激光器波长、激光防护措施和激光安全防护标准

2018-04-18 16:28:22 71

激光器

激光器——能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器,获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围,1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后,激光器的种类就越来越多。按工作介质分,激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器,大功率激光器通常都是脉冲式输出。

激光器原理:
除自由电子激光器外,各种激光器的基本工作原理均相同。产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大于损耗,所以装置中必不可少的组成部分有激励(或抽运)源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位,从而实现光放大。激光器中常见的组成部分还有谐振腔,但谐振腔( 见光学谐振腔)并非必不可少的组成部分,谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向,从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且,它可以很好地缩短工作物质的长度,还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式(即选模),所以一般激光器都具有谐振腔。

植物生长灯|LED组培灯|LED花期灯

激光器波段范围
根据输出激光波长范围之不同,可将各类激光器区分为以下几种。
①远红外激光器,输出波长范围处于25~1000微米之间, 某些分子气体激光器以及自由电子激光器的激光输出即落入这一区域。
②中红外激光器,指输出激光波长处于中红外区(2.5~25微米)的激光器件,代表者为CO2分子气体激光器(10.6微米)、 CO分子气体激光器(5~6微米)。
③近红外激光器,指输出激光波长处于近红外区(0.75~2.5微米)的激光器件,代表者为掺钕固体激光器(1.06微米)、CaAs半导体二极管激光器(约0.8微米)和某些气体激光器等。
④可见激光器,指输出激光波长处于可见光谱区(4000~7000埃或0.4~0.7微米)的一类激光器件,代表者为红宝石激光器 (6943埃)、 氦氖激光器(6328埃)、氩离子激光器(4880埃、5145埃)、氪离子激光器(4762埃、5208埃、5682埃、6471埃)以及一些可调谐染料激光器等。
⑤近紫外激光器,其输出激光波长范围处于近紫外光谱区(2000~4000埃),代表者为氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)准分子激光器(3511埃、3531埃)、 氟化氪(KrF)准分子激光器(2490埃)以及某些可调谐染料激光器等。
⑥真空紫外激光器,其输出激光波长范围处于真空紫外光谱区(50~2000埃)代表者为(H)分子激光器 (1644~1098埃)、氙(Xe)准分子激光器(1730埃)等。
⑦X射线激光器, 指输出波长处于X射线谱区(0.01~50埃)的激光器系统,软X 射线已研制成功,但仍处于探索阶段。


常用激光器波长表

激光器名称介质光频数波长(Å 埃)
He-Cd气体紫外光3250
N2气体紫外光3371
Kr气体紫外光3507,3564
Ar气体紫外光3511,3638
He-Cd气体可见光4416,5378
Ar气体可见光4579,5145
Kr气体可见光4619,6764
Xe气体可见光4603,6271
Ar-Kr气体可见光4675,6764
He-Ne气体可见光6328
红宝石Cr3+固体可见光6943
Kr气体红外光7530,7990
Ca、Al、As固体(半导体)红外光8500
Ca、As固体(半导体)红外光9040
Nd固体红外光10600
Nd/YAG(掺钕的钇铝石榴石)固体红外光10600
He-Ne气体红外光11500,33900
CO2气体红外光10600
H2O气体红外光11800
HCN气体红外光33700

 激光对人的危害:

激光危害与防护(laser hazard and precaution)是针对激光危害所采取的相应的安全对策称为激光防护。激光对人体和工作环境造成的有害作用称为激光危害。对人体和工作环境构成危害的有直射光、反射光和漫散射光。进行激光加工和激光治疗时,还可能产生有害的烟雾、蒸气和噪声等,对环境造成辐射危害。大功率激光辐射会破坏某些精密仪器,甚至引起火灾。激光器电源的高压也可能造成危害。激光辐射能对人眼和皮肤造成严重伤害。人眼对不同波长激光的透射和吸收不同,不同波长激光对人眼伤害的部位也不同。激光辐射造成的眼部伤害主要有由紫外线导致的光致角膜炎(又称电光性眼炎或雪盲),由可见光导致的视网膜烧伤凝固、穿孔、出血和爆裂,以及由红外光导致的晶状体混浊、角膜凝固等。激光辐射造成的皮肤伤害主要有色素沉着、红斑和水泡等。伤害程度取决于辐射剂量的大小,而这与激光器的输出能量、工作波长和工作状态有关,其中能量是最主要的因素。

对激光辐射采取防护措施的依据是激光安全防护标准。通用的国际标准主要有世界卫生组织(WHO)标准、国际标准化组织(ISO)标准和国际辐射防护协会(IRPA)标准等。常用的还有美国放射卫生局(BRH)标准、美国国家标准学会(ANSI–Z–136.1∶1993)标准和欧洲电工标准化委员会等颁布的标准。激光安全标准将激光器按输出能量、波长、脉宽等参数划分成若干个安全级别。划分的依据是与损伤阈值直接相关的辐照限。针对具体情况,可参阅国际电工委员会(IEC)标准。

