激光的安全与防护.doc

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1、激光的安全与防护1 前言激光是指通过受激发射放大的光，它具有单色性好，相干性好，方向性好以及能量密度高的特性。产生激光的介质主要有四种类型，固体（晶体、玻璃等）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、液体（有机或无机液体）和半导体。这些激光介质发射出的激光覆盖了电磁波的大部分范围，可以从远紫外（100nm）波段到远红外（10mm）波段。激光束通过与材料无接触相互作用，使材料加热、熔化或气化，从而实现切割、焊接、表面处理等加工过程。为了防止各种伤害事故发生，必须做好激光设备的安全防护措施，具体包括以下几个方面：1.1激光设备的安全防护。1.2对人身的保护。1.3其他防护措施。1.4激光安全国家标

2、准a) 激光产品的辐射安全：GB7247.1-2001b) 激光防护设备的安全标准： GB18151-2000c) 激光安全标志标准： GB18217-2000d) 激光作业场的安全标准： GB10435-1989e) 军用激光安全标准共45项图2-1 激光打印机2 激光产品的分类根据激光对人体的危险度分类，可分为一到四级。2.1 Class12.1.1 功率低输出激光（功率小于 0.4mW）。2.1.2 生物危害性特点该设备不产生任何生物性危害。不论何种条件下对眼睛和皮肤，都不会超过最大允许暴露值（The maximum permissible exposure，简称MPE值），甚至通过光学

3、系统聚焦后也不会超过MPE值。基本不会对眼睛产生危害，可以保证设计上的安全，不必特别管理。安全级别1级的激光设备，低输出激光，一般功率小于0.4mW。2.1.3 典型应用如激光教鞭，CD 播放机，小型激光打印机、CD-ROM 设备，地质勘探设备和实验室分析仪器等。2.1.4 安全规范要求任何可能观看的光束都是被屏蔽的，且在激光暴露时激光系统是互锁的。大型激光打印机如DECLPS-40是由10毫瓦（3B类）氦氖激光驱动的，尽管实际的激光器是3B类，但打印机是互锁的，以避免和暴露的激光束发生任何接触。2.2 Class22.2.1 功率低输出的可视激光（功率0.4mW-1mW）。2.2.2 生物危

4、害性特点人闭合眼睛的反应时间为 0.25 秒，用这段时间算出的曝光量不可以超过MPE值。通常 1mW以下的激光，会导致晕眩无法思考，用闭合眼睛来保护，一般即可消除症状。不要直接在光束内观察，也不要用小于 1mW的激光直接照射别人的眼睛，避免用远望设备观察 Class2的激光。2.2.3 典型应用如课堂演示，激光教鞭，瞄准设备、激光棒及条码扫描器等。图2-2 条形码扫描仪2.2.4 安全规范要求不会灼伤皮肤，不会引起火灾。由于眼睛反射可以防止一些眼部损害，所以这类激光器不被视为危险的光学设备。例如当眼遇到明亮的光线时，会自动眨眼，或者转动头部以避开这些强光线。这就是所谓的反射行为或反射时间。在这

5、段时间内这类激光产品不会对眼睛造成伤害，在这类激光设备上应放置黄色警告标签。2.3 Class3A2.3.1 功率为可见光的连续激光，输出为 15mW 的激光束，光束的能量密度不要超过 25W/m 。2.3.2 生物危害性特点避免用远望设备观察3A激光，这样可能增大危险，同Class2一样，不要直接在光束内观察，也不要用 Class3A的激光直接照射别人的眼睛。不会灼伤皮肤。但在某种条件下，这类激光可以对眼睛造成致盲以及其他损伤。2.3.3典型应用3A 的典型应用和Class2级有很多相同之处，如激光教鞭，激光扫描仪激 光棒及直线校准仪器等。图2-3 直线校准仪器2.3.4 安全规范要求这类激

6、光产品应该有：(1)激光发射指示灯，表明激光器是否在工作； (2)应该使用电源钥匙开关，阻止他人擅自使用； (3)应该贴有一个黄色警告的标签。2.4 Class 3B2.4.1 功率为5500mW 的连续激光。2.4.2 生物危害性特点 Class3B激光在最小照射距离为13cm，最大照射时间十秒以下为安全。直接在光束内观察有危险，尤其不能用 Class3B 的激光直接照射别人的眼睛。在功率达到数百微瓦，可能够烧焦皮肤。比如250mw激光器照射一张红纸，不到 2 秒钟就点燃了。这类激光产品明确定义为对眼睛有危害，尤其是在功率比较高时，将造成眼睛损伤。2.4.3 典型应用如光谱测定、用于物理治疗

