Лазер теперь глубоко интегрирован в нашу жизнь и работу по развитию науки и техники. От медицины до промышленного производства, от средств связи до развлечений — лазеры применяются повсюду. Для многих людей лазеры все еще остаются относительно незнакомой концепцией. Эта статья познакомит вас с миром лазерного излучения и поможет вам понять меры лазерного излучения и защиты от лазерного излучения.
Что такое лазер?
Я думаю, что лазерные ручки, лазерная резка, лазерная красота знакомы каждому… эти слова глубоко вошли в нашу жизнь. Но знаете ли вы, что такое лазер? Лазер — это особый вид света, который сильно отличается от солнечного света и огней, которые мы обычно видим. Лазер обладает характеристиками монохроматичности, направленности и когерентности, что делает его более ярким, более концентрированным и обладающим большей энергией, чем обычные источники света.
генерация лазерного излучения
Генерация лазерного излучения зависит от множества физических процессов, таких как источник возбуждения, усиливающая среда, инверсия населенностей и стимулированное излучение. Благодаря конструкции резонансного резонатора достигается эффективное усиление света и, в конечном итоге, формируется узконаправленный монохроматический лазер. . лазерный луч. Этот процесс не только демонстрирует основные принципы физики, но и способствует развитию современных технологий в таких областях, как здравоохранение, связь и промышленность.
лазерное излучениеТип:
инфракрасное излучение
Инфракрасные лазеры обычно используются для промышленной резки и сварки. Они имеют более длинные волны и способны проникать во многие материалы. Хотя инфракрасные лучи невидимы для человеческого глаза, они все же могут вызвать термические повреждения, поэтому при их использовании требуется особая осторожность.
Yльтрафиолетовое излучение
УФ-лазер в основном используется для микрообработки и высокоточной маркировки. Из-за короткой длины волны ультрафиолетовые лучи эффективны при удалении поверхностей материалов, но также потенциально вредны для глаз и кожи. Поэтому при использовании УФ-лазеров необходимо принимать соответствующие защитные меры.
Видимое излучение
可见光激光器广泛应用于激光显示、照明和娱乐设备。虽然可见光对眼睛的影响相对较小，但强烈的可见光仍然会导致眼睛疲劳或暂时性视力模糊。
Особенности лазерного излучения Что такое
- Монохроматизм: фотоны лазера имеют почти одинаковую частоту, то есть один цвет.
- Направленность: угол расхождения лазерного луча чрезвычайно мал, луч концентрирован, а энергия высококонцентрирована.
- Когерентность: Фазовое соотношение каждого фотона в лазерном луче стабильно и имеет высокую степень когерентности.
- Высокая яркость: лазер имеет чрезвычайно высокую яркость, намного выше, чем у обычных источников света.
интенсивность излучения лазера
Мощность и энергия:
Мощность лазера обычно выражается в ваттах (Вт). Разные типы лазеров имеют разную выходную мощность. Мощность медицинских лазеров может варьироваться от нескольких ватт до десятков ватт, тогда как мощность промышленных лазеров может достигать тысяч ватт.
Плотность энергии (излучения) лазера является важным фактором, влияющим на его воздействие на материалы и биологические ткани, обычно выражается в ваттах на квадратный сантиметр (Вт/см²).
Стандарты безопасности:
Лазерные изделия делятся на различные уровни безопасности в зависимости от таких параметров, как выходная энергия, длина волны и ширина импульса. Международная электротехническая комиссия (МЭК) и другие органы по стандартизации устанавливают допустимые пределы излучения (AEL), чтобы помочь выявить потенциальные опасности. Например, лазерные изделия класса 1 считаются безопасными при нормальной эксплуатации, тогда как лазерные изделия классов 3B и 4 требуют строгих мер безопасности для предотвращения травм.
лазерное излучение длина волны Влияние:
Лазеры разных длин волн по-разному воздействуют на ткани человека. Видимый свет и лазеры ближнего инфракрасного диапазона легче поглощаются глазами, а ультрафиолетовые лазеры более вредны для кожи. Конкретная степень вреда тесно связана с такими факторами, как мощность излучения, время воздействия и расстояние.
