EN
Настроено под ваш лазер: почему важно учитывать длину волны, для которой предназначены ваши защитные лазерные очки.
Физика селективного поглощения длины волны: как фильтрующие материалы взаимодействуют с УФ-, видимым и ИК-излучением
Лазерные защитные очки используют фильтры, поглощающие или отражающие узкие диапазоны света. УФ-, видимый и ИК-свет по-разному поглощаются поликарбонатом, окрашенным стеклом и композитными (часто металлическими) фильтрами. Фильтр, поглощающий свет с длиной волны 532 нм (зелёный), может пропускать свет с длиной волны 1064 нм (ближний ИК). Механизмы поглощения фильтров зависят от длины волны, поэтому ни один фильтр не способен обеспечить защиту от всех лазерных длин волн. Лазерные защитные очки, сертифицированные для одной конкретной длины волны лазера, не обеспечивают защиты от других длин волн лазерного излучения, даже если излучаемый свет имеет схожий цвет.
Случаи повреждения сетчатки при соблюдении требований к оптической плотности (OD), но при использовании неподходящих длин волн
В случаях лазерных повреждений сетчатки установлено, что несоответствие длин волн чаще является причиной травмы, чем недостаточное значение оптической плотности (OD). В примере из промышленной практики 2019 года трое техников получили необратимые повреждения сетчатки в результате облучения лазером Nd:YAG с длиной волны 1064 нм. Техникам были выданы защитные очки с оптической плотностью OD 7 на длине волны 532 нм. Несмотря на то, что очки имели высокую заявленную оптическую плотность, кривая пропускания этих очков на длине волны 1064 нм показала, что их реальная оптическая плотность при этой длине волны была крайне низкой. В примере с аргоновым лазером в лаборатории 2021 года очки, предназначенные для длин волн 488/514 нм и имеющие OD ≥ 5, также продемонстрировали низкую оптическую плотность на длине волны 635 нм, пропустив более 90 % лазерного излучения с длиной волны 635 нм. Причина низкого значения OD на длине волны 635 нм заключается в том, что данные очки разработаны специально для длин волн 488/514 нм. Эти примеры иллюстрируют, что даже очки с высоким значением OD на определённой длине волны могут привести к повреждению сетчатки, если существует несоответствие между длиной волны лазерного излучения и той длиной волны, для которой обеспечивается защита. Следовательно, выбор защитных очков должен основываться, в первую очередь, на совпадении длины волны лазера и длины волны, для которой обеспечивается защита, а не только на значении OD.
Расчет требуемой оптической плотности (OD) для защитных очков
Для оценки требуемой оптической плотности (OD) с целью определения риска получения травмы при воздействии лазера на уровне, превышающем максимально допустимый уровень облучения (MPE), необходимо в первую очередь получить технические характеристики лазера и определить пороговый уровень повреждения. Максимально допустимый уровень облучения (MPE) определён в стандарте ANSI Z136.1 как уровень лазерного излучения, при котором у человека возникает пороговое повреждение, не угрожающее жизни. Для оценки требуемой OD оператор должен определить следующие параметры:
1. Рабочую длину волны лазера:
2. Выходную мощность лазера или энергию на импульс лазера:
3. Длительность импульса лазера (если применимо);
4. Диаметр лазерного пучка.
Наконец, для непрерывного лазера (CW) необходимо проводить оценку в терминах облучённости (мощность на единицу площади), а для импульсных лазеров — в терминах радиантной экспозиции (энергия на единицу площади).
Назначьте это значение для ПДУ при вашей конкретной длине волны и длительности облучения. Например, ПДУ для CO₂-лазеров с длиной волны 10,6 мкм при экспозиции менее 10 с составляет 0,1 Вт/см².
