Безопасность лазерного излучения — это безопасное проектирование, использование и внедрение лазеров для минимизации риска несчастных случаев, связанных с лазером , особенно связанных с травмами глаз . Поскольку даже относительно небольшое количество лазерного света может привести к постоянным травмам глаз, продажа и использование лазеров обычно регулируются государством.
Лазеры средней и высокой мощности потенциально опасны, поскольку они могут вызвать ожог сетчатки или даже кожи. Для контроля риска получения травмы различные спецификации, например, 21 Свод федеральных правил (CFR) Часть 1040 в США и IEC 60825 [1] на международном уровне, определяют «классы» лазеров в зависимости от их мощности и длины волны. Эти правила налагают на производителей необходимые меры безопасности, такие как маркировка лазеров специальными предупреждениями и ношение защитных очков при работе с лазерами. Консенсусные стандарты, такие как Американский национальный институт стандартов (ANSI) Z136, предоставляют пользователям меры контроля за опасностями лазеров, а также различные таблицы, полезные для расчета пределов максимально допустимого воздействия (MPE) и пределов доступного воздействия (AEL).
Тепловые эффекты являются основной причиной поражения лазерным излучением, но фотохимические эффекты также могут вызывать беспокойство для определенных длин волн лазерного излучения. Даже лазеры средней мощности могут вызвать повреждение глаз. Лазеры высокой мощности также могут вызвать ожоги кожи. Некоторые лазеры настолько мощные, что даже диффузное отражение от поверхности может быть опасным для глаз.
Когерентность и малый угол расхождения лазерного света, подкрепленные фокусировкой от хрусталика глаза, могут привести к тому , что лазерное излучение будет сконцентрировано в чрезвычайно маленькое пятно на сетчатке. Кратковременное повышение температуры всего на +10°C (+18°F) может разрушить фоторецепторные клетки сетчатки . Если лазер достаточно мощный, необратимое повреждение может произойти в течение доли секунды, что быстрее, чем моргание глаза. Достаточно мощные лазеры в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне (400-1400 нм ) проникнут в глазное яблоко и могут вызвать нагревание сетчатки, тогда как воздействие лазерного излучения с длиной волны менее 400 нм или более 1400 нм в значительной степени поглощается роговицей и хрусталиком, что приводит к развитию катаракты или ожогам . [2]
Инфракрасные лазеры особенно опасны, поскольку защитная реакция организма на отвращение к яркому свету, также называемая « рефлексом моргания », активируется только видимым светом. Например, некоторые люди, подвергшиеся воздействию мощных лазеров Nd:YAG, испускающих невидимое излучение 1064 нм, могут не чувствовать боли или не замечать немедленного повреждения зрения. Хлопок или щелчок, исходящий от глазного яблока, может быть единственным признаком того, что произошло повреждение сетчатки, т. е. сетчатка была нагрета до температуры более 100 °C (212 °F), что привело к локальному взрывному кипению , сопровождающемуся немедленным созданием постоянного слепого пятна . [3]
Лазеры могут вызывать повреждения биологических тканей, как глаз, так и кожи, из-за нескольких механизмов. [1] Термическое повреждение, или ожог , происходит, когда ткани нагреваются до точки, где происходит денатурация белков . Другой механизм - фотохимическое повреждение, когда свет запускает химические реакции в ткани. Фотохимическое повреждение происходит в основном при коротковолновом (синем и ультрафиолетовом ) свете и может накапливаться в течение часов. Лазерные импульсы короче примерно 1 мкс могут вызывать быстрый рост температуры, что приводит к взрывному вскипанию воды. Ударная волна от взрыва может впоследствии вызывать повреждения относительно далеко от точки удара. Сверхкороткие импульсы также могут демонстрировать самофокусировку в прозрачных частях глаза, что приводит к увеличению потенциала повреждения по сравнению с более длинными импульсами с той же энергией. Фотоионизация оказалась основным механизмом радиационного повреждения при использовании титан-сапфирового лазера . [4]
Глаз фокусирует видимый и ближний инфракрасный свет на сетчатке. Лазерный луч может быть сфокусирован до интенсивности на сетчатке, которая может быть в 200 000 раз выше, чем в точке, где лазерный луч входит в глаз. Большая часть света поглощается пигментами меланина в пигментном эпителии сразу за фоторецепторами [1] и вызывает ожоги сетчатки. Ультрафиолетовый свет с длиной волны короче 400 нм, как правило, поглощается хрусталиком , а 300 нм — роговицей , где он может вызывать травмы при относительно низкой мощности из-за фотохимического повреждения. Инфракрасный свет в основном вызывает термическое повреждение сетчатки на длинах волн ближнего инфракрасного диапазона и более фронтальных частей глаза на более длинных волнах. В таблице ниже обобщены различные медицинские состояния, вызванные лазерами на разных длинах волн, не включая травмы из-за импульсных лазеров.
