培训120613激光防护眼镜

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1、产品培训讲座产品培训讲座20120610何铁锋-激光防护眼镜由于激光具有单色性好、方向性强、相干性及亮度高等优异性能。使其在工业、农业、医疗、国防、军事等领域得到了广泛应用，并成为当代科学技术中发展最快的科技领域之一。也正是由于激光的这些特点对人体和光电设备的传感器及光学系统构成了极大威胁，激光安全与防护防护已受到极大重视。v产生激光的介质主要有四种类型，固体（晶体、玻璃等）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、液体（有机或无机液体）和半导体。这些激光介质发射出的激光覆盖了电磁波的大部分范围，可以从远紫外（100nm）波段到远红外（10mm）波段。v国际电工委员会（IEC）：制定和管理国际激

2、光安全标准，IEC 60825-2007v美国：美国国家标准协会（ANSI）激光安全委员会制定Z136-2000标准v中国：a)激光产品的辐射安全：GB7247.1-2001 b)激光防护设备的安全标准：GB18151-2000 c)激光安全标志标准：GB18217-2000 d)激光作业场的安全标准：GB10435-1989 e)军用激光安全标准共45项v激光产品的分类(GB 7247.1-2001)v1类激光:其连续波功率很小，只达微瓦或亚微瓦级，正常运行条件下不会产生危害，一般不必采取防范措施。v例如:激光打印机等。v激光产品的分类(GB 7247.1-2001)v2类激光：功率为（0.

3、1-1）mW，仍属小功率范围，可以用肉眼观察。其输出剂量不超过1类激光源的最大允许辐射剂量，虽不是绝对安全的，但眼睛对这类激光源看久了会自动生厌（眨眼）而自我保护。v例如:游 戏 用 激 光 枪、激 光 棒 及 条 码 扫 描 器等。v激光产品的分类(GB 7247.1-2001)v3A类激光：其连续波输出功率达（1-5）mW，通常应加防护措施，其工作区及激光源本身均应挂相应的警告标记，另外，利用光学仪器直视这类激光源会对眼睛带来危害，也应加强防护。v例如:激 光 棒 及 直 线 校 准 仪 器。v激光产品的分类(GB 7247.1-2001)v3B类激光：其输出功率为（5-500）mW，直接

4、靠近这类激光源会对身体有危害；通过漫反射器观看这类激光源，距离在150mm以上。观看时间短于10s则是安全的。此类激光源应设警告标记。v例如:用 于 物 理 治 疗 的 激 光 治疗仪等。v激光产品的分类(GB 7247.1-2001)v4类激光：激光输出功率在0.5W以上，即使通过漫反射也有可能引起危害，会灼伤皮肤，引燃可燃物。用户操作这类激光源时应特别小心。这类激光源应配备明显的警告标记。v例如:大功率激光表演机、激光工业加工机等。激光对人眼的损伤过程主要有热损伤,光化学损伤和电离损伤等。由于眼球是很精细的光能接收器，它是由不同屈光介质和光感受器组成的极灵敏的光学系统，眼的屈光介质有很强的

5、聚焦作用。将入射光束高度汇聚成很小的光斑，从而使视网膜单位面积内接收的光能比入射到角膜的光能提高 105倍。视网膜光感受器是极灵敏的光敏组织，在蓝、绿光谱内只要8-10 个光子就可以产生视觉，其能量相当于 1.410-5J/cm2。因此，眼球是激光最敏感的器官，很容易受到激光的伤害。激光辐射对眼睛的基本影响激光辐射对眼睛的基本影响 v眼睛 紫外辐射C（180nm-280nm）：光致角膜炎 紫外辐射B（280nm-315nm）：光致角膜炎 紫外辐射A（315nm-400nm）：光化学反应 可见光（400nm-700nm）：光化学和热效应所致的视网膜损伤 红外辐射A（700nm-1400nm）：白

