激光器安全标准与激光防护镜的选择
激光器安全标准
激光器安全标准有美国标准ansi 136.1，欧洲标准en207/en208/ec60825。
一、美国激光安全标准ansi 136.1
激光器根据ansi z136.1标准分类为以下几个类别。
等级
定义
要求
1
无危险
无需护目镜
1m
眼睛安全可见波长激光器（400-700nm），使用时无放大镜光学系统
无需护目镜除非具有放大镜光学系统
2
眼睛安全可见波长激光器（400-700nm），（眨眼反射0.25秒内可防止损伤）
无需护目镜
2m
眼睛安全可见波长激光器（400-700nm），（眨眼反射0.25秒内可防止损伤），使用时无放大镜光学系统
建议使用护目镜
3r
间接观察光束可能不安全。大允许曝光（mpe）可见光class 2激光器为5次，不可见光class1激光器为5次
对眼睛有害，建议使用护目镜
3b
间接观察光束对眼睛有害，漫反射也会有害
对眼睛有害，建议使用护目镜
4
直接和漫反射曝光对眼睛和皮肤有害。有燃烧和烧伤危害
需要眼睛防护和其他人身安全防护
class 1激光器，在所有正常使用条件下都是安全的。意味着当使用裸眼或使用典型放大光学系统（望远镜或显微镜）观察激光时，都不会超过大允许曝光值（mpe）。为了验证该标准，标准了孔径和相对裸眼的距离，使用典型望远镜观测准直光束，使用典型显微镜观测发散光束。必须认识到，某些特定激光器被归类为class 1，但是在使用具有非常大孔径的望远镜或显微镜，仍有可能产生损伤。例如，高功率激光器，具有很大的准直光束或高度发散光束，根据标准定义，通过孔径的功率比class 1激光器的辐射极限（apl）低，或许会归类到等级1激光器，但是在使用大口径的放大镜会聚集不安全的功率值。
class 1m激光器，除了通过显微镜和望远镜等放大光学系统外，在其他所有条件下使用都是安全的。class 1m激光器产生大直径或发散光束。class 1m激光器，通常不会超过mpe，除非使用聚焦或成像光学系统压缩光束。如果光束重新聚焦，class 1m激光器的危险将会上升，激光器等级会改变。如果通过裸眼瞳孔的功率比class 1激光器的辐射极限（apl）低，该激光器可以归类为class 1m，但是，使用典型放大光学系统会将功率收集进眼中，超过等级1激光器的ael，低于等级3b的ael。
class 2激光器，是安全的，因为眨眼反射会限制曝光不超过0.25秒。只适用于可见光激光器（400-700nm）。class 2激光器，功率限制在连续为1mw，或在辐射时间低于0.25秒时功率更高，或光不是空间相干光。故意抑制眨眼反射会导致眼睛伤害。很多激光指示器和测量仪器是class 2激光器.
class 2m激光器，是安全的，如果不直接观察光学仪器，眨眼反射会避免伤害。与class 1m激光器一样，激光光束具有大直径，或大发散角，光通过瞳孔的量不能超过class 2的限制。
class 3r激光器，在小心使用时是安全的，光束观察受限制。使用class 3r激光器，可能会超过mpe，但是产生伤害的可能性较小。可见连续class 3r激光器限制为5mw。其他波长和脉冲激光器，受其他条件限制。
class 3b激光器，如果眼睛直接暴露会有危险，但是从纸张或其他粗糙表面的漫反射没有危险。连续激光器的ael，波长范围从315nm到远红外为0.5w。400-700nm脉冲激光器限制为30mj。其他波长或超短脉冲激光器适用其他限制。直接观察class 3b激光束时需要佩戴防护眼镜。class 3b激光器必须安装钥匙开关和安全内锁。class 3b激光器用在cd或dvd刻录机内部，但是刻录机是class 1，因为激光不会从刻录机单元射出。
class 4激光器，是和危险的激光器，包括所有超过class 3b ael的激光器。class 4激光器可以灼烧皮肤，直接、漫反射或或间接观察光束，会造成毁灭性的或的眼睛伤害。这些激光器可能会引燃可燃材料，会有火灾隐患。这些危险也适用间接或非镜面反射光束，甚至从明显的粗糙表面——这就意味着在控制光路时必须非常小心。class 4激光器必须安装钥匙开关和安全内锁。大多数工业、科研、军事、医疗激光器为class 4激光器。
ansi z136.1标准需要*光学密度（od）的参数，可以计算标称危险区域（nhz），超出的可以使用护目镜观察漫反射。
