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激光安全和激光知识

1. 激光是什么?
激光(英语:Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,缩写为LASER,或laser),是指窄幅频率的光辐射线,通过受激辐射放大和必要的反馈共振,产生准直、单色、相干的光束的过程及仪器。基本上,产生激光需要“共振结构”、“增益介质”及“激发来源”这三个要素。
激光结构图
2. 激光结构图:
激光结构图
3. 激光有哪些应用?
激光广泛地应用于日常生活中。激光主要应用于物体指示,工程建设和建筑等的准直测量,医疗外科手术和医疗美容护理等。低功率激光是指示和观星的最佳选择。高于100mW的激光被用于燃烧试验。高功率的第4(IV)级激光主要应用于试验、科研、军事领域等。

4. 什么是激光波长?
我们的眼镜对非常小的区域的被标记为“可见光”的电磁频谱的光敏感。这种可见光对应的波长范围为400-700纳米(nm),颜色从紫色到红色。人眼不能看到超出这个波长范围的颜色。可见光的波长从短到长依次为:紫色、蓝色、绿色、黄色、橘色、和红色。 紫外光辐射的波长比紫色可见光要短。红外光辐射波长比红色可见光要长。白光是各种可见光谱颜色的混合物。黑色完全没有光。

光谱的颜色和波长
激光波长图
此图显示了可见光谱的颜色和适配的波长(纳米)。波长和颜色如下:
紫外光,100nm-400nm;
可见光,400nm-750nm;
红外光,750nm-1mm。

5. 什么是激光横模?

激光横模
激光光束的横向电磁模式(横模)体现了激光光束的功率分布状况。大多数激光采用最基本的TEM00光束模式,光束为高斯光分布。这种基本的光束模式具有最小的光束直径和光束发散角,并且可以聚焦到最小的光斑尺寸。
激光光束横模结构可以通过更换镜片来实现。

6. 激光等级
第1级 (Class I/1):
第一级激光
在装置内是安全的,对眼睛无任何伤害。通常是因为激光的超低输出功率(在此情况下即使眼睛暴露在激光下几小时也毫无损伤),光束被完全的封闭在装置内。例如在CD播放器和激光打印机内。

第2级 (Class II/2):
第2级激光
除了用眼镜直视光束很长时间,在正常情况下是安全的,眼睛的眨眼反应可以避免受到激光伤害。这类激光输出功率低于1mW,只包括能发出可视光的激光。例如激光笔。

第3 a/A级 (Class IIIa/3A) :
第3 a/A级激光
功率通常会达到5mW,并且在眨眼反应的时间内会产生对眼睛造成伤害的小风险。注视这一等级的激光光束几秒钟会对视网膜造成立即的伤害。如果设备没有标明“小心”的警告标签,激光功率密度不得超过2.5毫瓦/平方厘米,否则需要有“危险”的警告标签。这以激光等级包括常见的激光瞄准器和激光笔。

第3 b/B级 (Class IIIb/3B) :
第3b/B级激光
在暴露下会对眼睛造成立即损伤。这个类别的激光功率为5mW-500mW,直视激光可以给眼睛带来永久的伤害。如果需要直视第3b/B级激光,建议佩戴激光防护镜。这一级别的激光可能有点燃的危害,并能灼伤皮肤。

第4级 (Class IV/4):
第4级激光
这个类别包括输出功率大于500mW的激光,它会对眼睛和皮肤造成永久性伤害。激光的漫反射也会对标称危险区内眼睛和皮肤造成伤害。许多工业、军事、科学和医疗用的激光都属于这一类别。

7. 激光安全知识有哪些?
即使是第1级的激光也被认为有潜在性的危险。 西奥多•梅曼创造的第一个激光器只有” 吉列”的功率,它只能灼热吉列刮胡刀的刀片。但是,几毫瓦的低功率照射,都足以危害到人眼的视力。如果该激光的波长在眼角膜和透镜可以良好聚焦在视网膜的范围内,就意味着这种相干性低的发散的激光光会被眼睛聚焦在视网膜上极小的区域,只要几秒钟或更短的时间,就会造成视网膜局部的烧灼和永久性的伤害。

激光器通常都会标示有着安全等级编号的激光警示标签:

•  第1级 (Class I/1):在装置内是安全的。通常是因为光束被完全的封闭在内,例如在CD播放器内。
•  第2级 (Class II/2):在正常使用状况下是安全的,眼睛的眨眼反射可以避免受到伤害。这类设备通常功率低于1mW,例如激光指示器。
•  第3 a/A级 (Class IIIa/3A):功率通常会达到5mW,并且在眨眼反射的时间内会有对眼睛造成伤害的小风险。注视这种光束几秒钟会对视网膜造成立即的伤害。
•  第3b/B级 (Class IIIb/3B):在暴露下会对眼睛造成立即的损伤。
•  第4级 (Class IV/4):激光会烧灼皮肤,在某些情况下,即使散射的激光也会对眼睛和皮肤造成伤害。许多工业和科学用的激光都属于这一级。

这种标示的功率是针对可见光和连续波长的激光,对脉冲激光和不可见光激光还有其它适用的限制。对使用第3B级和第4级激光工作的人,还需要可以吸收特定波长光的护目镜保护他们眼睛的安全。