6、内障、视网膜灼伤 红外辐射B（1400nm-3000nm）：白内障、水分蒸发、角膜灼伤 红外辐射C（3000nm-1mm）：仅为角膜灼伤 激光辐射对眼睛的危害激光辐射对眼睛的危害 激光对视觉的伤害是激光产品最大的潜在危害激光辐射对眼睛的危害激光辐射对眼睛的危害v不同激光波长对眼睛的伤害 a)可见光激光:眼屈光介质(角膜、房水、晶状体）对可见光谱（400nm-700nm)的激光透过率很高，吸收率低。造成眼底视网膜和脉络膜损伤。b)近红外、远红外激光：1064nm激光（YAG、Nd玻璃）能量一半损伤屈光介质，一半损伤视网膜。1060nm辐射（C02激光）可完全被角膜吸收。c)紫外激光：眼屈光介质透

7、过率随波长变短迅速下降，被角膜吸收，引起角膜炎和结膜炎。波长分区波长分区波长范围波长范围(nm)主要损伤部位主要损伤部位紫外激光180-400角膜、晶状体可见激光400-700视网膜、脉络膜近红外激光700-1400视网膜、脉络膜、晶状体中、远红外激光1400-106角膜激光辐射对眼睛的危害激光辐射对眼睛的危害v瞳孔大小及损害程度：a)缩小的瞳孔可以减少进入眼底的激光量。b)瞳孔越大进入眼内的激光量越大，眼底损伤程度越重，越不可逆转。c)在光线较暗的室内，瞳孔散开就大，在这样的环境中调试，使用激光器者，必须慎重保护眼睛。因此时眼睛的瞳孔处于最大状态，进光量虽少，也最容易伤害眼睛视网膜。缩小的瞳

8、孔，除能减少进光量而外，瞳孔外的激光量可被虹膜吸收、而将热量由虹膜的微血管扩散转移。d)一般人的眼睛在暗的环境时，瞳孔直径为78mm，在可见的强光下可以缩小到只有1.5mm，通常在白天瞳孔直径约23mm。因而，最大瞳孔与最小瞳孔之间的透光面积相差20倍以上。激光辐射对眼睛的危害激光辐射对眼睛的危害v激光入射角与眼伤害关系：激光不与视轴同步，偏离角度越大，视网膜的损伤越轻，虹膜可挡住偏离的激光而不会进入眼底。由于黄斑部位中央凹在视觉功能中起的作用极重要，而且这部位又最容易受损伤，所以直视激光束的危险程度要比偏离视轴一个角度射入眼睛的危险程度大很多，必须绝对避免。激光辐射对眼睛的危害激光辐射对眼睛

9、的危害v眼底色素含量多少与受到激光伤害程度有特定关系：色素组织极容易吸收激光能量，故色素含量多少直接影响到激光对视网膜的损伤程度。机体肤色深浅与眼底色素呈正相关联系，皮肤色重者，其眼底所含的色素数量也多；皮肤色白者，眼底含色素数量相对较少。可见激光主要损伤最脆弱的视网膜，尤以 0.53 m 的绿光致盲效果最佳，如 Nd:YAG 倍频激光和 Nd:YAG激光,从下表可以看出人眼对不同波长激光的吸收情况。由于人眼很容易受到激光的严重损伤，所以激光防护措施是有必要的。表 人眼屈光介质的透射率与视网膜的吸收率激光器激光器波长波长(nm)吸收率吸收率(%)介质透过率介质透过率(%)有效吸收率有效吸收率(

10、%)钕激光106412425.04红宝石694.4569653.7氩离子488-514708056倍频Nd:YAG532748865理想的激光防护技术及防护材料应有如下性能指标1、防护带宽足够宽，对人体和光学系统有害的各 谱线激光均有所需要的衰减能力2、输出阈值足够低，应使入射的激光光强衰减至 人眼所能接受的安全范围，对激光辐射能量的 衰减程度，常用OD表示激光防护材料的性能指标式中T为防护材料对波长为 的入射激光的透过率,Ii为入射到防护材料的激光强度，It为透过防护材料的激光强度。从公式 可以看出,若防护材料的光密度为 3，可使光强减弱到原来的 1/103，如果光密度为 6 可使光强减弱到