Порог урона:
每种类型的激光都有一个损伤阈值，如果超过该阈值，可能会对眼睛或皮肤造成伤害。国际标准定义了各种波长和功率下的最大允许暴露量 (MPE)，以确保安全使用。
Каковы воздействия лазерного излучения на материалы?
При низкой плотности мощности: когда плотность мощности падающего лазера мала, процессы поглощения, излучения и передачи в основном происходят на поверхности материала, и в это время материал существенно не изменится. Падающие фотоны упруго рассеиваются от электронов в материале, не выделяя тепла или абляции.
При высокой плотности мощности: когда плотность мощности падающего лазера достаточно высока, поверхность материала поглощает большое количество энергии и быстро нагревается. Если температура достигнет точки плавления или кипения, поверхностный слой материала расплавится или испарится. Частицы, образующиеся после испарения, взаимодействуют с последующим лазером, образуя плазму, что дополнительно влияет на структуру поверхности материала.
微观机理：在高能量密度下，入射光子与材料中的电子发生非弹性散射，使电子获得能量并与声子相互作用，导致材料内部温度升高。此过程可能会导致材料特性发生变化，例如硬度降低和脆性增加。
воздействие лазерного излучения на организм человека
влияние лазерного излучения на кожу
- Непосредственные опасности: Воздействие лазера на кожу может вызвать биологические эффекты, начиная от легкой эритемы и заканчивая сильными волдырями. Особенно после лазерного облучения высокой пиковой мощности поверхностные ткани могут карбонизироваться, не проявляясь при этом эритемой.
- Хронические опасности: длительное или неоднократное воздействие ультрафиолетовых лазеров может ускорить старение кожи или увеличить риск рака кожи. Длительное воздействие лазеров даже низкой интенсивности может вызвать хронические заболевания кожи.
влияние лазерного излучения на глаза
Лазеры разной длины волны вызывают разные виды повреждений глаз. Инфракрасные и ультрафиолетовые лазеры могут вызвать серьезные заболевания глаз, такие как кератит и катаракта, а сильный видимый свет может вызвать зрительное утомление и временную потерю зрения. Поэтому при работе с лазерным оборудованием важно носить защитные очки очки для лазера.
- Эффект длины волны: Степень повреждения глаз, вызванного лазерным излучением, тесно связана с его длиной волны. Ближний ультрафиолетовый свет (315–400 нм) в основном поглощается хрусталиком, а длительное воздействие может вызвать отсроченные проблемы, такие как катаракта. Дальние ультрафиолетовые лучи (100–315 нм) в основном поглощаются роговицей и могут вызвать кератоконъюнктивит (например, вспышка сварщика).
- Видимый свет и ближний инфракрасный диапазон. Лазеры видимого света (400–760 нм) и ближнего инфракрасного диапазона (760–1400 нм) действуют непосредственно на сетчатку, а чрезмерное воздействие может вызвать ожоги сетчатки, слепоту или другие патологии сетчатки. Особо мощные лазеры могут нанести серьезный ущерб даже за короткий промежуток времени.
- Термическое повреждение: когда лазер фокусируется в глазу, плотность энергии чрезвычайно высока, что может вызвать термические ожоги, приводящие к необратимому повреждению сетчатки или слепоте.
Другие потенциальные опасности
热声瞬变和非线性效应。热声瞬变和非线性效应还可以通过热声瞬变和非线性效应引起组织损伤。这些影响通常与脉冲宽度、焦点大小和激光剂量等因素有关。
激光危险的主要标准是
- Система классификации безопасности
Уровень 1: Не причинит вреда людям при нормальной эксплуатации, подходит для длительного наблюдения.
Уровень 2: Лазеры видимого диапазона с доступным пределом излучения (AEL), эквивалентным значению 0,25 секунды воздействия излучения от продукта уровня 1, обычно обеспечивающего защиту за счет естественных реакций (например, моргания).
Уровень 3: Далее подразделяется на 3A и 3B. Уровень 3А не причинит вреда при нормальных условиях избегания, но может быть опасен при использовании линз для наблюдения. Уровень 3В причинит вред невооруженным глазам;
Уровень 4: Значение AEL превышает уровень 3, что может привести к серьезному повреждению глаз и кожи, а также стать причиной пожара.