Кожа обычно гораздо менее чувствительна к лазерному излучению, чем глаза, но чрезмерное воздействие ультрафиолетового света из любого источника (лазерного или нелазерного) может вызвать краткосрочные и долгосрочные эффекты, подобные солнечным ожогам , в то время как видимые и инфракрасные длины волн в основном вредны из-за термического повреждения. [1]
Исследователи FAA [ необходимо разъяснение ] составили базу данных из более чем 400 зарегистрированных инцидентов, произошедших между 1990 и 2004 годами, в которых пилоты были напуганы, отвлечены, временно ослеплены или дезориентированы лазерным воздействием. Эта информация привела к расследованию в Конгрессе США . [5] Воздействие ручного лазерного света при таких обстоятельствах может показаться тривиальным, учитывая кратковременность воздействия, большие расстояния и распространение луча до нескольких метров. Однако лазерное воздействие может создавать опасные состояния, такие как кратковременная слепота . Если это происходит в критический момент эксплуатации самолета, самолет может оказаться под угрозой. Кроме того, около 18% - 35% населения обладают аутосомно-доминантным генетическим признаком, световым чиханием , [6] , который заставляет пострадавшего человека испытывать непроизвольный приступ чихания при воздействии внезапной вспышки света.
Максимально допустимое воздействие (МПЭ) — это максимальная мощность или плотность энергии (в Вт/см2 или Дж/см2 ) источника света, которая считается безопасной, т. е. имеет незначительную вероятность причинения вреда . Обычно она составляет около 10% дозы, которая имеет 50% вероятность причинения вреда [7] при наихудших условиях. МПЭ измеряется на роговице человеческого глаза или на коже для заданной длины волны и времени воздействия.
Расчет MPE для воздействия на глаза учитывает различные способы воздействия света на глаз. Например, глубокий ультрафиолетовый свет вызывает накапливающиеся повреждения даже при очень низкой мощности. Инфракрасный свет с длиной волны более 1400 нм поглощается прозрачными частями глаза до того, как он достигнет сетчатки, что означает, что MPE для этих длин волн выше, чем для видимого света. Помимо длины волны и времени экспозиции, MPE учитывает пространственное распределение света (от лазера или иным образом). Коллимированные лазерные лучи видимого и ближнего инфракрасного света особенно опасны при относительно низкой мощности, поскольку линза фокусирует свет на крошечной точке на сетчатке. Источники света с меньшей степенью пространственной когерентности , чем хорошо коллимированный лазерный луч, такие как мощные светодиоды , приводят к распределению света по большей площади на сетчатке. Для таких источников MPE выше, чем для коллимированных лазерных лучей. При расчете MPE предполагается наихудший сценарий, при котором хрусталик глаза фокусирует свет в пятно наименьшего возможного размера на сетчатке для определенной длины волны, а зрачок полностью открыт. Хотя MPE указывается как мощность или энергия на единицу поверхности, она основана на мощности или энергии, которые могут пройти через полностью открытый зрачок (0,39 см 2 ) для видимых и ближних инфракрасных длин волн. Это актуально для лазерных лучей, имеющих поперечное сечение менее 0,39 см 2 . Стандарты IEC-60825-1 и ANSI Z136.1 включают методы расчета MPE. [1]
В различных юрисдикциях органы стандартизации, законодательство и правительственные постановления определяют классы лазеров в соответствии с рисками, с ними связанными, а также устанавливают необходимые меры безопасности для людей, которые могут подвергаться воздействию этих лазеров.
