Zagrożenia powodowane przez
promieniowanie laserowe
Zagrożenia powodowane przez promieniowanie laserowe
Laser, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, wzmacniacz
kwantowy dla światła, generator impulsowy lub ciągły spójnego
i monochromatycznego promieniowania świetlnego (w zakresie od podczerwieni
do ultrafioletu, próby w zakresie rentgenowskim).
Pierwsze lasery:
laser rubinowy Maimana (1960)
lasery gazowe He-Ne  Javan,
Bennett, Herriott (1961) &
lasery półprzewodnikowe, światłowody i szeroka gama fotodetektorów - lawinowy
rozwój technologii optoelektronicznych wkraczających do wszystkich dziedzin naszego
życia
Nowe perspektywy:
komputery kwantowe i atomowe lasery, wysyłające zamiast światła skondensowaną,
kwantowÄ… materiÄ™ - Nagrody Nobla 2001 r. w dziedzinie fizyki (Wolfgang Ketterle, Carl
Wieman i Eric Cornell - za nowÄ… formÄ™ skupienia materii)
2
Wymuszona emisja promieniowania spójnego
Warunki wytwarzania promieniowania
spójnego w ośrodku czynnym:
" wytworzenie w ośrodku czynnym
wystarczającego stanu odwrócenia
obsadzeń (pompowanie ośrodka czynnego
posiadajÄ…cego co najmniej 3 dyskretne
poziomy energetyczne)
" wstępne naświetlenie ośrodka czynnego
promieniowaniem wymuszajÄ…cym o
wystarczającej gęstości mocy (zastosowanie
komory rezonatora)
Wymuszona emisja promieniowania spójnego  laser gazowy He-Ne
" Pompowanie:
Wzbudzenie neonu do stanów 3s 2s
następuje w zderzeniach He-Ne (atomy
helu wzbudzone wyładowaniem
elektrycznym do stanów metatrwałych
wracajÄ… do stanu podstawowego, atomy
neonu przechodzą do stanów
wzbudzonych)
" akcja laserowa uzyskana jest
przez zastosowanie rezonatora
złożonego z dwóch zewnętrznych
zwierciadeł (płaskich lub
sferycznych w ustawieniu
współogniskowym)
" wybór fali  dobór zwierciadeł
(szklanych, dielektrycznych lub
pryzmatu i zwierciadła)
" moc: 1 do stu mW (zależnie od
konstrukcji i wymiarów rury
laserowej).
Akcja laserowa
Laser gazowy He-Ne  schemat ideowy
Rury laserowe He-Ne małej mocy (do kilku mW)
WiÄ…zki laserowe:
" Czerwona laser gazowy He-Ne
" Zielona laser krystaliczny Nd:YAG
LASERY krystaliczne
Zielona - laser krystaliczny
Nd:YAG (Nd:Y3Al5O12)
Laser rubinowy pompowany lampÄ… ksenonowÄ…
Minilaser krystaliczny pompowany półprzewodnikową diodą - schemat
chemiczne (dysocjacja fluoru 
reakcja z deuterem  wzbudzona
czÄ…steczka DF* - emisja
wymuszona DF* + nhv DF +
(n+1)hv
półprzewodnikowe
Przekrój diody Moduły laserowe
Przekrój modułu lasera półprzewodnikowego Melles Griot
Emisja spójnego światła z diody laserowej
Emisja światła z diody
elektroluminescencyjnej (LED)
O spójności promieniowania decyduje
gęstość prądu (złącza p-n w kierunku
przewodzenia) i kształt półprzewodnika
(rezonator Fabry  Perota). Progowa
gęstość prądu  kilkaset A/cm2.
Emisja w podczerwieni (obraz z kamery
termowizyjnej)
Zagrożenia powodowane przez promieniowanie laserowe
Zakres widmowy Oko Skóra
Ultrafiolet C Uszkodzenie rogówki Rumień, działanie
[100-280 nm] kancerogenne,
przyspieszone
Ultrafiolet B
starzenie skóry
[280-315 nm]
Ultrafiolet A Katarakta fotochemiczna Oparzenie skóry,
[315-400 nm] ciemnienie pigmentu
Widzialne [400-780 Fotochemiczne i termiczne Oparzenie skóry,
nm] uszkodzenia siatkówki Reakcje fotochemiczne
Podczerwień A Katarakta, uszkodzenie Oparzenie skóry
[780-1400 nm] siatkówki
Podczerwień B Katarakta, przymglenie i
[1400-3000 nm] uszkodzenie rogówki
Podczerwień C uszkodzenie rogówki
[3000 nm  1 mm]
" Uszkodzenie tkanek zachodzi zazwyczaj na skutek reakcji termicznych w
wyniku absorpcji dużej ilości energii przenoszonej przez promieniowanie
laserowe.