11、原来的 1/1063、输入阈值足够低，在足够低的激光能量和功率密度入射下，能把输出能量和功率限制在所要求的输出阈值以下。4、对弱辐射有较高的线性透过率，以保证人眼对周围环境有足够高的可见光和光电传感器对信号接收的要求.5、响应时间快，对脉宽为纳秒的高重复频率激光束响应及时。6、破坏阈值大，对于足够强的激光入射，有较高的破坏阈值，以防止防护器材损坏而失去防护能力。激光技术的飞速发展对激光防护器材的要求越来越高，为了使操作人员的眼睛得到有效的保护。人们开展了对激光防护原理、方法、材料的探索和研究。从防护原理上分：激光防护材料主要有基于线性光学原理的激光防护材料，基于非线性光学原理的激光防护材料和基

12、于相变光学原理的激光防护材料从光学原理上看，光与物质相互作用，使介质产生极化，宏观极化强度和光场强度 的关系可用下式表示基于式中的线性项产生光学效应的激光防护材料，称为基于线性光学原理的激光防护材料，主要包括线性吸收型、反射型、衍射型、复合型以及相干型防护材料。激光防护方法及防护原理一、基于线性光学原理的激光防护材料1、吸收型防护材料目前国内外应用最广，实用化技术最高的激光防护材料，有塑料型和玻璃型两种。塑料型是在光学塑料中加入吸收激光的有机染料，优点是光密度高、质轻、价格低、制备方便。缺点是易老化，表面硬度低，耐化学试剂性差。玻璃型是在玻璃熔炼的过程中加入无机燃料制成，克服了塑料防护材料的缺

13、点。但其光密度低，吸收波长少。目前实现多波段防护的激光玻璃的研究也取得了很大进展，南京工业大学研制的吸收0.53和 1.06 m 的激光防护玻璃，光密度达到4，可见光透过率T58%基本满足激光防护的要求。2、反射型激光防护材料在玻璃基底上蒸镀多层介质膜，利用光的干涉原理，有选择地反射特定波长的激光，而使其他波长的激光绝大部分通过。与吸收型防护材料相比，反射型激光防护材料是反射激光，因此能经受更大的激光功率。3、衍射型激光防护材料在全息光学元件研究工作的基础上研制出新型激光防护材料，根据布拉格衍射原理 SIN=/2X 式中为照射角，为激光波长，X 为全息图干涉条纹间距。利用全息摄影方法，在塑料或

14、玻璃基片上制作三维相位光栅。通过控制全息图干涉条纹间距，可以按防护要求反射特定波长的光，而使其他波长的光通过。4、复合型激光防护材料在吸收型防护材料表面再镀上反射膜，既能吸收某一波长的激光，又能利用反射膜反射特定波长的激光，在一定程度上改变了防护材料的防护性能，从而达到激光防护的目的。5、相干型激光防护材料由多层介电材料沉积在基片上制作而成，由于激光的高相干性，使得激光在通过相干防护材料后相干相消，起到滤光的作用。上述基于线性光学原理的激光防护材料还存在着明显的缺点 如表所示，只对光波波长敏感 对光波强度不敏感，对同一波长的强光和弱光的入射不加区分地平等吸收和反射，因而对同一波长的高光学密度和

15、高透明度两个指标不能同时兼顾。二、基于非线性光学原理的激光防护材料自从 Leite 等人首次观察到光限幅现象至今，人们对基于非线性光学理论的激光防护研究一直有着浓厚的兴趣，并取得了很大进展。1994 年美国首次报道了一种全波段防护式的宽带热散焦液态光限幅器。基于非线性光学原理的激光防护技术是 20世纪 80年代发展起来的新型激光防护技术，利用了三阶非线性光学效应，主要有非线性吸收、非线性折射、非线性散射和非线性反射。非线性吸收型包括反饱和吸收和双光子吸收，从目前的研究成果看，研究最多、性能最好、可接近实用化的方案是非线性反饱和吸收。它是一种吸收系数随入射光强增加而增加的现象，特点是响应时间快，