7、的激光治疗仪和娱乐灯光表演等。2.4.4 安全规范要求这类激光产品必须具备： (1)钥匙开关，阻止他人擅自使用； (2)激光发射指示灯，表明激光器是否在工作； (3)启动电源后有 3 至 5 秒延迟时间使操作者离开光束路径；(4)装有急停开关，随时关断激光光束； (5)在激光器上必须贴有红色的危险标签。2.5 Class 42.5.1图2-4 激光治疗仪图功率为高输出连续激光大于500mW。2.5.2 生物危害性特点图2-5 激光切割机高过第三级，有火灾的危险，扩散反射也有危险，尤其值得注意。孩童请避免直接观看此类激光。这类激光产品一定能够造成眼睛损伤。就像灼烧皮肤和点燃衣物一样，激光能够引燃

8、其他材料。一个1000 W二氧化碳激光器可以在一块钢板上打孔，因此如果使用不当，会对人体产生很大的损害。2.5.3典型应用如外科手术，研究，切割，激光刻章机和激光雕刻机等。第4类激光器如2000W二氧化碳激光器可以切割厚钢板。2.5.4安全规范要求这类激光系统必须具备： (1) 钥匙开关，阻止他人擅自使用； (2) 保险装置，防止工作时系统的保护盖被打开； (3) 激光发射指示灯，表明激光器是否在工作； (4) 装有急停开关，随时关断激光光束； (5) 在激光器上贴好红色危险标签，这类激光反射光束和主光束一样都很危险。3 激光辐射的危害激光辐射(Laser radiation)：由激光产品的受

9、控受激发射而产生的波长为180nm-1mm的所有电磁辐射。最大允许照射量(MPE)：正常情况下人体受到激光照射不会产生不良后果的激光辐射水平。影响因素主要有：a)激光输出功率或能量；b)激光辐射波长；c)激光辐射时间；d)激光光束尺寸等。眼标称危害距离（nominal ocular hazard distance，简称NOHD）：光束辐照量等于相应角膜的最大允许照射量的距离。强烈的激光辐射：干扰人体的生物钟，产生头痛、乏力、记忆力衰退、激动、心悸、心率失常、血压失常等症状。对脑和神经系统的影响：松果体素减少、节律紊乱。损伤细胞膜，影响儿童发育，影响生殖系统。直接激光辐射：对视力造成永久性伤害甚

10、至失明。直接的激光辐射：灼伤人的皮肤（特别是紫外到蓝光波段）。3.1 激光辐射对生物组织的基本影响 激光辐射对眼睛的危害可以分为以下几个方面：紫外辐射C（180nm280nm）：光致角膜炎；紫外辐射B（280nm315nm）：光致角膜炎；紫外辐射A（315nm400nm）：光化学反应；可见光（400nm700nm）：光化学和热效应所致的视网膜损伤；红外辐射A（700nm1400nm）：白内障、视网膜灼伤；红外辐射B（1400nm3000nm）：白内障、水分蒸发、角膜灼伤；红外辐射C（3000nm1mm）：仅为角膜灼伤。激光辐射对不皮肤的危害可以分为以下几个方面：紫外辐射C（180nm280nm

11、）：红斑（阳光灼伤）、加速皮肤的老化、色素沉着；紫外辐射B（280nm315nm）：色素沉着、暗色、光敏感作用、皮肤灼伤；紫外辐射A（315nm400nm）：暗色、光敏感作用、皮肤灼伤；可见光（400nm700nm）：暗色、光敏感作用、皮肤灼伤；红外辐射A（700nm1400nm）：皮肤灼伤；红外辐射B（1400nm3000nm）：皮肤灼伤；红外辐射C（3000nm1mm）：皮肤灼伤。3.1.1 激光辐射对眼睛的伤害激光对视觉的伤害是激光产品最大的潜在危害。不同激光波长对眼睛的伤害是不同的： a)可见光激光：眼屈光介质(角膜、房水、晶状体）对可见光谱（400nm700nm)的激光透过率很高，吸

