激光人眼安全限值(Eye Safety Limit for Lasers)是指在特定条件下,人眼暴露于激光辐射而不致造成任何可察觉的伤害的最大允许剂量。这些限值通常由国际电工委员会(IEC)和其他标准化机构制定,以确保激光产品的安全使用。激光对人眼的潜在伤害主要来源于其高能量密度,这可能导致热效应(如视网膜灼伤)或非热效应(如紫外线伤害)。
激光人眼安全限值基于几个关键参数,包括:
最大容许暴露量(Maximum Permissible Exposure, MPE):这是在指定时间内,人眼可以承受的激光辐射的最大平均照度或辐照度。MPE值考虑了激光的波长、脉冲宽度、重复频率和照射时间。
MPE即最大允许照射量,MPE水平是指眼睛或皮肤受到照射后即刻或长时间后无损伤发生的最大照射水平。 MPE值宜作为控制照射量的指南,而不宜作为确定安全与危害水平的严格分界线,因为低于MPE的激光辐射照射量在某些环境下,仍然令人不舒服。
MPE的计算步骤:
首先确定脉冲激光的类型,其中重复脉冲辐射照射应当满足如下的要求:
a) 脉冲串中任一单脉冲的照射量不应超过单脉冲的MPE;
b) 照射持续时间为T的一脉冲串的平均照射度不得超过表中照射持续时间为T的单脉冲MPE;
c) 脉冲串中各脉冲的平均照射量不得超过单脉冲的MPE值与修正因子C5之积。
确定激光脉冲的波长和照射的持续时间,并依据相应的表查询允许的最大照射量;
根据最大照射量结合修正因子计算出最大允许照射量MPEs
注1:其中波长小于400nm的执行a、b要求,大于400nm的执行a、b、c要求。
注2:对于意外照射,应当考虑最坏条件下,对于波长大于400nm的激光辐射,照射的最大持续时间可为100s;对于波长小于400nm的激光辐射,照射的最大持续时间可为30000s。
NOHD即标称眼危害距离(NOHD):是一个安全参数,用于界定在正常操作条件下,激光光束从发射点开始到其能量下降至最大允许照射量(Maximum Permissible Exposure, MPE)以下的距离。超过此距离,即使直视激光源也不太可能造成即时的眼睛损伤。
无危险阈值(No Observed Adverse Effect Level, NOAEL):这是在特定条件下,没有观察到任何不良影响的最高暴露水平。
激光的波长:不同波长的激光对人眼的穿透能力和伤害机制不同。例如,可见光(约400-700纳米)可以到达视网膜并可能造成视网膜损伤,而近红外光(约780-1400纳米)可能引起白内障和视网膜损伤。
照射时间:短时间(瞬时)的照射可能比长时间的连续照射更安全,因为眼睛的瞬时闭合反射可以减少激光的入射。
激光的功率和能量:更高的功率或能量意味着更大的潜在伤害。
人眼安全激光波长范围通常被认为是在1.50-2.05微米之间,这个波段的激光相对安全,因为它们大部分会被眼睛的晶状体吸收,而不是穿透到视网膜。不过,即使是这个波段内的激光,如果功率足够高,也可能造成伤害。
激光安全等级(Class)根据激光的功率和潜在危害分为多个等级,从Class 1(最低危害)到Class 4(最高危害)。每个等级都有不同的安全要求和警告标志,以防止意外暴露。
激光人眼安全限值等级划分
类别 | 激光器种类 | 安全意义 | 与MPE的关系 |
1类 | 超低功率激光器或封装激光器 | 安全 | 即使使用光学仪器也不会超过MPEs |
1M类 | 高发散或大光束直径的激光产品 | 肉眼安全,使用光学仪器时有潜在危险 | 即使曝光时间过长, 裸眼也不会超过MPEs, 但使用光学仪器可能会超过 |
2类 | 发射低水平的可见光辐射(波长在400到700nm) | 应避免长时间凝视 | 可通过眼睛的自然回避反应获得保护, 0.25s以内肉眼或使用光学仪器不会超过MPEs |
2M类 | 可见光辐射水平超过2类允许可达发射极限的激光水平 | 应避免长时间凝视 | 0.25s以内通过眼睛的自然回避反应肉眼不会超过MPEs, 但使用光学仪器可能会超过 |
3R类 | 可达发射水平是1类(非可见光)或2类(可见光)可达发射极限的5倍 | 防止受到光束照射 | 可能会超过眼睛MPEs, 但损伤风险较低 |
3B类 | 可达发射水平,无论是否使用放大观察辅助器具,都可能对眼睛造成伤害 | 防止眼睛、皮肤受到光束照射,注意反射光照射 | 超过眼睛MPEs |
4类 | 可达发射水平对眼睛和皮肤都可能造成损伤 | 防止眼睛和皮肤受到照射和漫反射(散射), 防止光束引起失火等 | 超过裸眼和皮肤的MPEs, 漫反射超过眼睛的MPEs |
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