- Международные стандарты
Стандарты Международной электротехнической комиссии (IEC): Серия IEC 60825 определяет стандарты безопасности для лазерной продукции, разделяя их на 4 уровня.
Стандарт Американского национального института стандартов (ANSI): Серия ANSI Z136 также делит лазерные изделия на 4 уровня и предоставляет рекомендации по безопасному использованию.
Эти стандарты обеспечивают безопасность, устанавливая значения максимально допустимого воздействия (ПДВ), которые основаны на оценке возможного вреда для человека при различных длинах волн и мощностях.
Как сделать защиту от лазерного излучения
- Средства индивидуальной защиты (СИЗ)
Очки-ремешки для лазера: Ношение очков-ремешков для лазера, подходящих для определенных длин волн, может эффективно фильтровать вредное лазерное излучение и защищать глаза от повреждений. Оптическая плотность (ОП) очков должна выбираться исходя из мощности лазера, чтобы обеспечить максимальную защиту.
Лазерная защитная маска: используется для ультрафиолетовых лазерных источников для защиты глаз и кожи лица от прямого воздействия лазерного излучения.
Защитная одежда и перчатки. В условиях мощного лазерного излучения следует носить огнестойкую и термостойкую защитную одежду, а также соответствующие защитные перчатки, чтобы снизить риск ожогов кожи.
- Инженерный контроль
Физические барьеры: используйте лазерные щиты, барьеры или заборы, чтобы ограничить доступ к областям лазерного излучения. Убедитесь, что эти барьеры выдерживают полную выходную мощность лазера и эффективно блокируют прямой и отраженный свет.
Контроль траектории луча: используйте заслонки луча и устройства автоматической блокировки, чтобы гарантировать, что лазер работает только при необходимости и напрямую облучает намеченную цель, чтобы снизить риск случайного воздействия.
- Знаки безопасности и предупреждения.
Предупреждающие знаки: Разместите очевидные предупреждающие знаки рядом с лазерным оборудованием, чтобы предупредить персонал о потенциальных опасностях. Все лазерное оборудование должно иметь соответствующую маркировку с указанием уровня его опасности и мер предосторожности при использовании.
Защитная блокировка: для экрана предусмотрена защитная блокировка, гарантирующая, что экран нельзя будет снять во время технического обслуживания или работы, что предотвращает случайный контакт с высокоэнергетическими лазерами.
- Рабочие процедуры
Обучение и образование: Комплексное обучение технике безопасности для всех операторов, включая правильное использование лазерного оборудования, понимание опасностей различных типов лазеров и соответствующих мер безопасности.
Настройки более низкой мощности: при настройке лазерного оборудования установите минимальную мощность, необходимую для применения, и максимально уменьшите выходную мощность в процессе настройки, чтобы снизить риск случайной травмы.
- Экологический контроль
Управление лабораторией: Убедитесь, что дверь лаборатории закрыта, чтобы предотвратить вход посторонних лиц. В то же время поддерживайте хорошую вентиляцию в лаборатории, чтобы уменьшить вредный дым и газы, образующиеся при лазерной резке или сварке.
Регулярные проверки и техническое обслуживание. Регулярно проверяйте правильность работы всего защитного оборудования (например, барьеров и блокировок), а также калибруйте лазер и его компоненты для поддержания оптимальных характеристик и стандартов безопасности.
в заключение
Понимание важности лазерного излучения связано не только с развитием технологий, но и с безопасностью каждого человека. В повседневной жизни и работе мы все должны уделять внимание безопасному использованию лазерного оборудования, чтобы защитить здоровье себя и других. Надеемся, эта статья поможет вам лучше понять последствия лазерного излучения и принять соответствующие меры, чтобы оставаться в безопасности.
FAQ
Классификация и марки лазеров
Лазеры можно классифицировать по длине волны, мощности, непрерывные или импульсные. В зависимости от потенциального вреда лазера для организма человека лазер подразделяется на различные уровни безопасности, обычно разделенные на уровни 1-4.
