Безопасность лазерного излучения — это безопасная конструкция, использование и внедрение лазеров, позволяющая минимизировать риск несчастных случаев, связанных с лазерным излучением , особенно тех, которые связаны с травмами глаз . Поскольку даже относительно небольшое количество лазерного света может привести к необратимым травмам глаз, продажа и использование лазеров обычно регулируются государственным постановлением.
Лазеры средней и высокой мощности потенциально опасны, поскольку могут обжечь сетчатку или даже кожу. Чтобы контролировать риск травм, различные спецификации, например, 21 Кодекс федеральных правил (CFR), часть 1040 в США и международный стандарт IEC 60825 [1] , определяют «классы» лазеров в зависимости от их мощности и длины волны. Эти правила налагают на производителей необходимые меры безопасности, такие как маркировка лазеров конкретными предупреждениями и ношение защитных очков при работе с лазерами. Согласованные стандарты, такие как Американский национальный институт стандартов (ANSI) Z136, предоставляют пользователям меры контроля лазерной опасности, а также различные таблицы, полезные для расчета пределов максимально допустимого воздействия (MPE) и доступных пределов воздействия (AEL).
Термические эффекты являются основной причиной поражения лазерным излучением, но фотохимические эффекты также могут вызывать беспокойство при определенных длинах волн лазерного излучения. Даже лазеры средней мощности могут вызвать травму глаз. Лазеры высокой мощности также могут обжечь кожу. Некоторые лазеры настолько мощны, что даже диффузное отражение от поверхности может быть опасным для глаз.
Когерентность и малый угол расхождения лазерного света, чему способствует фокусировка хрусталика глаза , могут привести к концентрации лазерного излучения в чрезвычайно маленьком пятне на сетчатке. Временное повышение температуры всего на +10°C (+18°F) может разрушить фоторецепторные клетки сетчатки . Если лазер достаточно мощный, необратимый ущерб может произойти за долю секунды, что быстрее, чем мгновение ока. Достаточно мощные лазеры в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне (400–1400 нм ) проникают в глазное яблоко и могут вызвать нагрев сетчатки, тогда как воздействие лазерного излучения с длиной волны менее 400 нм или более 1400 нм в значительной степени поглощается роговицей . и хрусталика, что приводит к развитию катаракты или ожоговым травмам. [2]
Инфракрасные лазеры особенно опасны, поскольку защитная реакция организма на отвержение яркого света, также называемая « моргательным рефлексом », запускается только видимым светом. Например, некоторые люди, подвергающиеся воздействию мощных лазеров Nd:YAG, излучающих невидимое излучение с длиной волны 1064 нм, могут не чувствовать боли или не замечать немедленного повреждения зрения. Хлопок или щелчок, исходящий из 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 образованием постоянного слепого пятна. . [3]
Лазеры могут вызывать повреждения биологических тканей, как глаз, так и кожи, за счет нескольких механизмов. [1] Термическое повреждение или ожог возникает, когда ткани нагреваются до такой степени, что происходит денатурация белков . Другой механизм — фотохимическое повреждение, при котором свет запускает химические реакции в тканях. Фотохимическое повреждение возникает в основном под действием коротковолнового (синего и ультрафиолетового ) света и может накапливаться в течение нескольких часов. Лазерные импульсы длительностью менее 1 мкс могут вызвать резкое повышение температуры, приводящее к взрывному кипению воды. Ударная волна от взрыва может впоследствии нанести ущерб относительно далеко от точки удара. Ультракороткие импульсы также могут проявлять самофокусировку в прозрачных частях глаза, что приводит к увеличению потенциала повреждения по сравнению с более длинными импульсами той же энергии. Фотоионизация оказалась основным механизмом радиационного повреждения при использовании титан-сапфирового лазера . [4]
Глаз фокусирует видимый и ближний инфракрасный свет на сетчатке. Лазерный луч можно сфокусировать на сетчатке с интенсивностью, которая может быть в 200 000 раз выше, чем в точке попадания лазерного луча в глаз. Большая часть света поглощается пигментами меланином в пигментном эпителии сразу за фоторецепторами [1] и вызывает ожоги сетчатки. Ультрафиолетовый свет с длиной волны менее 400 нм имеет тенденцию поглощаться хрусталиком , а длина волны 300 нм — роговицей , где он может вызвать повреждения при относительно низкой мощности из-за фотохимического повреждения. Инфракрасный свет в основном вызывает тепловое повреждение сетчатки на длинах волн, близких к инфракрасному, и более лобных частей глаза на более длинных волнах. В таблице ниже приведены различные медицинские состояния, вызванные воздействием лазеров разных длин волн, не считая травм, вызванных импульсными лазерами.