В Европейском сообществе (ЕС) требования к защите глаз указаны в европейском стандарте EN 207 , а максимальная интенсивность лазерного света — в EN 60825. Кроме того, европейский стандарт EN 208 определяет требования к очкам для использования во время выравнивания луча. Они пропускают часть лазерного света, позволяя оператору видеть, где находится луч, и не обеспечивают полной защиты от прямого попадания лазерного луча.
В США руководство по использованию защитных очков и других элементов безопасного использования лазера дано в серии стандартов ANSI Z136. Эти согласованные стандарты предназначены для пользователей лазеров, и полные копии можно приобрести непосредственно в ANSI или в официальном секретариате Комитета по аккредитованным стандартам (ASC) Z136 и издателя этой серии стандартов ANSI, Лазерного института Америки . [8] Стандарты следующие:
Согласно 21 CFR 1040, Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) регулирует лазерные продукты, поступающие в продажу, и требует, чтобы все лазеры классов IIIb и IV, предлагаемые в продаже в США, имели пять стандартных функций безопасности: ключ-выключатель , защитный блокировочный ключ, индикатор питания, апертурный затвор и задержку излучения (обычно две-три секунды). OEM-лазеры, разработанные для использования в качестве частей других компонентов (например, DVD-рекордеров ), освобождены от этого требования. Некоторые непереносные лазеры могут не иметь защитного ключа или задержки излучения, но иметь кнопку аварийной остановки и/или дистанционный выключатель.
Лазеры классифицируются по длине волны и мощности [18] на четыре класса и несколько подклассов с начала 1970-х годов. Классификации классифицируют лазеры в соответствии с их способностью вызывать повреждения у людей, подвергающихся воздействию, от класса 1 (отсутствие опасности при нормальном использовании) до класса 4 (серьезная опасность для глаз и кожи). Существует две системы классификации: «старая система», использовавшаяся до 2002 года, и «пересмотренная система», которая постепенно вводится с 2002 года. Последняя отражает более обширные знания о лазерах, накопленные с момента разработки первоначальной системы классификации, и позволяет признавать определенные типы лазеров имеющими меньшую опасность, чем подразумевалось при их размещении в первоначальной системе классификации. Пересмотренная система является частью пересмотренного стандарта IEC 60825. С 2007 года пересмотренная система также включена в ориентированный на США стандарт безопасности лазеров ANSI (ANSI Z136.1). С 2007 года маркировка в соответствии с пересмотренной системой принята FDA для лазерных изделий, импортируемых в США. Старые и пересмотренные системы можно отличить по классам 1M, 2M и 3R, используемым только в пересмотренной системе, и классам 2A и 3A, используемым только в старой системе. Номера классов обозначались римскими цифрами (I–IV) в США по старой системе и арабскими цифрами (1–4) в ЕС. Пересмотренная система использует арабские цифры (1–4) во всех юрисдикциях.
Классификация лазера основана на концепции доступных пределов излучения (AEL), которые определены для каждого класса лазера. Обычно это максимальная мощность (в Вт) или энергия (в Дж), которые могут быть испущены в указанном диапазоне длин волн и времени экспозиции, которая проходит через указанную апертурную диафрагму на указанном расстоянии. Для инфракрасных длин волн свыше 4 мкм она указывается как максимальная плотность мощности (в Вт/м2 ) . Производитель несет ответственность за предоставление правильной классификации лазера и оснащение лазера соответствующими предупреждающими этикетками и мерами безопасности, предписанными правилами. Меры безопасности, используемые с более мощными лазерами, включают управление с помощью ключа, предупреждающие индикаторы для указания излучения лазерного света, ограничитель луча или аттенюатор и электрический контакт, который пользователь может подключить к аварийной остановке или блокировке.
Ниже перечислены основные характеристики и требования к системе классификации, как указано в стандарте IEC 60825-1, а также типичные требуемые предупреждающие этикетки. Кроме того, классы 2 и выше должны иметь треугольную предупреждающую этикетку, показанную здесь, а другие этикетки требуются в особых случаях, указывающих на лазерное излучение, лазерные апертуры, опасность для кожи и невидимые длины волн. Для классов I–IV см. раздел старая система ниже.
ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА 1
Лазер класса 1 безопасен при любых условиях нормального использования. Это означает, что максимально допустимое воздействие (MPE) не может быть превышено при наблюдении лазера невооруженным глазом или с помощью типичной увеличительной оптики (например, телескопа или микроскопа ). Для проверки соответствия стандарт определяет апертуру и расстояние, соответствующие невооруженному глазу, типичному телескопу, рассматривающему коллимированный луч, и типичному микроскопу, рассматривающему расходящийся луч. Некоторые лазеры, классифицированные как класс 1, могут по-прежнему представлять опасность при наблюдении с помощью телескопа или микроскопа с достаточно большой апертурой. Например, мощный лазер с очень большим коллимированным лучом или очень сильно расходящимся лучом может быть классифицирован как класс 1, если мощность, которая проходит через апертуры, определенные в стандарте, меньше AEL для класса 1; однако небезопасный уровень мощности может быть собран увеличительной оптикой с большей апертурой. Часто такие устройства, как оптические приводы, будут считаться классом 1, если они полностью содержат луч более мощного лазера более высокого класса, так что при нормальном использовании никакой свет не выходит. [19]
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
НЕ СМОТРЕТЬ НЕПОСРЕДСТВЕННО С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА 1М
Лазер класса 1M безопасен для всех условий использования, за исключением случаев прохождения через увеличительную оптику, такую как микроскопы и телескопы. Лазеры класса 1M производят лучи большого диаметра или лучи, которые расходятся. MPE для лазера класса 1M обычно не может быть превышен, если для сужения луча не используется фокусирующая или визуализирующая оптика. Если луч перефокусируется, опасность лазеров класса 1M может быть увеличена, а класс продукта может быть изменен. Лазер может быть классифицирован как класс 1M, если мощность, которая может пройти через зрачок невооруженного глаза, меньше AEL для класса 1, но мощность, которая может быть собрана в глазу типичной увеличительной оптикой (как определено в стандарте), выше AEL для класса 1 и ниже AEL для класса 3B. [20]
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
НЕ СМОТРЕТЬ НА ЛУЧ ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ
КЛАССА 2
Лазер класса 2 считается безопасным, поскольку рефлекс моргания (реакция отвращения к яркому свету) ограничит воздействие не более чем 0,25 секундами. Это применимо только к лазерам видимого света (400–700 нм). Лазеры класса 2 ограничены непрерывной волной 1 мВт или более, если время излучения составляет менее 0,25 секунд или если свет не является пространственно когерентным. Намеренное подавление рефлекса моргания может привести к травме глаз. Некоторые лазерные указки и измерительные приборы относятся к классу 2.
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
НЕ СМОТРЕТЬ НА ЛУЧ И НЕ СМОТРИТЕ
ПРЯМО С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА 2М
Лазер класса 2M безопасен из-за рефлекса моргания, если не смотреть через оптические приборы. Как и в случае с классом 1M, это относится к лазерным лучам с большим диаметром или большой расходимостью, для которых количество света, проходящего через зрачок, не может превышать пределов для класса 2.
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
ИЗБЕГАЙТЕ ПРЯМОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА
ГЛАЗА ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА 3R
Лазер класса 3R считается безопасным при осторожном обращении с ограниченным обзором луча. С лазером класса 3R MPE может быть превышен, но с низким риском получения травмы. Видимые непрерывные лазеры класса 3R ограничены 5 мВт. Для других длин волн и для импульсных лазеров применяются другие ограничения.
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
ИЗБЕГАЙТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛУЧА ЛАЗЕРНОЕ
ИЗДЕЛИЕ КЛАССА 3B
Лазер класса 3B опасен при прямом воздействии на глаза, но диффузные отражения, например, от бумаги или других матовых поверхностей, не опасны. AEL для непрерывных лазеров в диапазоне длин волн от 315 нм до дальнего инфракрасного диапазона составляет 0,5 Вт. Для импульсных лазеров в диапазоне от 400 до 700 нм предел составляет 30 мДж. Другие пределы применяются к другим длинам волн и к сверхкоротким импульсным лазерам. Защитные очки обычно требуются, когда может произойти прямой просмотр лазерного луча класса 3B. Лазеры класса 3B должны быть оснащены выключателем с ключом и предохранительной блокировкой. Лазеры класса 3B используются внутри записывающих устройств CD и DVD, хотя само записывающее устройство относится к классу 1, поскольку лазерный луч не может покинуть устройство.