当眼睛处于水平的激光束时,视网膜的曝光强度比角膜大200000倍。一般把可 见光和短波红外辐射称为光辐射的视网膜伤害波段,因这些波段的光束可在视网膜高 度聚焦,并多位于中央视区黄斑部。目前大多数激光器发射的激光,以500nm以下 波长的可见光波段危害最大。损伤的典型表现为水肿、充血、出血,以至视网膜移 位、穿孔,最后导致中心盲点和疤痕形成,视力急剧下降。对于视网膜边缘部的灼 伤,一般多无主观感觉,因这种灼伤是无痛性的,容易被疏忽。460nm的蓝光可使 视网膜的视锥细胞发生永久性的消失,即“蓝光损害”,主要症状为目眩。如出现色 觉缺失现象,则至少有一个或多个视锥细胞群受损。LUV-30A激光防护眼镜能够防护500nm以下所有的激光,咨询电话:13818683556.


如何防护激光对人的伤害?
激光防护通常是对激光源、操作人员和工作环境分别采取相应的保护措施。具体的措施有:
①有激光的工作场所应张贴醒目的警告牌,设置危险标志。
②工作人员应先接受激光防护的培训,进入工作场所应带激光防护眼镜
③激光不用时,应在输出端加防护盖。应尽量让光路封闭,避免人员暴露于激光束。另外,应保持光路高于或低于人眼高度,这对可见光波段以外的激光尤其显得重要。
④在激光运行空间内应保证足够的照明使眼睛的瞳孔保持收缩状态。
⑤对激光操作人员进行定期体检。

 激光防护安全标准
       全美标准协会(ANSI)激光安全委员会为了安全使用二手激光切割机激光器,也是为了减少混乱,设立了激光安全委员会,组织多方面的力量,经过调研,于1973年公布了全美标准协会的“激光安全使用Z-136、1-1973”安全标准。为了对波长0.2µm~1mm的激光安全使用,推荐合理而恰当的安全指南,该委员会根据二手激光切割机激光器原激光束是否强到能够给眼或皮肤造成伤害,将二手激光切割机激光器分为五类,例如,第一类因功率密度小,用不着防护,第五类则必须置于最严格的控制

之下。这本小册子讨论了危害评价和分类、控制措施、激光安全计划、医学监督、其他危害、眼和皮肤的照射判据以及激光参数测量等方面的问题。

激光能够伤害眼睛、皮肤、呼吸道、中枢神经以及整个机体。目前一般只对眼睛和皮肤提出了安全标准。鉴于激光目前用于机械加工,对呼吸道危害的可能性在增长,工作者受到激光慢性照射危害的可能性也在增长,因此对激光上述五方面的危害都要重视。


中国激光安全标准
我国在激光安全方面已经制定了几个标准: 
(1)GB7247-87《激光产品的辐射安全、设备分类、要求和用户指南》。国家标准局1987年2月9日发布,1987年10月1日实施。
(2)GB—10320-88《激光设备和实施的电气安全》。国家技术监督局1988年12月30日发布,1990年1月1日实施。
(3)GBl0435-89《作业场所激光辐射卫生标准》。卫生部1989年2月24日发布,1989年10月1日实施。
(4)国家行业标准JB/T5524-91《实验室激光安全规则》。机械电子工业部1991年7月16日发布。 
 

远红外激光的危害及其防护:
常用的二氧化碳激光(10.6µm)全部为角膜吸收,进不了眼内。由于这种激光不可见并且一般功率较大,一不小心就会烧伤角膜、结膜和眼睑。对于角膜烧伤,最轻是小白色浊点,照射后10min出现,
只涉及角膜上皮,不浮肿,后消退,无可见瘢痕,较重的是从外到里形成圆柱形白色伤斑,再重就是形成溃汤伤斑或穿孔。尽管厉害,但防护却相当简单,只须戴一副平光玻璃眼镜即可。二氧化碳激光的阈限值是0.1W/cm2。二氧化碳激光将为厚0.2mm的皮肤吸收,很容易引起水疱或烧焦。因功率较大时,一下子就会烧伤,生理反应(如痛觉)起不了保护作用。横向受激气压二氧化碳激光能使空气电离。若用30mJ二氧化碳照前臂表面皮肤0.5~0.25s,光斑直径10 µm,照射时刺痛和灼痛。几小时后出现红斑,24h后扩展,水肿,最后结瘢。防护措施穿工作服戴手套。

我公司提供美国原装进口激光防护眼镜,适合科研院所实验室对操作人员的激光防护,咨询电话:13818683556