Кожа обычно гораздо менее чувствительна к лазерному излучению, чем глаза, но чрезмерное воздействие ультрафиолетового света от любого источника (лазерного или нелазерного) может вызвать кратковременные и долгосрочные эффекты, подобные солнечному ожогу , тогда как видимые и инфракрасные длины волн в основном вреден из-за термического повреждения. [1]
Исследователи ФАУ [ нужны разъяснения ] собрали базу данных из более чем 400 зарегистрированных инцидентов, произошедших в период с 1990 по 2004 год, в которых пилоты были испуганы, отвлечены, временно ослеплены или дезориентированы в результате воздействия лазера. Эта информация стала причиной расследования в Конгрессе США . [5] Воздействие ручного лазерного света в таких обстоятельствах может показаться тривиальным, учитывая кратковременность воздействия, большие расстояния и распространение луча до нескольких метров. Однако лазерное воздействие может создать опасные состояния, такие как слепота . Если это произойдет в критический момент эксплуатации самолета, самолет может оказаться под угрозой. Кроме того, от 18% до 35% населения обладают аутосомно-доминантным генетическим признаком, световым чиханием , [6] которое заставляет больного испытывать приступ непроизвольного чихания при воздействии внезапной вспышки света.
Максимально допустимое воздействие (МПЭ) — это наибольшая мощность или плотность энергии (в Вт/см 2 или Дж/см 2 ) источника света, который считается безопасным, т. е. имеет незначительную вероятность причинения ущерба . Обычно около 10% дозы имеет 50%-ную вероятность причинения ущерба [7] в наихудших условиях. MPE измеряется на роговице человеческого глаза или на коже для заданной длины волны и времени воздействия.
При расчете MPE для воздействия на глаза учитываются различные способы воздействия света на глаза. Например, глубокий ультрафиолет вызывает накопление повреждений даже при очень низкой мощности. Инфракрасный свет с длиной волны более 1400 нм поглощается прозрачными частями глаза до того, как достигнет сетчатки, а это 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 диапазона особенно опасны при относительно низкой мощности, поскольку хрусталик фокусирует свет на крошечное пятно 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 сетчатки. Для таких источников МДЭ выше, чем для коллимированных лазерных пучков. При расчете MPE предполагается наихудший сценарий, при котором хрусталик глаза фокусирует свет в пятно минимально возможного размера на сетчатке для конкретной длины волны, а зрачок полностью открыт. Хотя MPE определяется 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 волн. Это актуально для лазерных лучей с поперечным сечением менее 0,39 см 2 . Стандарты IEC-60825-1 и ANSI Z136.1 включают методы расчета MPE. [1]
В различных юрисдикциях органы по стандартизации, законодательство и правительственные постановления определяют классы лазеров в соответствии с связанными с ними рисками и определяют необходимые меры безопасности для людей, которые могут подвергнуться воздействию этих лазеров.
В Европейском Сообществе (ЕС) требования к защите глаз указаны в европейском стандарте EN 207 , а максимальная интенсивность лазерного излучения — в EN 60825 . Кроме того, европейский стандарт EN 208 определяет требования к очкам для использования при выравнивании луча. Они пропускают часть лазерного света, позволяя оператору видеть, где находится луч, и не обеспечивают полной защиты от прямого попадания лазерного луча.