光学密度（od）是通过滤光片能量衰减的测量值。od值越高，衰减越高，防护等级越高。也就是说，od值是激光能量通过滤光片的测量值。
od是透过率对数的倒数，od = -log10 t，t为透过率。
od值
透过率%
衰减系数
0
100%
1
1
10%
10
2
1%
100
3
0.10%
1,000
4
0.01%
10,000
5
0.00%
100,000
6
0.00%
1,000,000
7
0.00%
10,000,000
二、欧洲激光安全标准en207/en208/ec60825
欧洲激光安全标准en 207/en208，在决定激光安全要求时，考虑光学密度和激光器的功率/能量密度。与ansi z136.1相似，激光安全防护镜必须提供足够的光学密度来减小激光功率，达到或低于大允许曝光值（mpe），也必须提供损伤阈值保护。根据en207，激光安全护目镜必须免受激光器直接内部光束曝光。
en207标准需要护目镜贴有防护等级标签，并详细说明它们的损伤阈值，（例如10600d l5（l5表示在10600nm 10秒内直接照射功率密度为100mw/cm2）。
en207 的l比率为防护镜材料的损伤阈值，也就是说防护镜承受的功率密度，并且需要激光器稳定测试至少10秒（cw）或100个脉冲（脉冲模式）。
工作模式：激光工作在不同模式具有不同的功率密度特性，需要不同的防护眼镜。
模式
定义
脉冲宽度
d
连续（cw）恒定功率
>0.25s
i
脉冲：短单个或周期能量辐射
> 1 us to 0.25 s
r
大量脉冲：很短单个或周期能量辐射
1 us to 1 ns
m
锁模
< 1 ns (皮秒和飞秒)
标度从l1到l10，数字是光学密度的下限，ln是指od>n，或t<10^（-n），t为透过率。对于给定激光器小标度取决于工作模式和波长。
工作模式
波长范围
大激光功率密度
给定功率小防护等级*
d (连续)
180–315 nm
1×10n-3 w/m²
log(p) + 3
315–1400 nm
1×10n+1 w/m²
log(p) - 1
1400 nm–1000 μm
1×10n+3 w/m²
log(p) - 3
i,r (脉冲)
180–315 nm
3×10n+1 j/m²
log(e/3) - 1
315–1400 nm
5×10n-3 j/m²
log(e/5) + 3
1400 nm–1000 μm
1×10n+2 j/m²
log(e) - 2
m (超短脉冲)
180–315 nm
1×10n+10 w/m²
log(p) - 10
315–1400 nm
1.5×10n-4 j/m²
log(e/1.5) + 4
1400 nm–1000 μm
1×10n+11 w/m²
log(p) - 11
*p in w/m², e in j/m².
level numbers should be rounded upwards.
举例：
1、1064nm激光器，脉宽10ns，100mj/cm2（103 j/m2）。现在有一个防护眼镜标称为dir 1064 l5。激光脉宽表明应该选r模式，标度n=5，大激光功率密度上限为5×102j/m2，表明这款*不适合防护这种激光器。
2、780nm激光器，连续，功率密度50 mw/cm2（p = 500 w/m2），表面需要d模式，小防护等级为log(500)-1=1.69，约等于2，这时，安全防护眼镜等级小为d 780 l2。
从这个标度可以推测对应n=0的功率密度，在没有防护眼镜时是安全的。
*的选择
五个选择要素：
一、激光参数和使用条件
需要咨询激光器生产商对激光器防护的要求。
计算od和功率密度要求，基于波长、功率（对于脉冲激光器，需要知道波长、能量、脉宽、重频），使用激光安全软件进行计算，软件例如lazan，lasersafepc，easy haz或 lia's laserhazard evaluator software。
需要考虑：是否有激光曝光工程控制限制？在对齐可见光束时，是否要求有部分光束可见？间接光束曝光是否需要保护，或主要防护漫反射或散射能量？对于医疗应用，是否需要考虑医生和患者使用不同的防护眼镜（对于可见光透过（vlt），全眼球覆盖，重量等）？滤光片颜色/色彩还原是否影响使用？使用时是否有多个激光系统，或防护眼镜针对单个激光设计？