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
ИЗБЕГАЙТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЯМОГО ИЛИ РАССЕЯННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА
ГЛАЗА ИЛИ КОЖУ ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ
КЛАССА 4
Класс 4 — самый высокий и самый опасный класс лазеров, включающий все лазеры, которые превышают AEL класса 3B. По определению, лазер класса 4 может обжечь кожу или вызвать разрушительное и постоянное повреждение глаз в результате прямого, рассеянного или непрямого взгляда на луч. Эти лазеры могут воспламенять горючие материалы и, таким образом, могут представлять опасность возгорания. Эти опасности могут также относиться к непрямым или незеркальным отражениям луча, даже от явно матовых поверхностей — это означает, что необходимо проявлять большую осторожность при контроле траектории луча. Лазеры класса 4 должны быть оснащены выключателем с ключом и предохранительной блокировкой. Большинство промышленных, научных, военных и медицинских лазеров относятся к этой категории. Медицинские лазеры могут иметь расходящиеся излучения и требуют осведомленности о номинальном расстоянии опасности для глаз (NOHD) и номинальной зоне опасности для глаз (NOHA). [21]
Классы безопасности в «старой системе» классификации были установлены в Соединенных Штатах посредством консенсусных стандартов (ANSI Z136.1) и федеральных и государственных правил. Международная классификация, описанная в консенсусных стандартах, таких как IEC 825 (позднее IEC 60825), была основана на тех же концепциях, но представлена с обозначениями, несколько отличающимися от классификации США.
Эта система классификации лишь немного отличается от первоначальной системы, разработанной в начале 1970-х годов. Она до сих пор используется в правилах безопасности лазерной продукции США. Указанные мощности лазера являются типичными значениями. Классификация также зависит от длины волны и от того, является ли лазер импульсным или непрерывным. Для классов лазеров с 1 по 4 см. раздел о пересмотренной системе выше.
По своей сути безопасен; нет возможности повреждения глаз. Это может быть связано либо с низкой выходной мощностью (в этом случае повреждение глаз невозможно даже после нескольких часов воздействия), либо с корпусом, препятствующим доступу пользователя к лазерному лучу во время нормальной работы, например, в проигрывателях компакт-дисков или лазерных принтерах .
Рефлекс моргания человеческого глаза ( реакция отвращения ) предотвратит повреждение глаз, если только человек намеренно не смотрит на луч в течение длительного периода. Выходная мощность может составлять до 1 мВт. Этот класс включает только лазеры, которые излучают видимый свет . Некоторые лазерные указки относятся к этой категории.
Область в конце малой мощности Класса II, где лазеру требуется более 1000 секунд непрерывного просмотра, чтобы вызвать ожог сетчатки. Коммерческие лазерные сканеры относятся к этому подклассу.
Лазеры этого класса наиболее опасны в сочетании с оптическими приборами, которые изменяют диаметр луча или плотность мощности, хотя даже без оптического усиления прибора прямой контакт с глазом в течение более двух минут может вызвать серьезное повреждение сетчатки. Выходная мощность не превышает 5 мВт. Плотность мощности луча не может превышать 2,5 мВт/см2, если устройство не помечено предупреждающей этикеткой «осторожно», в противном случае требуется предупреждающая этикетка «опасно». Многие лазерные прицелы для огнестрельного оружия и лазерные указки, обычно используемые для презентаций, относятся к этой категории.
Лазеры этого класса могут нанести вред, если луч попадет в глаз напрямую. Это обычно относится к лазерам мощностью от 5 до 500 мВт. Лазеры этой категории могут вызвать необратимое повреждение глаз при экспозиции в 1/100 секунды или более, в зависимости от мощности лазера. Рассеянное отражение, как правило, не опасно, но зеркальные отражения могут быть столь же опасны, как и прямое воздействие. Защитные очки рекомендуются, когда может произойти прямой взгляд на луч лазеров класса IIIb. Лазеры с высокой мощностью этого класса также могут представлять опасность возгорания и могут вызвать легкие ожоги кожи.