16、一般为皮秒量级，适于对调Q和锁模激光的防护。1、非线性吸收型非线性折射型包括自散焦和自聚焦两种非线性光学效应。是指在高斯光束作用下，非线性材料内产生折射率的轴对称变化和光强。2、非线性折射型其防护原理为：当入射光的光强小于自聚焦和自散焦阈值时，材料呈现出高透射性。当入射光强达到或超过自聚焦或自散焦阈值时，材料呈现低透射并使出射光强基本稳定在某一值。由某种液体和微粒构成的悬浮液非线性散射体的特点。若弱光入射时悬浮液的光学性质是均匀的，光通过悬浮液不出现非线性散射，呈高透射特性。强光照射时悬浮液的光学性质是非均匀的，光通过悬浮液时出现非线性散射，呈低透射特性。3、非线性散射型非线性反射包括非线性界

17、面和反射双稳态，线性材料和非线性材料之间的界面称之为非线性界面，其光限幅器原理如图 所示当光强达到一定阈值后，非线性介质的折射率增大，入射光发生非线性反射，从而实现光限。1992 年 R.R.Michael等人研究了碳悬浮颗粒的非线性界面的光限幅原理。4、非线性反射型三、基于相变原理的激光防护材料这是 20 世纪80 年代发展起来的新型防护材料，是利用热致相变材料。在室温下为一种结构，呈透明态，受到激光照射后，材料产生温升，当温度上升到一定高度时转变为另一种结构，变成不透明状态。目前研究最多的相变材料是VO2薄膜 VO2晶体相变时，从高温四方晶系相变到低温的单斜晶系。上述基于非线性光学原理的激

18、光防护材料的共同特点是：不仅对波长敏感，对光强也敏感，对同一波长的强光和弱光入射时的作用是不同的。在原理上克服了线性光学防护方法的缺点，同时兼顾了同一波长的高光学密度和高透明度两个指标，是国内外激光防护研究的趋势和热点之一。激光防护镜有多种类型，所用材料不同，原理各异，应用场合也不同。因此，要提供对激光有效防护，必须按具体使用要求对激光防护镜进行合理的选择。选择防护镜时，首先根据所用激光器的最大输出功率（或能量）、光束直径、脉冲时间等参数确定激光输出最大辐照度或最大辐照量。而后，按相应波长和照射时间的最大允许辐照量（眼照射限值）确定眼镜所需最小光密度值，并据此选取合适防护镜。选择的具体条件主要

19、有：1、大辐照量Hmax(J/m2)或最大辐照量HEmax (W/m2)；2、特定的防护波长；3、在相应防护波长的所需最小光密度值Dmin；4、防护镜片的非均匀性、非对称性、入射光角 度效应等；5、抗激光辐射能力；6、可见光透过率；7、结构和外形。v意大利Univet 公司成立于1997年，主要设计和生产工业、医疗和激光防护眼睛。v主要产品有：吸收式激光防护眼镜以及配套镜框干涉式激光防护眼睛以及配套镜框IPL强脉冲彩色防护眼镜医疗防护眼镜激光防护板（视窗）激光防护放大眼镜v其中吸收式激光防护眼睛包括：1、塑料镜片2、玻璃镜片 防护波长从190nm到11000nm，对连续、脉冲、Q开关激光器、锁模激光器有防护作用，干涉式是玻璃镜片，主要作用于连续、脉冲、Q开关激光器起保护作用激光防护板（视窗）包括玻璃、塑料和有机玻璃三种，主要应用于连续、脉冲激光器IPL强脉冲彩光和医疗防护、激光防护放大镜主要美容作业、激光洗眉(去斑、除纹身)、牙科等领域 谢 谢