В США рекомендации по использованию защитных очков и других элементов безопасного использования лазера приведены в серии стандартов ANSI Z136. Эти согласованные стандарты предназначены для пользователей лазеров, и их полные копии можно приобрести непосредственно у ANSI или в официальном секретариате Аккредитованного комитета по стандартам (ASC) Z136 и издателя этой серии стандартов ANSI — Американского института лазеров . [8] Стандарты следующие:
Посредством 21 CFR 1040 Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) регулирует поступление лазерных продуктов в продажу и требует, чтобы все лазеры классов IIIb и IV, предлагаемые в продаже в США, имели пять стандартных функций безопасности: ключевой переключатель , ключ защитной блокировки, индикатор питания, диафрагменный затвор и задержка излучения (обычно две-три секунды). OEM-лазеры, предназначенные для использования в составе других компонентов (например, устройств записи DVD ), освобождаются от этого требования. Некоторые непортативные лазеры могут не иметь защитного ключа или задержки излучения, но имеют кнопку аварийной остановки и/или дистанционный переключатель.
С начала 1970-х годов лазеры классифицируются по длине волны и мощности [18] на четыре класса и несколько подклассов. Классификации классифицируют лазеры в зависимости от их способности причинять вред облученным людям: от класса 1 (нет опасности при нормальном использовании) до класса 4 (серьезная опасность для глаз и кожи). Существуют две системы классификации: «старая система», использовавшаяся до 2002 года, и «пересмотренная система», внедряемая поэтапно с 2002 года. Последняя отражает более глубокие знания о лазерах, накопленные с момента разработки исходной системы классификации, и допускает определенные типы лазеров должны быть признаны имеющими меньшую опасность, чем предполагалось их размещением 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 по пересмотренной системе принимается FDA на лазерной продукции, импортируемой в США. Старую и пересмотренную 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. В пересмотренной системе во всех юрисдикциях используются арабские цифры (1–4).
Классификация лазеров основана на концепции доступных пределов излучения (AEL), определенных для каждого класса лазеров. Обычно это максимальная мощность (в Вт) или энергия (в Дж), которую можно излучать в заданном диапазоне длин волн и времени экспозиции, которая проходит через указанную диафрагму на заданном расстоянии. Для длин волн инфракрасного излучения выше 4 мкм она указывается как максимальная плотность мощности (в Вт/м 2 ). Производитель несет ответственность за правильную классификацию лазера, а также за его оснащение соответствующими предупреждающими надписями и мерами безопасности, предписанными правилами. Меры безопасности, используемые с более мощными лазерами, включают управление с помощью клавиши, сигнальные лампы, указывающие излучение лазерного света, ограничитель луча или аттенюатор , а также электрический контакт, который пользователь может подключить к аварийному останову или блокировке.
Ниже перечислены основные характеристики и требования к системе классификации, определенной стандартом IEC 60825-1, а также типичные необходимые предупреждающие надписи. Кроме того, классы 2 и выше должны иметь треугольную предупреждающую этикетку, показанную здесь, а в особых случаях требуются другие этикетки, указывающие на лазерное излучение, апертуры лазеров, опасности для кожи и невидимые длины волн. Для классов от I до IV см. раздел «старая система» ниже.
ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО КЛАССА 1
Лазер класса 1 безопасен при любых условиях нормального использования. Это означает, что максимально допустимое воздействие (MPE) не может быть превышено при наблюдении за лазером невооруженным глазом или с помощью обычной 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, наблюдающему расходящийся луч. Важно понимать, что некоторые лазеры, отнесенные к классу 1, все же могут представлять опасность, если смотреть в телескоп или микроскоп с достаточно большой апертурой. Например, мощный лазер с очень большим коллимированным лучом или очень сильно расходящимся лучом может быть отнесен к классу 1, если мощность, проходящая через апертуры, определенные в стандарте, меньше AEL для класса 1; однако небезопасный уровень мощности может быть зафиксирован с помощью увеличительной оптики с большей апертурой. Зачастую такие устройства, как оптические приводы, относят к классу 1, если они полностью содержат луч более мощного лазера более высокого класса, так что при нормальном использовании свет не выходит наружу. [19]
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
НЕ СМОТРИТЕ ПРЯМО С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ
ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА 1М
Лазер класса 1М безопасен при любых условиях использования, за исключением случаев, когда он проходит через увеличительную оптику, например микроскопы и телескопы. Лазеры класса 1М производят лучи большого диаметра или расходящиеся лучи. MPE для лазера класса 1M обычно не может быть превышен, если для сужения луча не используется фокусирующая или визуализирующая оптика. Если луч перефокусирован, опасность лазеров класса 1М может увеличиться, а класс продукта может быть изменен. Лазер можно отнести к классу 1М, если мощность, которая может пройти через зрачок невооруженного глаза, меньше AEL для класса 1, но мощность, которая может быть собрана в глаз с помощью обычной увеличительной оптики (как определено в стандарте ) выше AEL для класса 1 и ниже AEL для класса 3B. [20]
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
НЕ СМОТРИТЕ НА ЛУЧ
ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА 2
Лазер класса 2 считается безопасным, поскольку мигательный рефлекс (реакция на отвращение к яркому свету) ограничивает воздействие не более чем 0,25 секунды. Это применимо только к лазерам видимого света (400–700 нм). Лазеры класса 2 ограничены мощностью непрерывной волны 1 мВт или более, если время излучения менее 0,25 секунды или если свет не является пространственно когерентным. Намеренное подавление мигательного рефлекса может привести к травме глаз. Некоторые лазерные указки и измерительные приборы относятся к классу 2.
