami YAG o podwójnej częstotliwości i innymi laserami IR, które mają wiązkę widzialną, ale jest to droższe, a produkty z zielonym laserem pompowanym podczerwienią nie zawsze określają, czy taka dodatkowa ochrona jest potrzebna .

Okulary są oceniane pod kątem gęstości optycznej (OD), która jest logarytmem o podstawie 10 współczynnika tłumienia, o który filtr optyczny zmniejsza moc wiązki. Na przykład okulary z OD 3 zmniejszą moc wiązki w określonym zakresie długości fal o współczynnik 1000. Oprócz gęstości optycznej wystarczającej do zmniejszenia mocy wiązki poniżej maksymalnej dopuszczalnej ekspozycji (patrz powyżej ), okulary laserowe stosowane tam, gdzie możliwa jest bezpośrednia ekspozycja na wiązkę laserową, powinny wytrzymać bezpośrednie uderzenie wiązką laserową bez pękania. Specyfikacje ochronne (długości fal i gęstości optyczne) są zwykle wydrukowane na goglach, zwykle w pobliżu górnej części urządzenia. We Wspólnocie Europejskiej producenci są zobowiązani zgodnie z europejską normą EN 207 do określania maksymalnej mocy znamionowej, a nie gęstości optycznej. Zawsze noś okulary ochronne.

Blokady i automatyczne wyłączanie

Blokady to obwody, które zatrzymują wiązkę laserową, jeśli nie jest spełniony jakiś warunek, na przykład jeśli obudowa lasera lub drzwi do pokoju są otwarte. Lasery klasy 3B i 4 zwykle zapewniają połączenie dla zewnętrznego obwodu blokady. Wiele laserów zalicza się do klasy 1 tylko dlatego, że światło jest zamknięte w zamkniętej obudowie, takiej jak napędy DVD lub przenośne odtwarzacze CD.

Niektóre systemy mają elektronikę, która automatycznie wyłącza laser w innych warunkach. Na przykład niektóre komunikacji światłowodowej mają obwody, które automatycznie przerywają transmisję, jeśli światłowód zostanie rozłączony lub uszkodzony.

Oficer bezpieczeństwa laserowego

W wielu jurysdykcjach organizacje obsługujące lasery są zobowiązane do wyznaczenia specjalisty ds. Bezpieczeństwa laserowego (LSO). LSO jest odpowiedzialny za zapewnienie przestrzegania przepisów bezpieczeństwa przez wszystkich innych pracowników w organizacji.

Wskaźniki laserowe

Główny artykuł: wskaźnik laserowy
Wskaźniki laserowe

W okresie od 1999 do 2016 roku coraz większą uwagę zwracano na zagrożenia stwarzane przez tzw. wskaźniki laserowe i długopisy laserowe. Zazwyczaj sprzedaż wskaźników laserowych jest ograniczona do klasy 3A (<5 mW) lub klasy 2 (<1 mW), w zależności od lokalnych przepisów. Na przykład w Stanach Zjednoczonych, Kanadzie i Wielkiej Brytanii maksymalna dozwolona klasa to 3A, chyba że zapewniono sterowanie uruchamiane kluczem lub inne zabezpieczenia. w Australii , klasa 2 jest maksymalną dozwoloną klasą. Ponieważ jednak egzekwowanie przepisów często nie jest zbyt surowe, wskaźniki laserowe klasy 2 i wyższej są często dostępne w sprzedaży nawet w krajach, w których jest to zabronione.

Van Norren i in. (1998) nie znaleźli w literaturze medycznej ani jednego przypadku lasera <1 mW klasy III powodującego uszkodzenie wzroku. Mainster i in. (2003) przedstawiają przypadek 11-letniego dziecka, które tymczasowo uszkodziło wzrok, trzymając blisko oka czerwony wskaźnik laserowy o mocy około 5 mW i wpatrując się w wiązkę przez 10 sekund; doświadczyła mroczka (ślepej plamki), ale w pełni wyzdrowiała po trzech miesiącach. Luttrull i Hallisey (1999) opisują podobny przypadek 34-letniego mężczyzny, który wpatrywał się w wiązkę czerwonego lasera klasy IIIa o mocy 5 mW przez 30 do 60 sekund, powodując tymczasowy mroczek centralny i utrata pola widzenia . Jego wzrok w pełni odzyskał w ciągu dwóch dni, w czasie badania wzroku. Dożylny angiogram fluoresceinowy dna oka , technika stosowana przez okulistów do szczegółowej wizualizacji siatkówki oka, zidentyfikował subtelne przebarwienia dołka .