Лазеры этого класса имеют выходную мощность более 500 мВт в луче и могут вызвать серьезные, необратимые повреждения глаз или кожи без фокусировки оптикой глаза или приборами. Рассеянные отражения лазерного луча могут быть опасны для кожи или глаз в пределах номинальной опасной зоны . ( Номинальная опасная зона — это область вокруг лазера, в которой превышается применимая MPE.) Многие промышленные, научные, военные и медицинские лазеры относятся к этой категории.
Многие ученые, занимающиеся лазерами, сходятся во мнении относительно следующих принципов: [22] [23] [24] [25] [26]
Использование средств защиты глаз при работе с лазерами классов 3B и 4 таким образом, который может привести к воздействию на глаза выше ПДВ, является обязательным требованием на рабочем месте, установленным Управлением по охране труда и технике безопасности США . [27]
Защитные очки в виде соответствующим образом фильтрующей оптики могут защитить глаза от отраженного или рассеянного лазерного света с опасной мощностью луча, а также от прямого воздействия лазерного луча. Очки должны быть выбраны для определенного типа лазера, чтобы блокировать или ослаблять в соответствующем диапазоне длин волн. Например, очки, поглощающие 532 нм, обычно имеют оранжевый вид (хотя никогда не следует полагаться исключительно на цвет линз при выборе лазерной защиты глаз), пропуская длины волн больше 550 нм. Такие очки были бы бесполезны в качестве защиты от лазера, излучающего на 800 нм. Кроме того, некоторые лазеры излучают более одной длины волны света, и это может быть особой проблемой для некоторых менее дорогих лазеров с удвоенной частотой, таких как 532 нм «зеленые лазерные указки», которые обычно накачиваются инфракрасными лазерными диодами 808 нм, а также генерируют основной лазерный луч 1064 нм, который используется для получения конечного выходного сигнала 532 нм. Если ИК-излучение попадает в луч, что происходит в некоторых зеленых лазерных указках, оно, как правило, не будет блокироваться обычными защитными очками красного или оранжевого цвета, предназначенными для чистого зеленого или уже отфильтрованного ИК-луча. Специальные лазеры YAG и двухчастотные очки доступны для работы с удвоенной частотой YAG и другими ИК-лазерами, имеющими видимый луч, но они более дороги, а зеленые лазеры с ИК-накачкой не всегда указывают, нужна ли такая дополнительная защита.
Очки оцениваются по оптической плотности (OD), которая является десятичным логарифмом коэффициента затухания, на который оптический фильтр снижает мощность луча. Например, очки с OD 3 уменьшат мощность луча в указанном диапазоне длин волн в 1000 раз. В дополнение к оптической плотности, достаточной для снижения мощности луча до уровня ниже максимально допустимого воздействия (см. выше), лазерные очки, используемые там, где возможно прямое воздействие луча, должны выдерживать прямое попадание лазерного луча без разрушения. Защитные характеристики (длины волн и оптическая плотность) обычно печатаются на очках, как правило, в верхней части устройства. В Европейском сообществе производители обязаны в соответствии с европейским стандартом EN 207 указывать максимальную номинальную мощность, а не оптическую плотность. Всегда надевайте защитные очки.
Блокировки — это схемы, которые останавливают лазерный луч, если не выполняется какое-либо условие, например, если корпус лазера или дверь комнаты открыты. Лазеры классов 3B и 4 обычно обеспечивают подключение для внешней цепи блокировки. Многие лазеры считаются классом 1 только потому, что свет заключен в блокируемый корпус, как в DVD-приводах или портативных CD-плеерах.
Некоторые системы имеют электронику, которая автоматически отключает лазер при других условиях. Например, некоторые волоконно-оптические системы связи имеют схемы, которые автоматически отключают передачу, если волокно отсоединено или сломано. [28] [29]
Во многих юрисдикциях организации, эксплуатирующие лазеры, обязаны назначить сотрудника по лазерной безопасности (LSO). LSO несет ответственность за обеспечение соблюдения правил безопасности всеми остальными работниками организации. [30]
В период с 1999 по 2016 год все больше внимания уделялось рискам, связанным с так называемыми лазерными указками и лазерными ручками. Обычно продажа лазерных указок ограничивается либо классом 3A (<5 мВт), либо классом 2 (<1 мВт), в зависимости от местных правил. Например, в США, Канаде и Великобритании класс 3A является максимально разрешенным, если только не предусмотрены клавишный элемент управления или другие функции безопасности. [31] В Австралии максимально разрешенным классом является класс 2. Однако, поскольку контроль часто не очень строгий, лазерные указки класса 2 и выше часто доступны для продажи даже в странах, где они не разрешены.