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
НЕ СМОТРИТЕ НА ЛУЧ ИЛИ НЕ СМОТРИТЕ ПРЯМО
С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ
ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА 2М
Лазер класса 2М безопасен из-за мигательного рефлекса, если его не смотреть через оптические инструменты. Как и для класса 1М, это касается лазерных лучей большого диаметра или большой расходимости, у которых количество света, проходящего через зрачок, не может превышать пределы для класса 2.
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
ИЗБЕГАЙТЕ ПРЯМОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В
ГЛАЗА ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА 3R
Лазер класса 3R считается безопасным при осторожном обращении и ограниченном обзоре луча. С помощью лазера класса 3R можно превысить MPE, но с низким риском получения травмы. Видимые непрерывные лазеры класса 3R ограничены мощностью 5 мВт. Для других длин волн и для импульсных лазеров действуют другие ограничения.
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
ИЗБЕГАЙТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛУЧА
ЛАЗЕРНОГО ИЗДЕЛИЯ 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 с длиной волны от 400 до 700 нм предел составляет 30 мДж. Другие ограничения применимы к другим длинам волн и к лазерам ультракоротких импульсов . Защитные очки обычно требуются в тех случаях, когда возможен прямой обзор лазерного луча класса 3B. Лазеры класса 3B должны быть оснащены выключателем с ключом и защитной блокировкой. Лазеры класса 3B используются в устройствах записи компакт-дисков и DVD, хотя само записывающее устройство относится к классу 1, поскольку лазерный луч не может покинуть устройство.
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
ИЗБЕГАЙТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГЛАЗА ИЛИ КОЖУ
ПРЯМОГО ИЛИ РАССЕЯННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА 4
Класс 4 — это самый высокий и самый опасный класс лазеров, включая все лазеры, превышающие AEL класса 3B. По определению, лазер класса 4 может обжечь кожу или вызвать разрушительное и необратимое повреждение глаз в результате воздействия прямого, рассеянного или непрямого луча. Эти лазеры могут воспламенить горючие материалы и, таким образом, представлять опасность пожара. Эти опасности могут также относиться к непрямым или незеркальным отражениям луча, даже от явно матовых поверхностей, а это означает, что необходимо проявлять особую осторожность, чтобы контролировать траекторию луча. Лазеры класса 4 должны быть оборудованы выключателем с ключом и защитной блокировкой. Большинство промышленных, научных, военных и медицинских лазеров относятся к этой категории. Медицинские лазеры могут иметь разное излучение и требуют знания номинального опасного для глаз расстояния (NOHD) и номинальной опасной для глаз зоны (NOHA). [21]
Классы безопасности в «старой системе» классификации были установлены в Соединенных Штатах на основе согласованных стандартов (ANSI Z136.1), а также федеральных и государственных постановлений. Международная классификация, описанная в согласованных стандартах, таких как IEC 825 (позже IEC 60825), была основана на тех же концепциях, но представлена с обозначениями, немного отличающимися от классификации США.
Эта система классификации лишь незначительно отличается от первоначальной системы, разработанной в начале 1970-х годов. Он до сих пор используется в соответствии с правилами 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 от 1 до 4 см. раздел об обновленной системе выше.