Wydaje się zatem, że krótka 0,25-sekundowa ekspozycja na laser <5 mW, taki jak w przypadku czerwonych wskaźników laserowych, nie stanowi zagrożenia dla zdrowia oczu. Z drugiej strony istnieje ryzyko odniesienia obrażeń, jeśli osoba celowo wpatruje się w wiązkę lasera klasy IIIaa przez kilka sekund lub dłużej z bliskiej odległości. Nawet jeśli dojdzie do urazu, większość ludzi w pełni odzyska wzrok. Dalsze odczuwane dyskomforty niż te mogą mieć podłoże psychiczne, a nie fizyczne. W przypadku zielonych wskaźników laserowych bezpieczny czas ekspozycji może być krótszy, aw przypadku laserów o jeszcze większej mocy należy spodziewać się natychmiastowego trwałego uszkodzenia. Wnioski te należy uzupełnić najnowszymi obserwacjami teoretycznymi, że niektóre leki na receptę mogą wchodzić w interakcje z niektórymi długościami fal światła laserowego, powodując zwiększoną wrażliwość ( fototoksyczność ).

Poza kwestią fizycznego uszkodzenia oka przez wskaźnik laserowy, możliwych jest kilka innych niepożądanych skutków. Należą do nich krótkotrwała ślepota na błysk, jeśli wiązka zostanie napotkana w zaciemnionym otoczeniu, na przykład podczas jazdy nocą. Może to spowodować chwilową utratę kontroli nad pojazdem. Lasery skierowane na samoloty stanowią zagrożenie dla lotnictwa . Policjant widząc czerwoną kropkę na swojej klatce piersiowej może dojść do wniosku, że celuje w niego snajper i podjąć agresywną akcję. Ponadto zgłaszano, że odruch zaskoczenia wykazywany przez niektóre osoby wystawione nieoczekiwanie na tego rodzaju światło laserowe powodował przypadki samookaleczeń lub utraty kontroli. Z tych i podobnych powodów USA Food and Drug Administration poinformowała, że ​​wskaźniki laserowe nie są zabawkami i nie powinny być używane przez nieletnich, chyba że pod bezpośrednim nadzorem osoby dorosłej.

Światłowody do komunikacji

światłowodowego charakteryzuje się tym, że podczas normalnej pracy wiązka światła jest niedostępna, więc coś trzeba odłączyć lub zepsuć, aby stało się dostępne. Wynikowa wiązka wyjściowa jest dość rozbieżna, więc bezpieczeństwo oczu w dużym stopniu zależy od odległości i użycia urządzenia powiększającego.

W praktyce jest mało prawdopodobne, aby przypadkowa ekspozycja na działanie większości zainstalowanych systemów miała jakikolwiek wpływ na zdrowie, ponieważ poziomy mocy są zwykle poniżej 1 mW, a długość fali w podczerwieni, np. klasa 1. Istnieje jednak kilka istotnych wyjątków.

Większość jednomodowych/wielomodowych systemów światłowodowych faktycznie wykorzystuje światło podczerwone, niewidoczne dla ludzkiego oka. W tym przypadku nie ma reakcji awersji oczu. Szczególnym przypadkiem są systemy pracujące przy długości fali 670–1000 nm, w których wiązka może wydawać się matowoczerwona, nawet jeśli wiązka światła jest w rzeczywistości bardzo intensywna. Technicy mogą również używać czerwonych laserów do wykrywania usterek przy długości fali około 628–670 nm. Mogą one stwarzać poważne zagrożenie, jeśli są postrzegane nieprawidłowo, zwłaszcza jeśli mają nienormalnie dużą moc. Takie widoczne wykrywacze uszkodzeń są zwykle klasyfikowane jako klasa 2 do 1 mW i klasa 2M do 10 mW.

Wzmacniacze optyczne dużej mocy są stosowane w systemach dalekosiężnych. Używają wewnętrznych laserów pompujących o mocy do kilku watów, co stanowi poważne zagrożenie. Jednak te poziomy mocy są zawarte w module wzmacniacza. Każdy system wykorzystujący typowe złącza optyczne (tj. bez rozszerzonej wiązki) nie może zwykle przekroczyć około 100 mW, powyżej którego poziom mocy złącza jednomodowe stają się zawodne, więc jeśli w systemie jest złącze jednomodowe, projektowy poziom mocy zawsze będzie niższy niż ten poziomie, nawet jeśli nie są znane żadne inne szczegóły [ potrzebne źródło ] . Dodatkowym czynnikiem związanym z tymi systemami jest to, że światło w paśmie długości fali 1550 nm (powszechne dla wzmacniaczy optycznych) jest uważane za stosunkowo niskie ryzyko, ponieważ płyny oczne pochłaniają światło, zanim zostanie ono skupione na siatkówce. Prowadzi to do zmniejszenia ogólnego czynnika ryzyka takich systemów.