某些波长超过1.4μM的红外线激光通常被归类为对”眼睛安全”的。这是因为水分子的内在分子震动对这一波段附近的频谱有着强烈的吸收,因此这些波长的激光光在通过眼角膜时会被稀释,完全没有办法残留的光线会被透镜聚焦到达视网膜。但是"眼睛安全"的标签可能会造成误导,因为它只适用于低功率的连续光束,任何高功率或有Q-断路器的激光,在这种波长一样可以烧灼眼角膜,造成眼睛严重的损伤。

8. 激光的危害
激光辐射的危害
激光一出现就已经得到了广泛的应用。激光主要适用于教育教学指示,天文观星,会议演示等方面。然而,激光因其低廉的价格和多个供货商,正逐渐被激光迷和激光爱好者所有,包括未成年儿童。因此,在真正拥有激光笔之前,需要特别详细地了解激光的危害。

激光危害
激光辐射主要通过它的热效应造成伤害。即使是适当功率的激光也会对眼睛造成伤害。高功率激光也可能会灼伤皮肤。一些高功率的激光,即使是它的漫反射也会对眼睛造成伤害。

虽然激光对视网膜有潜在的危害,但不是所有的可见激光会造成永久性的视网膜损伤。直视激光可能会对眼睛造成余像,瞬时色盲和眩光等。短时视网膜伤害会在几秒钟以后恢复。

激光的小发散角和眼睛的聚焦本能意味着激光可以在视网膜上面形成一个非常小的光斑。如果激光的功率足够强,在很短时间内会导致永久伤害,激光的速度远大于眨眼的速度。足够强大的近红外(400-1400nm)辐射发出的不可见光会穿透眼球,在视网膜上产生热量,主要是由于角膜和晶体吸收波长范围为小于400nm和大于1400nm的暴露激光辐射,导致白内障和烫伤的发生。

红外激光极其有害,因为保护身体的“眨眼反射”只对可见光有反应。例如,有些人暴露于高功率Nd:YAG激光发出的1064纳米不可见光的辐射下,感觉不到疼痛或是注意到对眼球的瞬间伤害。眼球突然地跳动或是噪音是视网膜已损坏的唯一迹象。视网膜受热温度超过100℃会导致局部沸腾并伴随永久性盲点。

激光持有人需要详细熟知激光的危害,知道有关FAA激光安全使用法规。在使用高功率激光时候需要佩戴激光防护镜确保激光使用安全。

9. 如何保护自己免受激光的危害?
在使用第IIIB级和第IV级激光时候,需要采取有效措施保护自己免受激光的危害。在当今市场上,激光防护镜是保护自身的主要方式之一。选择不同的激光产品,需要佩戴相应波长适配的激光防护镜。例如,吸收532nm波长激光的需要佩戴橙色的护目镜。

在任何情况下都不允许直视激光。在使用激光之前需佩戴防护镜。激光安全的方法:
请将激光笔放置于未成年人接触不到的地方。未成年人(不满18周岁)在没有家人监督情况下严禁使用激光笔。只有成年人在了解激光安全知识和危害后方可购买使用激光用品。

任何时候都需要谨慎使用高功率激光。严禁用激光照向人或动物,飞行器,和行驶车辆。严禁任何形式的滥用激光产品。

请远离高功率激光。请与高功率激光保持距离,例如用于燃烧的激光,这与常规的指示激光截然不同。永远不要盲目购买没有激光安全等级和功率的激光。

10. 激光的能量是多少?
不同的应用需要不同的激光输出功率。 激光产生连续的光束或一连串的短脉冲可以根据他们的平均功率来作比较。激光产生的脉冲可以根据每个脉冲的峰值功率来定性。脉冲激光的峰值功率是许多个量级组成,大于它的平均功率。平均功率通常小于消耗功率。
一些用途所要求的连续的或平均的激光功率:
功率                用途
1–5 mW        激光指示器
5 mW           CD-ROM 驱动器
5–10 mW      DVD播放器 or DVD-ROM 驱动器
100 mW        高速CD-RW刻录机
250 mW        消费者16X DVD -R刻录机
400 mW        4秒内点燃首饰盒,磁带
1 W             全息通用光盘原型开发的绿色激光
1–20 W        大多数市售的用于微细加工的固态激光器
30–100 W     典型的封闭式CO2 手术激光器
100–3000 W  典型的封闭式CO2激光器,用于工业激光切割
100 kW         Northrop Grumman公司正在开发的CO2激光器,用于军事武器应用

11. 如何维护激光?
正确的激光维护可延长激光的使用寿命。我们只需按照以下步骤来做:

我们需要准备什么?
1. 超细纤维布
请确保超细纤维布是专用于镜头清洁设计的。您可以在当地相机或眼镜店购买。
2. 棉签或牙签
你需要用棉签或眼前折叠纤维布,以便清洁激光镜片。
3. 镜头清洁套装 (可选)
如果用超细纤维布不能彻底清洁镜头,需要使用镜头清洁套装。请确保清洁套装是专为镜头清理而设计的。
*警告:禁止使用水。

清洁操作过程:
1. 使用清水和肥皂把手洗干净并干燥。
2. 用牙签或棉签折叠超细纤维布。保证不用手触碰清洁布用于清洁镜头的部分。你不能讲清洁布折叠两次,因此你需要特别小心,不要用力按压镜头。
3. 在出光孔处轻轻移动清洁布知道接触到镜头。轻轻的从一边擦向另一边。来回轻轻转动清洁布,多次重复这一过程,直到把镜头擦干净。
4. 转动激光笔检查是否清洁。