以上这些，需要询问激光安全防护眼镜生产商。
二、滤光片od值，损伤阈值，可见光透过率（vlt）等要求。
需要保证滤光片会将能量降低到大许可曝光（mpe）值以下。
检查滤光片的可见光透过率（vlt）。vlt是可见光透过滤光片的百分比，和眼睛对日光的光谱灵敏度对比。vlt越高越好。vlt低于20%，应该在很高光照条件下才可以使用。
考虑吸收或干涉滤光片。吸收滤光片材料是聚合物+染料或者玻璃，作用是吸收激光能量。干涉滤光片使用反射材料薄层提供保护。或者混合两种技术。
聚合物滤光片，重量轻，具有不同的可见光透过率，对uv、可见和近红外具有中等水平激光损伤阈值，对红外具有低水平激光损伤阈值。聚合物滤光片性价比高，佩戴方便，具有的耐冲击性。
玻璃滤光片，重量比较重，具有更高的可见光透过率，在更高曝光时具有更高的激光损伤阈值，镀有介质膜，同时具有的可见光透过率和的损伤阈值（某些能量没有被吸收而是被反射），价格也比较高。
三、镜架：样式和佩戴模式
选择镜架要求：
1、舒适：如果防护眼镜不舒服，用户就会不想使用。
2、美观：用户可以选择样式美观的防护眼镜。
noir很多镜架设计适合与处方近视眼镜同时佩戴，有些是通用的，佩戴与不佩戴处方眼镜都可以。
需要确保选择的镜架佩戴时面部匹配，没有缝隙。具有边缘防护的型号增加环境光，方便使用。
聚合物滤光片适用大部分的镜架，通常具有大的视场和全角度覆盖。
四、适合：可调性，舒适、美观
1、如果防护镜不合适，用户就不愿意佩戴
2、用户不会佩戴不适合或他们不喜欢的。
五、要素：额外考虑因素
只有在佩戴时才有防护眼睛的功能，如果不使用，就没有防护功能。
如果防护眼镜太重，非常不匹配，设计很糟糕，或可见光透过率太低，用户就会不去佩戴防护眼镜。
滤光片的技术数据，包括批量数据，吸收特性，测试报告、ce证书，合格文件。
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等级
定义
要求
1
无危险
无需护目镜
1m
眼睛安全可见波长激光器（400-700nm），使用时无放大镜光学系统
无需护目镜除非具有放大镜光学系统
2
眼睛安全可见波长激光器（400-700nm），（眨眼反射0.25秒内可防止损伤）
无需护目镜
2m
眼睛安全可见波长激光器（400-700nm），（眨眼反射0.25秒内可防止损伤），使用时无放大镜光学系统
建议使用护目镜
3r
间接观察光束可能不安全。大允许曝光（mpe）可见光class 2激光器为5次，不可见光class1激光器为5次
对眼睛有害，建议使用护目镜
3b
间接观察光束对眼睛有害，漫反射也会有害
对眼睛有害，建议使用护目镜
4
直接和漫反射曝光对眼睛和皮肤有害。有燃烧和烧伤危害
需要眼睛防护和其他人身安全防护
class 1激光器，在所有正常使用条件下都是安全的。意味着当使用裸眼或使用典型放大光学系统（望远镜或显微镜）观察激光时，都不会超过大允许曝光值（mpe）。为了验证该标准，标准了孔径和相对裸眼的距离，使用典型望远镜观测准直光束，使用典型显微镜观测发散光束。必须认识到，某些特定激光器被归类为class 1，但是在使用具有非常大孔径的望远镜或显微镜，仍有可能产生损伤。例如，高功率激光器，具有很大的准直光束或高度发散光束，根据标准定义，通过孔径的功率比class 1激光器的辐射极限（apl）低，或许会归类到等级1激光器，但是在使用大口径的放大镜会聚集不安全的功率值。
class 1m激光器，除了通过显微镜和望远镜等放大光学系统外，在其他所有条件下使用都是安全的。class 1m激光器产生大直径或发散光束。class 1m激光器，通常不会超过mpe，除非使用聚焦或成像光学系统压缩光束。如果光束重新聚焦，class 1m激光器的危险将会上升，激光器等级会改变。如果通过裸眼瞳孔的功率比class 1激光器的辐射极限（apl）低，该激光器可以归类为class 1m，但是，使用典型放大光学系统会将功率收集进眼中，超过等级1激光器的ael，低于等级3b的ael。
class 2激光器，是安全的，因为眨眼反射会限制曝光不超过0.25秒。只适用于可见光激光器（400-700nm）。class 2激光器，功率限制在连续为1mw，或在辐射时间低于0.25秒时功率更高，或光不是空间相干光。故意抑制眨眼反射会导致眼睛伤害。很多激光指示器和测量仪器是class 2激光器.