Van Norren et al. (1998) [32] не смогли найти ни одного примера в медицинской литературе, чтобы лазер класса III мощностью <1 мВт вызывал повреждение зрения. Mainster et al. (2003) [33] приводят один случай, 11-летний ребенок временно повредил свое зрение, держа красную лазерную указку мощностью около 5 мВт близко к глазу и глядя на луч в течение 10 секунд; у нее возникла скотома (слепое пятно), но она полностью выздоровела через три месяца. Luttrull & Hallisey (1999) описывают похожий случай, 34-летний мужчина смотрел на луч красного лазера класса IIIa мощностью 5 мВт в течение 30–60 секунд, что вызвало временную центральную скотому и потерю поля зрения . Его зрение полностью восстановилось в течение двух дней, во время его обследования глаз. Внутривенная флюоресцентная ангиография глазного дна — метод, используемый офтальмологами для детальной визуализации сетчатки глаза — выявила едва заметное изменение цвета фовеа .
Таким образом, оказывается, что кратковременное воздействие лазера мощностью <5 мВт, например, такого, как в красных лазерных указках, в течение 0,25 секунд не представляет угрозы для здоровья глаз. С другой стороны, существует вероятность получения травмы, если человек намеренно смотрит на луч лазера класса IIIa в течение нескольких секунд или более на близком расстоянии. Даже если травма произойдет, у большинства людей полностью восстановится зрение. Дальнейшие испытываемые неудобства могут быть скорее психологическими, чем физическими. Что касается зеленых лазерных указок, то безопасное время воздействия может быть меньше, а при использовании даже более мощных лазеров следует ожидать мгновенного необратимого повреждения. Эти выводы должны быть уточнены с учетом недавних теоретических наблюдений, что некоторые рецептурные препараты могут взаимодействовать с некоторыми длинами волн лазерного света, вызывая повышенную чувствительность ( фототоксичность ).
Помимо вопроса о физическом повреждении глаза лазерной указкой, возможны и другие нежелательные эффекты. К ним относятся кратковременная вспышка слепоты , если луч встречается в темной обстановке, например, при вождении ночью. Это может привести к кратковременной потере контроля над транспортным средством. Лазеры, направленные на самолеты, представляют опасность для авиации . Полицейский, увидев красную точку на своей груди, может решить, что в него целится снайпер, и предпринять агрессивные действия. [34] Кроме того, сообщалось о том, что рефлекс испуга, проявляемый некоторыми людьми, неожиданно подвергшимися воздействию лазерного света такого рода, приводил к случаям членовредительства или потери контроля. По этим и аналогичным причинам Управление по контролю за продуктами и лекарствами США сообщило, что лазерные указки не являются игрушками и не должны использоваться несовершеннолетними, за исключением случаев под непосредственным наблюдением взрослого.
Безопасность волоконно-оптического лазера характеризуется тем, что при нормальной работе световой луч недоступен, поэтому для того, чтобы он стал доступен, нужно что-то отключить или сломать. Результирующий выходной луч довольно расходящийся, поэтому безопасность глаз сильно зависит от расстояния и использования увеличительного устройства.
На практике случайное воздействие большинства установленных систем вряд ли окажет какое-либо воздействие на здоровье, поскольку уровни мощности обычно ниже 1 мВт, а длина волны в инфракрасном диапазоне, например, класса 1. Однако есть несколько существенных исключений.
Большинство одномодовых/многомодовых волоконных систем на самом деле используют инфракрасный свет, невидимый человеческому глазу. В этом случае нет реакции отвращения глаз. Особый случай — это системы, работающие на 670–1000 нм, где луч может казаться тускло-красным, даже если световой луч на самом деле очень интенсивный. Технические специалисты также могут использовать красные лазеры для поиска неисправностей на длине волны около 628–670 нм. Они могут создать значительную опасность, если смотреть неправильно, особенно если они имеют аномально высокую мощность. Такие видимые искатели неисправностей обычно классифицируются как класс 2 до 1 мВт и класс 2M до 10 мВт.