Абсолютно безопасен; нет возможности повреждения глаз. Это может быть либо из-за низкой выходной мощности (в этом случае повреждение глаз невозможно даже после нескольких часов воздействия), либо из-за корпуса, препятствующего 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 времени. Выходная мощность может достигать 1 мВт. В этот класс входят только лазеры, излучающие видимый свет . Некоторые лазерные указки относятся к этой категории.
Область 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 инструментами, которые изменяют диаметр луча или плотность мощности, хотя даже без усиления оптического инструмента прямой контакт с глазом в течение более двух минут может привести к серьезному повреждению сетчатки. Выходная мощность не превышает 5 мВт. Плотность мощности луча не может превышать 2,5 мВт/см 2 , если на устройстве нет предупреждающей таблички «Внимание», в противном случае требуется предупреждающая табличка «Опасно». К этой категории относятся многие лазерные прицелы для огнестрельного оружия и лазерные указки, обычно используемые для презентаций.
Лазеры этого класса могут нанести вред, если луч попадет непосредственно в глаз. Обычно это относится к лазерам мощностью 5–500 мВт. Лазеры этой категории могут вызвать необратимое повреждение глаз при экспозиции длительностью 1/100 секунды или более, в зависимости от мощности лазера. Диффузное отражение, как правило, не представляет опасности, но зеркальное отражение может быть столь же опасным, как и прямое воздействие. Рекомендуется использовать защитные очки, если возможен прямой обзор лазеров класса IIIb. Лазеры высокой мощности этого класса также могут представлять опасность возгорания и вызывать легкие ожоги кожи.
Лазеры этого класса имеют выходную мощность луча более 500 мВт и могут вызвать серьезное и необратимое повреждение глаз или кожи, не будучи сфокусированными оптикой глаза или приборами. Диффузные отражения лазерного луча могут быть опасны для кожи или глаз в пределах номинальной опасной зоны . ( Номинальная опасная зона — это область вокруг лазера, в которой превышен применимый MPE.) К этой категории относятся многие промышленные, научные, военные и медицинские лазеры.
Многие ученые, занимающиеся лазерами, согласны со следующими рекомендациями: [22] [23] [24] [25] [26]
Использование средств защиты глаз при работе с лазерами классов 3B и 4 таким образом, что может привести к воздействию на глаза, превышающему MPE, требуется на рабочем месте Управлением по безопасности и гигиене труда США . [27]
Защитные очки в виде оптики с соответствующим фильтром позволяют защитить глаза от отраженного или рассеянного лазерного света опасной мощности луча, а также от прямого воздействия лазерного луча. Очки необходимо выбирать для конкретного типа лазера, чтобы блокировать или ослаблять его в соответствующем диапазоне длин волн. Например, очки, поглощающие длину волны 532 нм, обычно имеют оранжевый цвет (хотя никогда не следует полагаться исключительно на цвет линз при выборе лазерной защиты глаз), пропуская волны с длиной волны более 550 нм. Такие очки были бы бесполезны в качестве защиты от лазера, излучающего длину волны 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 «зеленые лазерные указки» с длиной волны 532 нм, которые обычно накачиваются инфракрасными лазерными диодами с длиной волны 808 нм, а также генерировать основной лазерный луч с длиной волны 1064 нм, который используется для получения конечного выходного сигнала с длиной волны 532 нм. Если ИК-излучение попадает в луч, что происходит в некоторых зеленых лазерных указках, оно, как правило, не блокируется обычными защитными очками красного или оранжевого цвета, предназначенными для чистого зеленого или уже ИК-фильтрованного луча. Специальный YAG-лазер и двухчастотные очки доступны для работы с YAG-лазерами с удвоенной частотой и другими ИК-лазерами, имеющими видимый луч, но это дороже, а на продуктах с зеленым лазером с ИК-накачкой не всегда указывается, необходима ли такая дополнительная защита. .
