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激光等级分类及测试标准要求
来源: | 作者:admin | 发布时间: 2021-10-13 | 771 次浏览 | 分享到:
激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。英文名Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,意思是“通过受激辐射光扩大”。

激光的应用场景已经遍布生活的每个角落,包括工业加工、显示、舞台光效、工程应用、雷达、医疗、美容、通信、自动驾驶、汽车制造和灯光、精密仪器等等应用和领域中大放异彩。它在给多个领域带来了质的飞跃的同时也给使用者的健康造成了不同程度的伤害,所以从七十年代起各国就开始研究各种激光束对使用者的健康造成的伤害,并制定对应的安全标准要求。


美国FDA/CDRH要求

器械和放射健康中心 (CDRH) 是美国联邦食品和药物管理局 (FDA) 下属的一个监管局。国会授权 CDRH激光产品的性能安全进行标准化管理。所有在1976年8月2日之后生产并进入市场的激光产品都必须符合法规规定。该法规被称为联邦激光产品性能标准 (FLPPS),被标识为21CFR分章第 1040.10(通用要求)和1040.11(特殊要求)部分。FLPPS将激光分为四大危害等级,具体取决于激光辐射造成生物体损伤的可能性和危害后果。

    I类激光产品
    指激光产品在操作过程中,任何时候人类接触激光辐射水平不超过21 CFR Subchapter J Part 1040.10表I中规定发射限制。I类级别的激光辐射不被认为是危险的。
    II类激光产品 
    指激光产品在操作过程中,任何时候人类接触的可见激光辐射水平超过了21 CFR Subchapter J Part 1040.10表II-A中包含辐射限制,但未超过 21 CFR Subchapter J Part 1040.10的表II中包含的激光辐射水平。II 级激光辐射被认为是一种具有慢性观看危害激光。
    IIIa类激光产品
    指激光产品在操作过程中,任何时候人类接触的可见激光辐射水平超过了21 CFR Subchapter J Part 1040.10表II中包含的辐射限制,但未超过21 CFR Subchapter J Part 1040.10表III-A中的辐射发射限制。根据辐照度,IIIa光激光辐射被认为是急性光束内观察危险或慢性观察危险,如果直接用光学仪器观察,则认为是急性观察危险。
    IIIb类激光产品
    指激光产品在操作过程中,任何时候人类接触的可见激光辐射水平超过了21 CFR Subchapter J Part 1040.10表III-A中包含的辐射限制,但未超过21 CFR Subchapter J Part 1040.10表III-B中的辐射发射限制。IIIb级激光辐射被认为是直接辐射对皮肤和眼睛的急性危害。IIIb类激光产品可能具有可拆卸面板,当这些面板移位时,可接触激光等级可能处于II类到IV类的激光辐射水平。
    IV 类激光产品 
    指激光产品在操作过程中,任何时候人类接触的可见激光辐射水平超过了21 CFR Subchapter J Part 1040.10表III-B中包含的辐射限制。IV 级激光辐射被认为是直接辐射和伴随辐射对皮肤和眼睛的急性危害。IV 类激光产品可能具有可拆卸面板,当这些面板移位时,可接触激光等级可能处于II类到IV类的激光辐射水平。
 

职业安全与健康管理局(OSHA)要求

劳工部设有职业安全与健康管理局 (OSHA),负责确保工作场所的安全。目前,OSHA 没有全面的激光安全标准。OSHA政策一直依赖于普遍接受的行业激光标准ANSI Z136.1和 FDA/CDRH激光性能标准的要求。

 

国际电工委员会要求(含中国)

国际电工委员会 (IEC) 是一个全球性组织,为所有电气、电子和相关技术制定和发布国际标准。IEC 60825-1 是激光产品安全性的主要标准(国内的GB 7247.1即采标了IEC 60825)。分类基于测量后计算并结合AEL确定,以及 IEC标准还包含查看条件:
    1类激光 
    风险较低,并且“在合理可预见的使用下是安全的”,包括使用光学仪器进行光束内观察。
    1M类激光
    波长在302.5nm到4000nm之间,除非与光学辅助设备(例如双筒望远镜)一起使用,否则是安全的。
    2类激光
    波长在400nm到700nm之间,不允许可接触辐射超过2类AEL辐射水平的激光。该波长范围之外的任何发射都必须低于1类AEL。
    2M类激光
    波长在400nm到700nm之间,用光学仪器观察时具有潜在危险。该波长范围之外的任何辐射都必须低于1M类AEL。
    3R类激光 
    波长范围在302.5 nm和106 nm之间,具有潜在危险,但风险低于3B 类的激光。对于400 nm和700 nm之间的波长,可达辐射限值在2类 AEL的5倍以内,对于该区域以外的波长,在1类AEL的5倍以内。
    3B类激光 
    直接观察光束条件下通常是危险的,但在观察漫反射时通常是安全的。
    4类激光
    在光束内和漫反射观察条件下都是危险的。可能导致皮肤受伤,并且是潜在的火灾隐患。
 