Mikroskopy optyczne i urządzenia powiększające również stanowią wyjątkowe wyzwanie w zakresie bezpieczeństwa. Jeśli obecna jest jakakolwiek moc optyczna, a do zbadania końca światłowodu używane jest proste urządzenie powiększające, wówczas użytkownik nie jest już chroniony przez rozbieżność wiązki, ponieważ cała wiązka może zostać zobrazowana na oko. Dlatego w takich sytuacjach nigdy nie należy używać prostych urządzeń powiększających. Dostępne są mikroskopy do inspekcji złączy optycznych, które zawierają filtry blokujące, co znacznie poprawia bezpieczeństwo oczu. Najnowszy taki projekt obejmuje również ochronę przed czerwonymi laserami lokalizującymi uszkodzenia.

Zagrożenia pozawiązkowe – elektryczne i inne

Informacje na temat ogólnego bezpieczeństwa elektrycznego można znaleźć w sekcji Wysokie napięcie .

Podczas gdy większość niebezpieczeństw związanych z laserami pochodzi z samej wiązki, istnieją pewne zagrożenia niezwiązane z wiązką, które często są związane z używaniem systemów laserowych. Wiele laserów to urządzenia wysokonapięciowe, zazwyczaj 400 V wzwyż dla małego lasera impulsowego 5 mJ i przekraczające wiele kilowoltów w laserach o większej mocy. To, w połączeniu z wodą pod wysokim ciśnieniem do chłodzenia lasera i innych powiązanych urządzeń elektrycznych, może stwarzać większe zagrożenie niż sama wiązka lasera.

Urządzenia elektryczne należy zasadniczo instalować co najmniej 250 mm (10 cali) nad podłogą, aby zmniejszyć ryzyko porażenia prądem w przypadku zalania. Stoły optyczne, lasery i inny sprzęt powinny być dobrze uziemione. Należy przestrzegać blokad obudowy i zachować specjalne środki ostrożności podczas rozwiązywania problemów.

Oprócz zagrożeń elektrycznych lasery mogą powodować zagrożenia chemiczne, mechaniczne i inne specyficzne dla określonych instalacji. Zagrożenia chemiczne mogą obejmować materiały właściwe dla lasera, takie jak tlenek berylu w tubach lasera jonowo-argonowego , halogeny w laserach ekscymerowych , barwniki organiczne rozpuszczone w toksycznych lub łatwopalnych rozpuszczalnikach w laserach barwnikowych oraz opary metali ciężkich i izolacja azbestowa w helowo- kadmowym lasery. Mogą to być również materiały uwalniane podczas obróbki laserowej, takie jak opary metali z cięcia lub obróbki powierzchniowej metali lub złożona mieszanka produktów rozkładu powstających w wysokoenergetycznej plazmie laserowego cięcia tworzyw sztucznych.

Zagrożenia mechaniczne mogą obejmować ruchome części pomp próżniowych i ciśnieniowych; implozja lub eksplozja lamp błyskowych , rur plazmowych, płaszczy wodnych i urządzeń do obsługi gazu.

Wysokie temperatury i zagrożenia pożarowe mogą również wynikać z działania lasera klasy IIIB o dużej mocy lub dowolnego lasera klasy IV.

W komercyjnych systemach laserowych środki ograniczające zagrożenia, takie jak obecność zatyczek topikowych , przerywaczy termicznych i zaworów nadmiarowych zmniejszają ryzyko, na przykład, wybuchu pary spowodowanego zatkaniem płaszcza chłodzącego wodę. Blokady, żaluzje i światła ostrzegawcze są często krytycznymi elementami nowoczesnych instalacji komercyjnych. W starszych laserach, systemach eksperymentalnych i hobbystycznych oraz wymontowanych z innego sprzętu (jednostki OEM) należy zachować szczególną ostrożność, aby przewidzieć i ograniczyć konsekwencje niewłaściwego użytkowania, a także różne tryby awarii.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Laser_safety&oldid=1142182569 ”