隨著技術(shù)發(fā)展,現(xiàn)在激光技術(shù)和激光部件在信息技術(shù)設(shè)備和家用電子產(chǎn)品中應(yīng)用十分廣泛。對于激光輻射的危害如何評估和測量是認(rèn)證檢測中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
一、激光輻射的危害
激光具有極好的方向性和單色性,并具有高亮度,與普通光有很大的差別. 激光輻射引起損傷的機(jī)理,對于所有的生物系統(tǒng)來說都是相似的。可以包括熱反應(yīng)、熱聲瞬變和光化學(xué)相互作用的過程。上述任何一種機(jī)理引起損傷的程度均與輻照源的某些固有物理參數(shù)有關(guān),其中最重要的是波長、脈寬、聚焦尺寸、輻照度和輻照量。概括地講,在超閾值照射中,主要的損傷機(jī)理與照射的持續(xù)時(shí)間有關(guān)。隨著脈沖持續(xù)時(shí)間的逐漸延長,起主要作用的損傷機(jī)理是:照射時(shí)間為100ms至數(shù)秒時(shí),為熱效應(yīng);照射時(shí)間超過100s時(shí),為光化學(xué)效應(yīng). 激光輻射,其光束準(zhǔn)直性與許多其他已知的輻照類型不同,所加光輻照初期含有高能量,使得過多的能量傳導(dǎo)到生物組織中。各種激光輻照時(shí)對生物器官的損傷主要是由于該器官對輻照的吸收所致。 短脈沖、高峰值功率激光器,通過不同損傷機(jī)理的聯(lián)合作用,可加重組織損傷。能量在極短的時(shí)間內(nèi)釋放到生物組織上,受照射部位會產(chǎn)生很高的輻照度,致使生物組織細(xì)胞由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。在多數(shù)情況下,這些相變極快,可使組織爆裂,細(xì)胞崩解。中等劑量,長時(shí)間照射可引起某些生物組織,如皮膚、眼睛的水晶體,尤其是視網(wǎng)膜的不可逆改變。
二、激光輻射的評估和測量方法
在信息技術(shù)產(chǎn)品中,我國對激光部分的要求依據(jù)GB 7247.1-2001《激光產(chǎn)品的安全 第一部分:設(shè)備分類、要求和用戶指南》。
1.根據(jù)激光產(chǎn)品的危害程度可分為四類,每一類規(guī)定了相應(yīng)的可達(dá)發(fā)射極限ALE。
1類:激光器在合理可預(yù)見的工作條件下是安全的。
2類:發(fā)射波長為400nm~700nm可見光的激光器,通??捎砂ㄕQ鄯瓷湓趦?nèi)的回避反應(yīng)提供保護(hù)。
3A類:用裸眼觀測激光器是安全的。對發(fā)射波長為400nm~700nm的激光,由包括眨眼反射在內(nèi)的回避反應(yīng)提供保護(hù)。對于其他波長對裸眼的危害不大于1類激光器。用光學(xué)裝置(如:望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡)直接進(jìn)行3A類的光束內(nèi)視觀察是危險(xiǎn)的。
3B類:直接光束內(nèi)視這類激光器是危險(xiǎn)的。觀察漫反射一般是安全的。
4類:4類激光器能產(chǎn)生危險(xiǎn)的漫反射。它們可引起皮膚灼傷、也可引起火災(zāi)。使用這類激光要特別小心。
2.根據(jù)不同的波長范圍、時(shí)間基準(zhǔn)和各修正系數(shù),可計(jì)算出各類激光的ALE限值。具體的ALE限值的計(jì)算方法在GB
7247.1中有詳細(xì)描述。
首先,介紹一下對向角和最大允許照射量這兩個(gè)概念。
對向角是表觀光源(包括漫反射)在觀察者眼睛或測量點(diǎn)所張的視角。最大允許照射量MPE水平是指眼或皮膚受到照射即刻或長時(shí)間后無損傷發(fā)生的最大照射水平,它與輻射波長、脈寬和照射時(shí)間、處于危險(xiǎn)狀態(tài)的生物組織、暴露在400nm~1400nm的可見和近紅外輻射中的視網(wǎng)膜成像的大小等有關(guān).測試示意圖如附圖。以輻射功率和輻射能量為表達(dá)形式的值,可用50mm的圓形孔徑測量輻射功率或輻射能量。光源在視網(wǎng)膜的輻射的大小是無法直接測量的。對波長在400nm~1400nm之間的表觀光源(單點(diǎn))的輻射,采用7 mm的圓形孔徑,然后根據(jù)對向角的大小來估算表觀光源的輻照度和輻照亮度.