12、收率低。造成眼底视网膜和脉络膜损伤。 b)近红外、远红外激光：1064nm激光（YAG、Nd玻璃）能量一半损伤屈光介质 ，一半损伤视网膜。10600nm辐射（CO2激光）可完全被角膜吸收。c)紫外激光：眼屈光介质透过率随波长变短迅速下降，被角膜吸收，引起角膜炎和结膜炎。瞳孔大小及损害程度：a)缩小的瞳孔可以减少进入眼底的激光量。b)瞳孔越大进入眼内的激光量越大，眼底损伤程度越重，越不可逆转。图3-1 眼睛的水平切面图c)在光线较暗的室内，瞳孔散开就大，在这样的环境中调试，使用激光器者，必须慎重保护眼睛。因此时眼睛的瞳孔处于最大状态，进光量虽少，也最容易伤害眼睛视网膜。缩小的瞳孔，除能减少进光量

13、而外，瞳孔外的激光量可被虹膜吸收、而将热量由虹膜的微血管扩散转移。d)一般人的眼睛在暗的环境时，瞳孔直径为78mm，在可见的强光下可以缩小到只有1.5mm，通常在白天瞳孔直径约23mm。因而，最大瞳孔与最小瞳孔之间的透光面积相差20倍以上。激光入射角与眼伤害关系：激光不与视轴同步，偏离角度越大，视网膜的损伤越轻，虹膜可挡住偏离的激光而不会进入眼底。由于黄斑部位中央凹在视觉功能中起的作用极重要，而且这部位又最容易受损伤，所以直视激光束的危险程度要比偏离视轴一个角度射入眼睛的危险程度大很多，必须绝对避免。眼底色素含量多少与受到激光伤害程度有特定关系：色素组织极容易吸收激光能量，故色素含量多少直接影

14、响到激光对视网膜的损伤程度。机体肤色深浅与眼底色素呈正相关联系，皮肤色重者，其眼底所含的色素数量也多；皮肤色白者，眼底含色素数量相对较少。3.1.3激光辐射对皮肤的伤害与激光对眼睛的损伤相比激光对皮肤的损伤要轻得多。激光对皮肤的损伤程度与激光的照射剂量、激光的波长、肤色深浅、组织水分以及皮肤的角质层厚薄诸因素有关，以前三个因素为主要。激光剂量与皮肤损害程度的关系： a)激光损伤皮肤的机理主要是激光的热作用。b)照射皮肤时使用的激光功率密度（或能量密度）越大，则皮肤受到的损伤越大，二者呈正相关比例。 c)皮肤吸收超过安全阈值的激光能量后，受照部位的皮肤将随剂量的增大而依次出现热致红斑、水泡、凝固

15、及热致炭化。 d) 皮肤对10.6m波长红外激光吸收率很高，透过率很低，皮肤对CO2激光产生强烈吸收，使皮肤的局部温度快速升高，极容易造成损害。激光波长与皮肤损害程度的关系： a) 红外激光对皮肤主要作用是热烧伤，此类激光照射皮肤，功率比较小时致毛细血管扩张，皮肤发红发热。随着激光功率密度增大，热损伤程度也随着增大。 b)紫外激光对皮肤的作用主要是光作用，在紫外激光照射皮肤时可以引起皮肤红斑、老化，过量时严重的致癌变。对皮肤危害性最大的紫外光波在270290nm，波长比270290nm大的或小的其危害程度都相对地减少。皮肤的颜色越深，意味着皮肤里细胞含有的黑色素颗粒越多，色素颗粒可以将各种不同波长的激光能量转变成热能，在吸收激光能量后，局部形成一个热源，并很快向四周扩散热能，从而引起细胞及组织破坏和死亡。皮肤内含的黑色素颗粒越多，形成的热源也将越多，光能转变成热能效率越高，造成蛋白质凝固变性率越大，细胞死亡率越大。肤色越浅的人，受到的损伤越轻。3.2使用激光产品所伴随的其它危害大气污染：激光加工产生的靶材气化物和反应产物（佩带口罩）；伴随辐射危害：由闪光灯等泵浦源引起的紫外、可见