class 2m激光器，是安全的，如果不直接观察光学仪器，眨眼反射会避免伤害。与class 1m激光器一样，激光光束具有大直径，或大发散角，光通过瞳孔的量不能超过class 2的限制。
class 3r激光器，在小心使用时是安全的，光束观察受限制。使用class 3r激光器，可能会超过mpe，但是产生伤害的可能性较小。可见连续class 3r激光器限制为5mw。其他波长和脉冲激光器，受其他条件限制。
class 3b激光器，如果眼睛直接暴露会有危险，但是从纸张或其他粗糙表面的漫反射没有危险。连续激光器的ael，波长范围从315nm到远红外为0.5w。400-700nm脉冲激光器限制为30mj。其他波长或超短脉冲激光器适用其他限制。直接观察class 3b激光束时需要佩戴防护眼镜。class 3b激光器必须安装钥匙开关和安全内锁。class 3b激光器用在cd或dvd刻录机内部，但是刻录机是class 1，因为激光不会从刻录机单元射出。
class 4激光器，是和危险的激光器，包括所有超过class 3b ael的激光器。class 4激光器可以灼烧皮肤，直接、漫反射或或间接观察光束，会造成毁灭性的或的眼睛伤害。这些激光器可能会引燃可燃材料，会有火灾隐患。这些危险也适用间接或非镜面反射光束，甚至从明显的粗糙表面——这就意味着在控制光路时必须非常小心。class 4激光器必须安装钥匙开关和安全内锁。大多数工业、科研、军事、医疗激光器为class 4激光器。
ansi z136.1标准需要*光学密度（od）的参数，可以计算标称危险区域（nhz），超出的可以使用护目镜观察漫反射。
光学密度（od）是通过滤光片能量衰减的测量值。od值越高，衰减越高，防护等级越高。也就是说，od值是激光能量通过滤光片的测量值。
od是透过率对数的倒数，od = -log10 t，t为透过率。
od值
透过率%
衰减系数
0
100%
1
1
10%
10
2
1%
100
3
0.10%
1,000
4
0.01%
10,000
5
0.00%
100,000
6
0.00%
1,000,000
7
0.00%
10,000,000
二、欧洲激光安全标准en207/en208/ec60825
欧洲激光安全标准en 207/en208，在决定激光安全要求时，考虑光学密度和激光器的功率/能量密度。与ansi z136.1相似，激光安全防护镜必须提供足够的光学密度来减小激光功率，达到或低于大允许曝光值（mpe），也必须提供损伤阈值保护。根据en207，激光安全护目镜必须免受激光器直接内部光束曝光。
en207标准需要护目镜贴有防护等级标签，并详细说明它们的损伤阈值，（例如10600d l5（l5表示在10600nm 10秒内直接照射功率密度为100mw/cm2）。
en207 的l比率为防护镜材料的损伤阈值，也就是说防护镜承受的功率密度，并且需要激光器稳定测试至少10秒（cw）或100个脉冲（脉冲模式）。
工作模式：激光工作在不同模式具有不同的功率密度特性，需要不同的防护眼镜。
模式
定义
脉冲宽度
d
连续（cw）恒定功率
>0.25s
i
脉冲：短单个或周期能量辐射
> 1 us to 0.25 s
r
大量脉冲：很短单个或周期能量辐射
1 us to 1 ns
m
锁模
< 1 ns (皮秒和飞秒)
标度从l1到l10，数字是光学密度的下限，ln是指od>n，或t<10^（-n），t为透过率。对于给定激光器小标度取决于工作模式和波长。
工作模式
波长范围
大激光功率密度
给定功率小防护等级*
d (连续)
180–315 nm
1×10n-3 w/m²
log(p) + 3
315–1400 nm
1×10n+1 w/m²
log(p) - 1
1400 nm–1000 μm
1×10n+3 w/m²
log(p) - 3
i,r (脉冲)
180–315 nm
3×10n+1 j/m²
log(e/3) - 1
315–1400 nm
5×10n-3 j/m²
log(e/5) + 3
1400 nm–1000 μm
1×10n+2 j/m²
log(e) - 2
m (超短脉冲)
180–315 nm
1×10n+10 w/m²
log(p) - 10
315–1400 nm
1.5×10n-4 j/m²
log(e/1.5) + 4
1400 nm–1000 μm
1×10n+11 w/m²
log(p) - 11
*p in w/m², e in j/m².