“M类”

当按条件1和2测量结果都未超过对应1类或2类AEL时(即使当测量可能使用光学仪器误操作观测时),激光产品才能被归类为“非M”类,即测量的功率低于对应AEL(低于人眼MPE)。
    如果根据条件1或条件2测得的功率值之一大于AEL,则该产品不再属于“非 M”类别,也即不能为1类或2类激光。
    但当在距参考点10cm距离处使用7mm孔径光阑测量的功率或能量低于对应等级AEL时,属于相应等级的M类激光(条件3)。
    也即虽然条件1或条件2测量结果大于Class1或Class2的AEL,但当使用条件3测量结果小于Class1或Class2的AEL时,属于Class1M或Class2M。
    距离参考点10 cm处使用7 mm孔径光阑的测量结果能确保肉眼暴露于M类激光的辐射低于眼睛的MPE,即只要不使用光学仪器观测 , Class 1M与Class 1一样安全, Class 2M与Class 2一样安全。
    使用光学仪器误操作观测时,1M和2M类的可获得发射值可能会显著增加。如在距参考点最近处使用3.5mm直径光阑测得最大功率或能量大于3B级AEL,则应在激光产品标记和用户资料中加注可能造成人体损伤的警告。
    例如,10 mW准直光束的HeNe激光(632.8 nm),光束直径为40mm。在距离激光2 m处使用7 mm孔径光阑测量的功率约为0.3 mW。而当距参考点最近处使用3.5mm直径光阑测得时测得10 mW的功率,但该激光仍归类为1M级(1M级点光源的AEL为0.39mW),但须在标记和用户资料中加注可能造成人体损伤的警告。
    此处概述的概念有助于实际的风险管理,并使对特定类别产品的使用限制设置更简单、更灵活。例如,当不太可能接触光学观测仪器时,使用Class 1M和Class 2M将代表相应较小的伤害风险。对于M类激光,用户实际使用过程中主要考虑两个测量条件中的是哪一个测量结果未满足对应类别AEL。即如果(条件1或条件2)测量结果超过1类的AEL,则应考虑用户使用过程中预期可能通过光学仪器进行激光观测。

实际应用场景来说,在交通控制中使用1M类激光的测速仪时,不太可能用双筒望远镜观测,就相关风险(即受伤概率)而言是可接受的。另一方面,当产品因为在条件2下超过相应类别AEL而被归为M级时,通过双筒望远镜或望远镜于产品辐射通常是安全的,而使用放大镜或放大镜的辐射会增加危险。可能不符合条件2的产品示例是LED 和各种基于光纤的激光源(发散光束)。
    条件1:准直大直径(不满足条件1望远镜镜观测增加危害)
    条件2:发散(不满足条件2显微镜观测增加危害)
 

激光分类等级比较


 激光等级

IEC 60825(GB 7247.1)

美国FDA/CDRH

1类

任何激光器或包含激光器的激光系统,在正常操作期间不会发出可能导致眼睛或皮肤伤害的水平的激光辐射。
不适用于使用期间移除1类外壳后可能包含更高类别的激光。

1M类

除非使用光学器件观察,否则不会对眼睛或皮肤造成伤害。

不适用。

2a类

不适用

基于1000秒的最大曝光时间,不用于直接观看并且在操作过程中不会对眼睛或皮肤造成任何可能伤害的可见激光。

2类

可见激光,被认为无法在人眼厌恶反应的时间段(0.25秒)内发出可能会导致皮肤或眼睛受伤的激光辐射。

2M类

除非使用光学器件观察,否则不会在人眼厌恶反应的时间段(0.25秒)内造成眼睛或皮肤损伤。

不适用

3a类

不适用

类似于2类激光器,但不能使用光学器件直接观察光束
(此类别仅为可见光)

3R类

最高不能超过2类限值的5倍(可见光),最高不能超过1类限值的5倍(某些不可见光)。

不适用

3b类

中等功率激光器(可见或不可见区域),在光束内(直接)或镜面(如镜子)条件下接触会对眼睛造成潜在危害。
除了在某些波长区域工作的高功率3b类激光器外,3b类激光器不存在漫反射(散射)危害或显着的皮肤危害。

4类

高功率激光(可见或不可见),在直接(光束内)和散射(漫反射)条件下接触对眼睛和皮肤都有潜在的急性危害。
还要考虑加工目标或接触材料的火灾(引燃)危害和伴随辐射的潜在危害。

 


激光安全等级综述


等级

激光类型

意义

与MPE的关系

危险区域

CW型激光的典型AEL

1类

超低功率激光器或封装激光器

安全

不超过 MPE,即使是长时间曝光(100秒或 30000秒),即使使用光学仪器观测

无危险区 (NOHA)