Используйте формулу: ОП = log₁₀ (инцидентная облучённость ÷ ПДУ)
Рассмотрим непрерывный CO₂-лазер мощностью 50 Вт с длиной волны 10,6 мкм и диаметром пучка 1 см. Инцидентная облучённость от такого лазера составляет примерно 63,7 Вт/см². Чтобы определить необходимый ОП при ПДУ 0,1 Вт/см², вычислим: log₁₀(63,7) = 2,8. На практике требуемый ОП округляют или корректируют до минимального значения 3 (3+), чтобы обеспечить запас безопасности. Безопасный ОП 3+ необходим из-за возможных ошибок при юстировке, отражений, деградации фильтров и не может быть определён исключительно на основе теоретического минимума.
Особенности применения для непрерывных (CW) и импульсных лазеров (Q-переключённые и ультракороткоимпульсные лазеры)
Для непрерывных (CW) лазеров предельное значение ОП установлено на уровне 6 при длине волны 1064 нм при медленном непрерывном режиме работы. Например, индекс защиты 3 для CW-лазера с длиной волны 1064 нм может обеспечить защиту лишь с ОП 3 или 4 против Q-переключённого импульса той же средней мощности.
Что касается многофотонного поглощения и лазерно-индуцированного пробоя фильтрующего материала, сертификация, подтверждённая при непрерывном излучении (CW), может объяснять случаи травм, возникшие несмотря на то, что защита от CW-излучения считалась достаточной. Для импульсных лазеров требуется защита от пиковой мощности с использованием импульсно-специфических значений степени защиты, подтверждённых в соответствии со стандартом EN 207.
При работе с ультракороткоимпульсными лазерами (пиковая облучённость >10⁹ Вт/см²) необходимо использовать данные испытаний, рассмотренные специалистом по безопасности лазеров (LSO), или отчёты независимых сторон, подтверждающие эффективность защиты при ваших точных параметрах импульса — а не общие значения для непрерывного излучения (CW).
Руководство по выбору лазерных очков для распространённых систем: CO₂, Nd:YAG, диодные, эксимерные и волоконные лазеры
Nd:YAG (1064/532 нм) и CO₂ (10,6 мкм): совместимость с материалами, тепловые ограничения и требования к сертификации в соответствии со стандартом ANSI Z136.1
Лазеры на CO₂ излучают на длине волны 10,6 мкм. Поскольку это дальнее инфракрасное излучение, фильтры должны изготавливаться из поликарбоната или специализированного стекла, поглощающего лазерное излучение. Это отличается от видимого и ближнего инфракрасного диапазонов, где фильтрация является селективной. Лазеры на CO₂ высокой мощности (свыше 100 Вт) могут повредить оптические элементы низкого качества. Выбирайте защитные очки, испытанные и сертифицированные для работы с лазером на CO₂ при конкретном уровне рабочей мощности, а не только по длине волны. Для лазера Nd:YAG необходима защита на длине волны 1064 нм (опасность для роговицы) и на удвоенной по частоте длине волны Nd:YAG — 532 нм (опасность для сетчатки). Многие защитные очки обеспечивают защиту на длине волны 1064 нм в соответствии со стандартом ANSI Z136.1, но не обеспечивают защиты на длине волны 532 нм, для которой предельно допустимый уровень экспозиции (MPE) может быть в 100 раз ниже. Предоставьте документальное подтверждение сертификации по каждой длине волны отдельно, а не в совокупности или под общим термином «широкополосный ИК». Очки, обозначенные как «общий ИК», обеспечат недостаточную защиту на длине волны 532 нм и, следовательно, не будут соответствовать стандарту ANSI Z136.1.
Сравнение компромиссных решений для лазеров на диодах (405–980 нм), эксимерных лазеров (193–351 нм) и волоконных лазеров (1030–1550 нм), а также проверенных очков для защиты от лазерного излучения.