level numbers should be rounded upwards.
举例：
1、1064nm激光器，脉宽10ns，100mj/cm2（103 j/m2）。现在有一个防护眼镜标称为dir 1064 l5。激光脉宽表明应该选r模式，标度n=5，大激光功率密度上限为5×102j/m2，表明这款*不适合防护这种激光器。
2、780nm激光器，连续，功率密度50 mw/cm2（p = 500 w/m2），表面需要d模式，小防护等级为log(500)-1=1.69，约等于2，这时，安全防护眼镜等级小为d 780 l2。
从这个标度可以推测对应n=0的功率密度，在没有防护眼镜时是安全的。
*的选择
五个选择要素：
一、激光参数和使用条件
需要咨询激光器生产商对激光器防护的要求。
计算od和功率密度要求，基于波长、功率（对于脉冲激光器，需要知道波长、能量、脉宽、重频），使用激光安全软件进行计算，软件例如lazan，lasersafepc，easy haz或 lia's laserhazard evaluator software。
需要考虑：是否有激光曝光工程控制限制？在对齐可见光束时，是否要求有部分光束可见？间接光束曝光是否需要保护，或主要防护漫反射或散射能量？对于医疗应用，是否需要考虑医生和患者使用不同的防护眼镜（对于可见光透过（vlt），全眼球覆盖，重量等）？滤光片颜色/色彩还原是否影响使用？使用时是否有多个激光系统，或防护眼镜针对单个激光设计？
以上这些，需要询问激光安全防护眼镜生产商。
二、滤光片od值，损伤阈值，可见光透过率（vlt）等要求。
需要保证滤光片会将能量降低到大许可曝光（mpe）值以下。
检查滤光片的可见光透过率（vlt）。vlt是可见光透过滤光片的百分比，和眼睛对日光的光谱灵敏度对比。vlt越高越好。vlt低于20%，应该在很高光照条件下才可以使用。
考虑吸收或干涉滤光片。吸收滤光片材料是聚合物+染料或者玻璃，作用是吸收激光能量。干涉滤光片使用反射材料薄层提供保护。或者混合两种技术。
聚合物滤光片，重量轻，具有不同的可见光透过率，对uv、可见和近红外具有中等水平激光损伤阈值，对红外具有低水平激光损伤阈值。聚合物滤光片性价比高，佩戴方便，具有的耐冲击性。
玻璃滤光片，重量比较重，具有更高的可见光透过率，在更高曝光时具有更高的激光损伤阈值，镀有介质膜，同时具有的可见光透过率和的损伤阈值（某些能量没有被吸收而是被反射），价格也比较高。
三、镜架：样式和佩戴模式
选择镜架要求：
1、舒适：如果防护眼镜不舒服，用户就会不想使用。
2、美观：用户可以选择样式美观的防护眼镜。
noir很多镜架设计适合与处方近视眼镜同时佩戴，有些是通用的，佩戴与不佩戴处方眼镜都可以。
需要确保选择的镜架佩戴时面部匹配，没有缝隙。具有边缘防护的型号增加环境光，方便使用。
聚合物滤光片适用大部分的镜架，通常具有大的视场和全角度覆盖。
四、适合：可调性，舒适、美观
1、如果防护镜不合适，用户就不愿意佩戴
2、用户不会佩戴不适合或他们不喜欢的。
五、要素：额外考虑因素
只有在佩戴时才有防护眼睛的功能，如果不使用，就没有防护功能。
如果防护眼镜太重，非常不匹配，设计很糟糕，或可见光透过率太低，用户就会不去佩戴防护眼镜。
滤光片的技术数据，包括批量数据，吸收特性，测试报告、ce证书，合格文件。
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