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激光器安全標(biāo)準(zhǔn)與激光防護鏡的選擇

發(fā)布時間:2018-06-19 來源:元祿光電

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激光器安全標(biāo)準(zhǔn)有美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI 136.1,歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN207/EN208/EC60825。

 

一、美國激光安全標(biāo)準(zhǔn)ANSI 136.1

激光器根據(jù)ANSI Z136.1標(biāo)準(zhǔn)分類為以下幾個類別。

 

等級定義要求1無危險無需護目鏡1M眼睛安全可見波長激光器(400-700nm),使用時無放大鏡光學(xué)系統(tǒng)無需護目鏡除非具有放大鏡光學(xué)系統(tǒng)2眼睛安全可見波長激光器(400-700nm),(眨眼反射0.25秒內(nèi)可防止損傷)無需護目鏡2M眼睛安全可見波長激光器(400-700nm),(眨眼反射0.25秒內(nèi)可防止損傷),使用時無放大鏡光學(xué)系統(tǒng)建議使用護目鏡3R間接觀察光束可能不安全。最大允許曝光(MPE)可見光class 2激光器最高為5次,不可見光class1激光器最高為5次對眼睛有害,建議使用護目鏡3B間接觀察光束對眼睛有害,漫反射也會有害對眼睛有害,建議使用護目鏡4直接和漫反射曝光對眼睛和皮膚有害。有燃燒和燒傷危害需要眼睛防護和其他人身安全防護

 

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)(望遠鏡或顯微鏡)觀察激光時,都不會超過最大允許曝光值(MPE)。為了驗證該標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)指定了孔徑和相對裸眼的距離,使用典型望遠鏡觀測準(zhǔn)直光束,使用典型顯微鏡觀測發(fā)散光束。必須認識到,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,通過孔徑的功率比Class 1激光器的輻射極限(APL)低,或許會歸類到等級1激光器,但是在使用大口徑的放大鏡會聚集不安全的功率值。

 

Class   1M激光器,除了通過顯微鏡和望遠鏡等放大光學(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,通常不會超過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激光器的危險將會上升,激光器等級會改變。如果通過裸眼瞳孔的功率比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)會將功率收集進眼中,超過等級1激光器的AEL,低于等級3B的AEL。

 

Class   2激光器,是安全的,因為眨眼反射會限制曝光不超過0.25秒。只適用于可見光激光器(400-700nm)。Class 2激光器,功率限制在連續(xù)為1mW,或在輻射時間低于0.25秒時功率更高,或光不是空間相干光。故意抑制眨眼反射會導(dǎo)致眼睛傷害。很多激光指示器和測量儀器是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,光通過瞳孔的量不能超過Class 2的限制。

 

Class   3R激光器,在小心使用時是安全的,光束觀察受限制。使用Class 3R激光器,可能會超過MPE,但是產(chǎn)生傷害的可能性較小??梢娺B續(xù)Class 3R激光器限制為5mW。其他波長和脈沖激光器,受其他條件限制。

 

Class   3B激光器,如果眼睛直接暴露會有危險,但是從紙張或其他粗糙表面的漫反射沒有危險。連續(xù)激光器的AEL,波長范圍從315nm到遠紅外為0.5W。400-700nm脈沖激光器限制為30mJ。其他波長或超短脈沖激光器適用其他限制。直接觀察class 3B激光束時需要佩戴防護眼鏡。class   3B激光器必須安裝鑰匙開關(guān)和安全內(nèi)鎖。class 3B激光器用在CD或DVD刻錄機內(nèi)部,但是刻錄機是class 1,因為激光不會從刻錄機單元射出。

 

Class   4激光器,是最高和最危險的激光器,包括所有超過Class   3B AEL的激光器。Class 4激光器可以灼燒皮膚,直接、漫反射或間接觀察光束,會造成毀滅性的或永久的眼睛傷害。這些激光器可能會引燃可燃材料,會有火災(zāi)隱患。這些危險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必須非常小心。Class 4激光器必須安裝鑰匙開關(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)需要激光防護眼鏡光學(xué)密度(OD)的參數(shù),可以計算標(biāo)稱危險區(qū)域(NHZ),超出的可以使用護目鏡觀察漫反射。

 

光學(xué)密度(OD)是通過濾光片能量衰減的測量值。OD值越高,衰減越高,防護等級越高。也就是說,OD值是激光能量通過濾光片的測量值。

 

OD是透過率對數(shù)的倒數(shù),OD =   -log10 T,T為透過率。

OD值透過率%衰減系數(shù)0100%1110%1021%10030.10%1,00040.01%10,00050.00%100,00060.00%1,000,00070.00%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,考慮光學(xué)密度和激光器的功率/能量密度。與ANSI Z136.1相似,激光安全防護鏡必須提供足夠的光學(xué)密度來減小激光功率,達到或低于最大允許曝光值(MPE),也必須提供損傷閾值保護。根據(jù)EN207,激光安全護目鏡必須免受激光器直接內(nèi)部光束曝光。