Для лазерных очков с диодным лазером требуется фильтр, соответствующий каждой длине волны излучения лазера. Фильтр, сертифицированный для длины волны 450 нм, не обеспечивает защиту при длине волны 808 нм. Проверенный диапазон ослабления фильтра должен точно совпадать с длиной волны излучения лазера. Эксимерные лазеры (193 нм — аргон-фторид, 248 нм — криптон-фторид, 308 нм — ксенон-хлорид и 351 нм — ксенон-фторид) работают в глубокой ультрафиолетовой области спектра. Фильтры из стекла, легированного редкоземельными элементами, или из кварцевого стекла обычно снижают видимость на 70–90 %. Это влияет на соответствие требованиям. Поскольку диапазон 1030–1550 нм перекрывается с излучением Nd:YAG, волоконные лазеры, как правило, работают при значительно более высоких средних мощностях или в ультракоротких импульсах. ИК-очки обеспечивают достаточную защиту для низкомощных систем волоконных лазеров с непрерывным излучением (CW), однако для высокомощных или импульсных систем требуются фильтры по стандарту EN 207 с подтверждённой защитой для заданной длительности импульса и пиковой мощности. Предпочтительно выбирать модели, прошедшие независимые испытания сторонними лабораториями в соответствии с вашими эксплуатационными параметрами, а не основываться на маркетинговых заявлениях производителя.
Использование лазерных защитных очков зависит от посадки, сертификации и контекста применения и является важнейшим фактором обеспечения их надёжности в реальных условиях. Чтобы снизить риск потери зрения при работе с лазерными лучами, необходимо использовать лазерные защитные очки, плотно прилегающие к лицу. Зазоры, возникающие в оправе очков, могут стать путём проникновения лазерного излучения как в прямом, так и в отражённом виде; кроме того, дискомфорт при длительном ношении приводит к нарушению соблюдения правил техники безопасности со стороны пользователя. Лазерные защитные очки должны соответствовать требованиям стандартов по ударопрочности и лазерной защите, а именно стандартам ANSI Z87.1 (ударопрочность) и ANSI Z136.1 или EN 207/208 (ослабление лазерного излучения и долговечность). Например, сертифицированные по стандарту EN 207 очки проходят испытания при определённых уровнях мощности/энергии и заданной длительности импульса для подтверждения их надёжности в реальных условиях. Лазерные защитные очки необходимо регулярно проверять на наличие царапин, отслаивания слоёв и деформации оправы; при нарушении их целостности очки подлежат замене. Наконец, в программу обеспечения лазерной безопасности следует включить обучение по проверке соответствия условий применения и посадки очков, поскольку это помогает снизить вероятность их неэффективного использования (при неправильной посадке) или полного отказа от их применения (при непостоянном ношении).
Часто задаваемые вопросы
Почему важно, чтобы защитные очки от лазерного излучения были настроены на конкретную длину волны?
Настройка защитных очков от лазерного излучения на конкретную длину волны важна, поскольку такие очки предназначены для фильтрации лазерного излучения в узком диапазоне длин волн и оптимизированы для защиты от лазерных излучений, попадающих в этот диапазон. Если длина волны лазера не попадает в указанный диапазон, очки, скорее всего, обеспечат минимальную или вообще нулевую защиту.
Что произойдёт, если я буду носить очки, сертифицированные для неподходящей длины волны?
Использование защитных очков от лазерного излучения, сертифицированных для неподходящей длины волны, с высокой вероятностью приведёт к ожогам сетчатки глаза или необратимому повреждению.
Как оптическая плотность (OD) защитных очков связана с безопасностью при работе с лазерами?
Оптическая плотность (OD) защитных очков от лазерного излучения — это мера степени ослабления лазерного излучения, необходимая для того, чтобы уровень облучения не превышал максимально допустимого уровня облучения (MPE). Следовательно, защитные очки должны быть рассчитаны на конкретную длину волны лазера.
Отличаются ли импульсные и непрерывные лазеры, и требуют ли разные лазеры разных защитных очков?
Да, защитные очки для непрерывного излучения могут ввести в заблуждение при работе с импульсными системами. Из-за высокой плотности энергии импульсные лазеры требуют очков, рассчитанных на пиковую облучённость.
Каков наилучший способ ухода за защитными очками для работы с лазерами?
Вы можете убедиться, что ваши защитные очки для работы с лазерами правильно сидят и не имеют признаков повреждений. Защитные очки для работы с лазерами должны соответствовать следующим стандартам: ANSI Z136.1 и EN 207.