Очки рассчитаны на оптическую плотность (ОП), которая представляет собой десятичный логарифм коэффициента ослабления, на который оптический фильтр снижает мощность луча. Например, очки с OD 3 уменьшают мощность луча в указанном диапазоне длин волн в 1000 раз. Помимо оптической плотности, достаточной для снижения мощности луча ниже максимально допустимой экспозиции (см. выше), лазерные очки, используемые там, где прямой Возможно лучевое воздействие, оно должно выдерживать прямое попадание лазерного луча, не разрушаясь. Защитные характеристики (длины волн и оптическая плотность) обычно напечатаны на очках, обычно в верхней части устройства. В Европейском сообществе производители согласно европейскому стандарту EN 207 обязаны 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 внешней схемы блокировки. Многие лазеры относятся к классу 1 только потому, что свет содержится в закрытом корпусе, таком как DVD-приводы или портативные проигрыватели компакт-дисков.
Некоторые системы имеют электронику, которая автоматически отключает лазер при других условиях. Например, некоторые волоконно-оптические системы связи имеют схемы, которые автоматически прекращают передачу, если волокно отсоединено или повреждено. [28] [29]
Во многих юрисдикциях организации, эксплуатирующие лазеры, обязаны назначить специалиста по лазерной безопасности (LSO). LSO несет ответственность за обеспечение соблюдения правил техники безопасности всеми остальными работниками организации. [30]
В период с 1999 по 2016 год все большее внимание уделялось рискам, которые представляют собой так называемые лазерные указки и лазерные ручки. Обычно продажа лазерных указок ограничена классом 3А (<5 мВт) или классом 2 (<1 мВт), в зависимости от местных правил. Например, в США, Канаде и Великобритании максимально разрешенным является класс 3A, если не предусмотрено управление с помощью ключа или другие функции безопасности. [31] В Австралии максимально разрешенным классом является класс 2. Однако, поскольку соблюдение требований зачастую не очень строгое, лазерные указки класса 2 и выше часто доступны для продажи даже в странах, где они запрещены.
Ван Норрен и др. (1998) [32] не смогли найти в медицинской литературе ни одного примера лазера класса III <1 мВт, вызывающего повреждение зрения. Мейнстер и др. (2003) [33] приводят один случай: 11-летняя девочка, которая временно повредила зрение, поднеся красную лазерную указку мощностью примерно 5 мВт близко к глазу и глядя на луч в течение 10 секунд; у нее была скотома (слепое пятно), но она полностью выздоровела через три месяца. Luttrull & Hallisey (1999) описывают аналогичный 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 осмотра глаз. Внутривенная флуоресцентная ангиограмма глазного дна (метод, используемый офтальмологами для детальной визуализации сетчатки глаза) выявила незначительное изменение цвета ямки .
Таким образом, оказывается, что кратковременное воздействие лазера мощностью <5 мВт в течение 0,25 секунды, например, в красных лазерных указках, 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 с близкого расстояния. Даже если произойдет травма, у большинства людей зрение полностью восстановится. Дальнейшие испытываемые дискомфорты могут быть скорее психологическими, чем физическими. Что касается зеленых лазерных указателей, безопасное время воздействия может быть меньше, а при использовании лазеров даже большей мощности следует ожидать мгновенного необратимого повреждения. Эти выводы должны быть подтверждены недавними теоретическими наблюдениями о том, что некоторые отпускаемые по рецепту лекарства могут взаимодействовать с некоторыми длинами волн лазерного света, вызывая повышенную чувствительность ( фототоксичность ).
Помимо вопроса о физическом повреждении глаза лазерной указкой, возможен ряд других нежелательных эффектов. К ним относится кратковременная слепота от вспышки , если луч встречается в затемненных местах, например, при вождении в ночное время. Это может привести к кратковременной потере управления автомобилем. Лазеры, направленные на самолеты, представляют опасность для авиации . Полицейский, увидев красную точку на своей груди, может сделать вывод, что в него стреляет снайпер, и предпринять агрессивные действия. [34] Кроме того, сообщалось, что рефлекс испуга , проявляемый некоторыми людьми, неожиданно подвергшимися воздействию лазерного света такого типа, приводил к случаям членовредительства или потери контроля. По этим и подобным причинам Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США рекомендовало, чтобы лазерные указки не были игрушками и не могли использоваться несовершеннолетними, кроме как под непосредственным наблюдением взрослых.