現(xiàn)在檢測產(chǎn)品遇到的大部分都是表觀光源, min=1.5mrad ,當(dāng)光源的對向角(在不小于100mm的自由空氣距離進(jìn)行測量)小于或等于 min時(shí),ALE和MPE與光源的對向角無關(guān),任何小于 min的角都限制到 min。 在302.5mm~4000mm波長范圍內(nèi),接收角為 max=0.1rad,當(dāng)光源的對向角(在不小于100mm 的自由空氣距離進(jìn)行測量)大于或等于 min時(shí),ALE和MPE與光源的對向角無關(guān),任何大于 max的角都限制到 max 表觀光源的對向角大于 min時(shí)的光源稱為擴(kuò)展光源。對于擴(kuò)展光源而言,測得功率和能量必須低于規(guī)定類別的AEL(可達(dá)發(fā)射極限)的允許值。在此,AEL是對向角的函數(shù)。最小對向角 min也是相對的,它是照射時(shí)間t的函數(shù)。
min=1.5mrad t<0. min=2t3/4mrad 0.7s≤t<10s
min=11mrad t≥10s
按GB 7247.1:2001的規(guī)定,使用多種時(shí)間基準(zhǔn)。
——對于波長小于或等于400nm的激光輻射,對于波長大于400nm且有意觀察是該激光產(chǎn)品設(shè)計(jì)或功能上固有要求的激光輻射,時(shí)間基準(zhǔn)為30000s。
——對于波長大于400nm,單波長輻射和有防護(hù)罩防護(hù)的激光輻射,時(shí)間基準(zhǔn)為100s。
——在波長400nm~700nm范圍內(nèi),時(shí)間基準(zhǔn)為0.25s。
對波長在400nm~1400nm范圍內(nèi)的擴(kuò)展光源輻射時(shí),光束內(nèi)視的MPE值可被修正因子C6 所放大。
C6 =1 ≤ min
C6 =/ min min< ≤ max
C6 = min / min > max
對向角min< ≤ max (在100mm處測)且波長在400nm~1400nm范圍內(nèi),可以通過一個(gè)直徑為7 mm的圓形孔徑測量輻射功率或輻射能量。
值得注意的是:上述測試方法是 IEC 825-1(1993)的測試方法,在其中明確規(guī)定了光柵孔徑(7 mm)和測試的距離(在100mm處測)?,F(xiàn)行的 GB 4943-2001標(biāo)準(zhǔn)對于激光的測試方法是GB 7247.1-2001,但是新的GB 7247.1在等同采用 IEC 825-1(1993)的基礎(chǔ)上又加入了第一修訂案的內(nèi)容。由于第一修訂案對測試方法有一定的改動,下面把GB7247.1標(biāo)準(zhǔn)中的測試方法與IEC 825-1(1993)不同的地方,介紹如下:
對向角 min< ≤ max (在100mm處測)且波長在400nm~1400nm范圍內(nèi),當(dāng)通過一個(gè)直徑為7 mm的圓形孔徑測量輻射功率或輻射能量時(shí),該圓形孔徑與光源的距離r取決于對向角
作為選擇,如果允許在距離表觀光源r以內(nèi)放置一直徑為7mm的圓形孔徑,則可用一個(gè)直徑d在7mm~50mm之間的圓形孔徑光闌進(jìn)行測量,d取決于光源的對向角,該圓形孔徑光闌應(yīng)放置在距離表觀光源100mm處。
圓形孔徑的直徑由 對于表觀光源 min 對應(yīng)不同的照射時(shí)間有不同的取值,而max一般取100mrad。
由上可以看出,在有些情況下,光柵孔徑和測試的距離在符合上述公式的情況下是可以變動的。
GB 7247.1:2001與IEC60825-1:1993雖然存在一些差異,但是依據(jù) GB7247.1:2001對激光輻射進(jìn)行測量也是沒有問題的。依據(jù)CTL538號決議“作為對標(biāo)準(zhǔn)(IEC60950-1)中的規(guī)范性引用文件的一種替代,當(dāng)制造商同意時(shí),IEC 60825-1/A2:2001可以與上述這些標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合使用
(三)ALE限值的確定
如何確定ALE限值對判定激光輻射是否符合要求是非常重要的。下面舉例說明。
例1:對于波長:=780nm,發(fā)射持續(xù)時(shí)間:t=100s
ALE(Class 1)=7×10-4t0.75C4C6 J
C4=100.002(-700)=1.4454
C6=1 ≤ min 因此,
ALE(Class 1)=7×10-4× 1000.75× 1.4454×1=0.0320 J
如果把焦耳換算成毫瓦為:0.32mW
例2:對于波長:=650nm,發(fā)射持續(xù)時(shí)間:t=100s
ALE(Class 1)=3.9×10-3C3C6 J (t>T2) 或7×10-4t0.75C6 J (t<T2)
首先,確定T2=10×100.02(-550)=1000
C6=1 ≤ min,t<T2
因此,ALE(Class 1)=7×10-4t0.75C6=7×10-4×1000.75×1=0.022J
ALE(Class 2)=10-3×C6W, t>0.25s
=0.001W
根據(jù)測量值與計(jì)算出的ALE限值比較,可以判斷出激光輻射的類別。
在測量時(shí),還應(yīng)該注意的是測試環(huán)境對測試結(jié)果的影響。太陽光和燈光都是可見光,有比較寬的光譜范圍,這些因素直接影響到測試結(jié)果是否合格的判定。因此在測量激光輻射時(shí),要盡量消除這些因素的影響。
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