激光器的安全标准

 行业动态     |      2021-12-8 16:11:11

激光器安全标准有美国标准ANSI 136.1,和欧洲标准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

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


寰俊鍥剧墖_20211208145929_鍓湰.jpg

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

>0.25s

I

脉冲:短单个或周期能量辐射

> 1 us to 0.25 s

R

大量脉冲:很短单个或周期能量辐射

1 us to 1 ns

M

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 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 (脉冲)

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 (超短脉冲)

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


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。