Высокомощные оптические усилители используются в системах дальнего действия. Они используют внутренние лазеры накачки с уровнями мощности до нескольких ватт, что представляет серьезную опасность. Однако эти уровни мощности содержатся внутри модуля усилителя. Любая система, использующая типичные оптические разъемы (т. е. не расширенный луч), обычно не может превышать около 100 мВт, выше которого уровень мощности одномодовых разъемов становится ненадежным, поэтому, если в системе есть одномодовый разъем, проектный уровень мощности всегда будет ниже этого уровня, даже если другие подробности неизвестны [ необходима ссылка ] . Дополнительным фактором в этих системах является то, что свет около диапазона длин волн 1550 нм (обычного для оптических усилителей) считается относительно низкорисковым, поскольку глазные жидкости поглощают свет до того, как он сфокусируется на сетчатке. Это имеет тенденцию снижать общий фактор риска таких систем.
Оптические микроскопы и увеличительные устройства также представляют уникальные проблемы безопасности. Если присутствует какая-либо оптическая мощность, и для осмотра конца волокна используется простое увеличительное устройство, то пользователь больше не защищен расхождением луча, поскольку весь луч может быть отображен на глаз. Поэтому простые увеличительные устройства никогда не следует использовать в таких ситуациях. Доступны оптические инспекционные микроскопы разъемов, которые включают блокирующие фильтры, тем самым значительно повышая безопасность глаз. Самая последняя такая конструкция [35] также включает защиту от красных лазеров для обнаружения неисправностей.
Хотя большая часть опасности лазеров исходит от самого луча, существуют определенные опасности, не связанные с лучом, которые часто связаны с использованием лазерных систем. Многие лазеры представляют собой высоковольтные устройства, обычно 400 В и выше для небольшого импульсного лазера на 5 мДж, и превышающие много киловольт в более мощных лазерах. Это, в сочетании с водой под высоким давлением для охлаждения лазера и другого связанного с ним электрооборудования, может создать большую опасность, чем сам лазерный луч.
Электрооборудование обычно должно устанавливаться на высоте не менее 250 мм (10 дюймов) над полом, чтобы снизить риск поражения электрическим током в случае затопления. Оптические столы, лазеры и другое оборудование должны быть хорошо заземлены. Необходимо соблюдать блокировки корпуса и принимать особые меры предосторожности при устранении неполадок.
Помимо электрических опасностей, лазеры могут создавать химические, механические и другие опасности, характерные для конкретных установок. Химические опасности могут включать материалы, присущие лазеру, такие как оксид бериллия в аргоновых ионно-лазерных трубках, галогены в эксимерных лазерах , органические красители, растворенные в токсичных или легковоспламеняющихся растворителях в лазерах на красителях , а также пары тяжелых металлов и асбестовую изоляцию в гелий- кадмиевых лазерах. Они также могут включать материалы, выделяемые во время лазерной обработки, такие как пары металла при резке или обработке поверхности металлов или сложная смесь продуктов разложения, образующихся в высокоэнергетической плазме лазерной резки пластика.
Механические опасности могут включать движущиеся части в вакуумных и нагнетательных насосах; взрыв или имплозия импульсных ламп , плазменных трубок, водяных рубашек и оборудования для обработки газа.
Эксплуатация мощного лазера класса IIIB или любого лазера класса IV может также привести к возникновению высоких температур и возникновению пожара.
В коммерческих лазерных системах такие меры по снижению опасности, как наличие плавких вставок , тепловых прерывателей и предохранительных клапанов, снижают опасность, например, парового взрыва, возникающего из-за засоренной рубашки водяного охлаждения. Блокировки, затворы и сигнальные лампы часто являются критически важными элементами современных коммерческих установок. В старых лазерах, экспериментальных и любительских системах, а также в тех, которые были сняты с другого оборудования (OEM-устройства), необходимо проявлять особую осторожность, чтобы предвидеть и уменьшить последствия неправильного использования, а также различные виды отказов.