Безопасность волоконно-оптического лазера характеризуется тем, что при нормальной работе луч света недоступен, поэтому для того, чтобы он стал доступным, необходимо что-то отсоединить или сломать. Результирующий выходной луч сильно расходится, поэтому безопасность глаз во многом зависит от расстояния и от того, используется ли увеличительное устройство.
На практике случайное воздействие подавляющего большинства установленных систем вряд ли окажет какое-либо воздействие на здоровье, поскольку уровни мощности обычно ниже 1 мВт, а длина волны находится в инфракрасном диапазоне, например Класс 1. Однако есть несколько существенных исключений.
Большинство одномодовых/многомодовых волоконно-оптических систем фактически используют инфракрасный свет, невидимый для человеческого глаза. В этом случае реакция отвращения глаз отсутствует. Особым случаем являются системы, работающие на длине волны 670–1000 нм, где луч может казаться тускло-красным, даже если на самом деле световой луч очень интенсивен. Технические специалисты также могут использовать красные лазеры для поиска неисправностей на длине волны около 628–670 нм. При неправильном осмотре они могут создать значительную опасность, особенно если они имеют аномально высокую мощность. Такие видимые дефектоскопы обычно относятся к классу 2 до 1 мВт и классу 2М до 10 мВт.
Оптические усилители высокой мощности используются в системах дальней связи. Они используют лазеры с внутренней накачкой мощностью до нескольких ватт, что представляет собой серьезную опасность. Однако эти уровни мощности содержатся в модуле усилителя. Любая система, использующая типичные оптические разъемы (т.е. не расширенный луч), обычно не может превышать мощность около 100 мВт, выше этого уровня одномодовые разъемы становятся ненадежными, поэтому, если в системе есть одномодовый разъем, расчетный уровень мощности всегда будет ниже этого. уровне , даже если другие подробности неизвестны . Дополнительным фактором в этих системах является то, что свет с длиной волны около 1550 нм (общий для оптических усилителей) считается относительно низким риском, поскольку глазные жидкости поглощают свет до того, как он фокусируется на сетчатке. Это имеет тенденцию снижать общий фактор риска таких систем.
Оптические микроскопы и увеличительные устройства также создают уникальные проблемы безопасности. Если присутствует какая-либо оптическая мощность и для осмотра конца волокна используется простое увеличительное устройство, то пользователь больше не защищен от расходимости луча, поскольку глаз может отобразить весь луч. Поэтому в таких ситуациях ни в коем случае нельзя использовать простые увеличительные устройства. Доступны микроскопы для проверки оптических разъемов, оснащенные блокирующими фильтрами, что значительно повышает 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 устройства высокого напряжения, обычно выше 400 В для небольшого импульсного лазера с энергией 5 мДж и превышающего многие киловольты 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 следует устанавливать 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. При устранении неисправностей следует соблюдать блокировки корпуса и принимать особые меры предосторожности.
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 аргоно-ионных лазерных трубках, галогены в эксимерных лазерах , органические красители, растворенные в токсичных или легковоспламеняющихся растворителях в лазерах на красителях , а также пары тяжелых металлов и асбестовая изоляция в гелий- кадмиевых лазерах. Они также могут включать материалы, выделяющиеся во время лазерной обработки, такие как пары металлов при резке или поверхностной обработке металлов, или сложную смесь продуктов разложения, образующихся в высокоэнергетической плазме при лазерной резке пластмасс.
Механические опасности могут включать движущиеся части вакуумных и напорных насосов; имплозия или взрыв фонарей , плазменных трубок, водяных рубашек и газового оборудования.
Высокие температуры и опасность пожара также могут возникнуть в результате работы мощного лазера класса IIIB или любого класса IV.
В коммерческих лазерных системах меры по снижению опасности, такие как наличие плавких вставок , термопрерывателей и предохранительных клапанов, снижают опасность, например, парового взрыва, возникающего из-за закупорки рубашки водяного охлаждения. Блокировки, жалюзи и сигнальные лампы часто являются важнейшими элементами современных коммерческих объектов. В старых лазерах, экспериментальных и любительских системах, а также в устройствах, снятых с другого оборудования (OEM-устройств), необходимо проявлять особую осторожность, чтобы предвидеть и уменьшить последствия неправильного использования, а также различные виды отказов.