40µW蓝光波段激光

1M类

极低功率激光;准直大光束直径或高度发散型

肉眼安全,使用光学仪器观测时有潜在危险

不会超过人眼MPE,即使是长时间曝光。但使用光学仪器可能会超过人眼MPE

无人肉眼危险区,但有光学仪器观测危险区(扩展NOHA)

同Class 1,区别在于于测量方式

2类

可见光低功率激光器

对于意外暴露是安全的,应避免长时间凝视

眨眼反应曝光持续时间限制为标称0.25秒。即使使用光学仪器观测,MPE也不会超过0.25 秒的测量值。

基于意外暴露(0.25秒暴露持续时间)时无危险区域

1mW激光

2M类

可见光低功率激光器;准直大光束直径或高度发散型

与 Class 2 相同,但在使用光学仪器观测时具有潜在危险

肉眼观测不超过 0.25秒的MPE。但使用光学仪器观测可能会超过MPE。

基于意外暴露(0.25 秒暴露持续时间)时肉眼没有危险区域。但使用光学仪器观测有危险区域(扩展 NOHA)

同Class 2,区别在于于测量方式

3R类

低功率激光器

小心处理是安全的。
意外接触只有很小的潜在危险。

肉眼和光学仪器观测的辐射值可能会超过MPE的5倍。

紫外和红外:1类限值的5倍。
可见光:2类限值的5倍。如5mW

紫外和红外:1类限值的5倍。
可见光:2类限值的5倍。如5mW

3B类

中功率激光器

眼睛暴露时有危险。在NOHA 内佩戴护目镜。通常对皮肤没有危害。漫反射通常是安全的。

肉眼和光学仪器观测可能超过眼镜MPE的5倍。通常不超过皮肤MPE。

眼睛危险区域 (NOHA),皮肤无危险区域。

500mW

4类

高功率激光器

对眼睛和皮肤有害,漫反射也可能有害。需要保护眼睛和皮肤。防止火灾危险。

超过眼部和皮肤 MPE,漫反射超过眼部MPE

眼睛和皮肤的危险区,漫反射的危险区。

无限制


 

测量条件总结



时间

等级

M类

Class1、1M类AEL

100秒或 30000 秒

总体安全,即使是故意暴露、肉眼和光学仪器观测

即使是故意用肉眼暴露也是安全的。使用光学仪器暴露有潜在危险。

Class 2、 2M类AEL

0.25秒

对意外暴露、肉眼和光学仪器观测都是安全的

意外暴露安全。使用光学仪器暴露有潜在危险。

测量条件:
功率 < AEL


条件 1

条件 2


考虑可能的使用情况

双筒望远镜、望远镜

小型放大镜、放大镜

肉眼

通常限制条件为

大直径准直光束

发散光束

光阑孔径

50毫米

7毫米

7毫米

距离

2米

14毫米

10厘米



实验室服务项目(包括但不限于)


产品

国际IEC/EN/AS

中国GB

美国FDA

激光产品的安全 第1部分:设备分类、要求

IEC 60825-1: 2014 
 
EN 60825-1: 2014+A11: 2021
 
BS EN 60825-1: 2014
 
AS/NZS IEC 60825.1: 2011

GB 7247.1-2012

ANSI Z 136.1: 2000
 
21CFR 1040.10

激光辐射功率和功率不稳定度测试方法

-

GB/T 13863-2011

-

光纤通信系统(OFCS)的安全

IEC 60825-2: 2021

GB/T 7247.2-2018

-

激光显示与表演指南

IEC TR 60825-3: 2008 

GB/T 7247.3-2016

-

对人体安全使用激光束的准则

IEC TR 60825-8: 2006 

YY/T 0757-2009

-

激光产品的分类测量

IEC TR 60825-13: 2011

GB/T 7247.13-2018

-

固体激光器主要参数测量方法

-

GB/T 15175-2012

-

固体激光器测试方法

-

GJB 5441-2005

-

光纤激光器

-

JB/T 12632-2016

-

工业用光纤激光器

P2065/D5: 2020

 -

-

半导体激光器测试方法

 -

GB/T 31359-2015

-

诊断和治疗激光设备安全专用要求

IEC 60601-2-22:2019

GB 9706.20-2000

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机械安全 激光加工机 第1部分:通用安全要求

ISO 11553-1: 2020

GB/T 18490.1-2017

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机械安全 激光加工机 第2部分:手持式激光加工机安全要求

ISO 11553-2: 2007

GB/T 18490.2-2017

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半导体激光测距仪通用技术条件

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GB/T 29299-2012

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激光微投影机通用规范

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SJ/T 11644-2016

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家用激光显示系统光辐射安全特性评价方法

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GB/T 38248-2019

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GB/T 38120-2019

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