激光器的光辐射安全

激光器的光辐射安全
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     与其他普通光源不同,激光器产生的激光由于其单色性、相干性、准直性以及高能量密度而更能达到能量集中的效果,从而对人体器官(特别是人眼)造成伤害。对于红外谱区的激光,其对人体的伤害主要是热效应,对蓝光及紫光谱区的激光,其伤害主要是光化学效应。因此,当人眼由于不小心直接面对从激光器或者光纤接头处出射的激光时,就可能对眼睛造成伤害。而如果是紫外激光,就可能导致角膜发炎与白内障对于目前使用的1550nm 激光器,其工作在远红外波段,其主要是对角膜及眼球晶体造成伤害。

     在美国, FDA ( Food and Drug Administration ) 属下的CDRH ( Center for Devices and RadiologicalHealth ) 负责对激光器产品的相关安全指标进行控制。根据其对人身的潜在危险程度,激光器产品被分成四级,并且规定了详细的测试与管理规范。ANSI (American National Standards Institute) 也专门制订了两个标准( Z136.1,z136.2 )对其使用进行了规范,其中Z136.1是关于激光器的安全使用的标准,Z136.2是关于以LD 与LED作为光源的光纤通信系统的安全使用的标准。在美国以外,IEC ( International Electrotechnical Commission ) 在其825号文献中也对激光器的基本安全问题作了要求,与CDRH 基本相似。

     根据激光器光辐射的不同,CDEH 与IEC 把激光器与激光器制品分成四级,其分级的依据是可处理辐射极限AEL ( Accessible emission limit),即AEL 是每一级激光器及激光器制品允许的最大辐射。AEL 与波长以及在辐射下暴露时间都有关系。

* 第一级:在正常操作情况下,不会产生对人有伤害的光辐射。

* 第二级:其辐射范围在可见光谱区,其AEL 值相当于在第一级产品的辐射中暴露0.25秒时的值。该级产品需要附加警告标记,进行安全测试。

* 第三级:分成3a 与3b 两级。3a 级别对于具有对强光正常躲避反应的人来说,不会对裸眼造成伤害,但是对于通过使用透镜仪器进行观察的情况,就会对人眼造成伤害。3b 级产品包括在200nm 至1000000nm 范围内的辐射,如果裸眼直视就会造成意外伤害。对其的管理及控制要比第二级严格。

* 第四级:AEL 在第三级以上,不但在直视时会对人眼造成伤害,在其他情况下也会造成以外伤害。不但对眼睛,也可能伤及皮肤,甚至引起火灾。对该类产品要进行严格的管理及控制。

     根据CDRH 标准,对于使用1550nm 激光器以及单模光纤的光纤通信系统,第一级产品的输出功率应在8.5mW以下,大于500mW 就是第四级。根据IEC 标准,对于使用1550nm 激光器以及单模光纤的光纤通信系统,第一级产品的输出功率应在10mW 以下,小于50mW 是3级,大于500mW 就是第四级。

     在光通信系统中引入光纤放大器之后,由于光纤放大器的输出功率大于一般的半导体激光器,作为激光器产品的一种,其使用的辐射安全性也受到大家的关注。国际电联(ITU-T)在制定光通信系统,特别是使用光纤放大器的系统(如波分复用)的标准时,也考虑到了激光器的安全使用问题,在一些建议如G.691、G.692、G.664、G.957等中,都引入了IEC825的相关定义与说明。

     同时,我们注意到,系统的光安全级别与系统中的器件的安全级别是不一样的。一个设计良好的系统可以很好的避免其器件引起的意外伤害,而一个设计不周的系统可能会使器件对人身的伤害变得更严重。

     因此,国际电联在光通信系统中考虑安全性时除了引用IEC 和CDRH 相关标准对器件进行相应规范外,更从系统级别对安全性进行了考虑,提出了ALS、APR、APSD 等概念。

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