 

EN207標(biāo)準(zhǔn)需要護目鏡貼有防護等級標(biāo)簽,并詳細說明它們的損傷閾值,(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比率為防護鏡材料的損傷閾值,也就是說防護鏡承受的功率密度,并且需要激光器穩(wěn)定測試至少10秒(CW)或100個脈沖(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,需要不同的防護眼鏡。

 

模式定義脈沖寬度D連續(xù)(CW)恒定功率>0.25sI脈沖:短單個或周期能量輻射> 1 us to 0.25 sR大量脈沖:很短單個或周期能量輻射1 us to 1 nsM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為透過率。對于給定激光器最小標(biāo)度取決于工作模式和波長。

 

工作模式波長范圍最大激光功率密度給定功率最小防護等級*D (連續(xù))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 (脈沖)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 (超短脈沖)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.

 

舉例:

1、1064nm激光器,脈寬10ns,100mJ/cm2(103 J/m2)。現(xiàn)在有一個防護眼鏡標(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,表明這款激光防護眼鏡不適合防護這種激光器。

 

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,最小防護等級為log(500)-1=1.69,約等于2,這時,安全防護眼鏡等級最小為D 780 L2。

從這個標(biāo)度可以推測對應(yīng)n=0的功率密度,在沒有防護眼鏡時是安全的。

 

激光防護眼鏡的選擇

 

五個選擇要素:

一、激光參數(shù)和使用條件

需要咨詢激光器生產(chǎn)商對激光器防護的要求。

 

計算OD和功率密度要求,基于波長、功率(對于脈沖激光器,需要知道波長、能量、脈寬、重頻),使用激光安全軟件進行計算,軟件例如Lazan,LaserSafePC,Easy Haz或 LIA's   LaserHazard Evaluator Software。

 

需要考慮:是否有激光曝光工程控制限制?在對齊可見光束時,是否要求有部分光束可見?間接光束曝光是否需要保護,或主要防護漫反射或散射能量?對于醫(yī)療應(yīng)用,是否需要考慮醫(yī)生和患者使用不同的防護眼鏡(對于可見光透過(VLT),全眼球覆蓋,重量等)?濾光片顏色/色彩還原是否影響使用?使用時是否有多個激光系統(tǒng),或防護眼鏡針對單個激光設(shè)計?

 

以上這些,需要詢問激光安全防護眼鏡生產(chǎn)商。

 

二、濾光片OD值,損傷閾值,可見光透過率(VLT)等要求。

需要保證濾光片會將能量降低到最大許可曝光(MPE)值以下。

檢查濾光片的可見光透過率(VLT)。VLT是可見光透過濾光片的百分比,和眼睛對日光的光譜靈敏度對比。VLT越高越好。VLT低于20%,應(yīng)該在很高光照條件下才可以使用。

 

考慮吸收或干涉濾光片。吸收濾光片材料是聚合物+染料或者玻璃,作用是吸收激光能量。干涉濾光片使用反射材料薄層提供保護。或者混合兩種技術(shù)。

 

聚合物濾光片,重量輕,具有不同的可見光透過率,對UV、可見和近紅外具有中等水平激光損傷閾值,對紅外具有低水平激光損傷閾值。聚合物濾光片性價比高,佩戴方便,具有最高的耐沖擊性。

 

玻璃濾光片,重量比較重,具有更高的可見光透過率,在更高曝光時具有更高的激光損傷閾值,鍍有介質(zhì)膜,同時具有最高的可見光透過率和最高的損傷閾值(某些能量沒有被吸收而是被反射),價格也比較高。

 

三、鏡架:樣式和佩戴模式

選擇鏡架要求:

1、舒適:如果防護眼鏡不舒服,用戶就會不想使用。

 

2、美觀:用戶可以選擇樣式美觀的防護眼鏡。

 

NOIR很多鏡架設(shè)計適合與處方近視眼鏡同時佩戴,有些是通用的,佩戴與不佩戴處方眼鏡都可以。

需要確保選擇的鏡架佩戴時面部匹配,沒有縫隙。具有邊緣防護的型號增加環(huán)境光,方便使用。

聚合物濾光片適用大部分的鏡架,通常具有最大的視場和全角度覆蓋。

 

四、適合:可調(diào)性,舒適、美觀

1、如果防護鏡不合適,用戶就不愿意佩戴

 

2、用戶不會佩戴不適合或他們不喜歡的。

 

五、要素:額外考慮因素

只有在佩戴時才有防護眼睛的功能,如果不使用,就沒有防護功能。

 

如果防護眼鏡太重,非常不匹配,設(shè)計很糟糕,或可見光透過率太低,用戶就會不去佩戴防護眼鏡。

 

濾光片的技術(shù)數(shù)據(jù),包括批量數(shù)據(jù),吸收特性,測試報告、CE證書,合格文件


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