" Najbardziej zagrożone promieniowaniem laserowym są oczy.
" Nadfiolet daleki UVC z zakresu 200- 215 nm i podczerwień o długościach
fal powyżej 1400 nm pochłaniane są przez rogówkę.
" Bliski nadfiolet UVA oraz częściowo podczerwień IRA i IRB pochłaniane są
przez soczewkÄ™.
" Promieniowanie widzialne i bliska podczerwień IRA (400  1400 nm) są
przepuszczane do siatkówki. Wiązka laserowa o średnicy kilku milimetrów
może być skupiona na siatkówce oka do maÅ‚ej plamki o Å›rednicy 10 µm.
Oznacza to, że natężenie napromienienia wiązki wchodzącej do oka o
wartości 1 mW/cm2 jest efektywnie zwiększone do wartości 100 W/cm2 na
siatkówce oka. W rezultacie docierające do siatkówki promieniowanie jest
wystarczająco duże aby spowodować uszkodzenie siatkówki. W zależności
od miejsca na siatkówce, gdzie skupiane jest promieniowanie laserowe
stopień uszkodzenia jest różny. Uszkodzenie w obrębie dołka środkowego
może spowodować w rezultacie stałą ślepotę.
Zagrożenia skóry:
Promieniowanie laserów pracujących w zakresie widzialnym oraz
podczerwonym może wywołać łagodną postać rumienia, jak również przy
odpowiednio dużej dawce, być przyczyną poparzeń. Krótkotrwałe impulsy
laserowe o dużej mocy szczytowej mogą powodować zwęglenie tkanek.
promieniowanie laserowe o zróżnicowanych długościach fal i mocach
może wywołać różne skutki, podczas oddziaływania z tkanką biologiczną
lasery podzielono na siedem klas (wg PN-EN 60825-1: 2000) 1, 1M, 2,
2M, 3R, 3B, 4. Wcześniejszy podział dzielił lasery na pięć klas (1, 2, 3A,
3B, 4)
" Najwyższy poziom promieniowania laserowego nie powodujący obrażeń
oczu lub skóry jest określany jako maksymalna dopuszczalna ekspozycja
 MDE, wyrażona w jednostkach natężenia napromienienia [W/m2] lub
w jednostkach napromienienia [J/ m2].
Wartości MDE są odniesione do:
" długości fali promieniowania
" czasu trwania impulsu laserowego lub czasu trwania ekspozycji
" rodzaju tkanki narażonej na obrażenie
" charakteru ekspozycji (bezpośrednia lub promieniowanie rozproszone)
" rozmiaru obrazu na siatkówce oka, w przypadku promieniowania w zakresie
400-1400 nm.
" W przypadku patrzenia na laserowe z
ródło rozciągłe lub w wiązkę po
odbiciu rozpraszającym MDE może być określona w jednostkach luminancji
energetycznej [W/m2.sr] lub luminancji energetycznej zintegrowanej [J/
m2.sr].
Obowiązują szczegółowe wartości MDE ustanowione w
normie PN-EN 60825-1 z 2000 roku ze zmianÄ… 2 z 2001 r.,
które są określane z pewnym marginesem
bezpieczeństwa.
Przykładowo:
MDE dla skóry dla długości fali powyżej 1400 nm i czasu ekspozycji 10 s.,
wynosi 0,1 W/cm2 , podczas gdy progowa zmierzona gęstość mocy
promieniowania lasera CO2 (10600 nm) powodujÄ…ca przy tym samym
czasie ekspozycji lekki rumień skóry wynosi ok. 1 W/cm2.
" Zagrożenia maleją w miarę oddalania się od wyjścia lasera lub światłowodu,
na skutek rozbieżności wiązki laserowej i zmniejszania się gęstości mocy
promieniowania w przekroju poprzecznym wiÄ…zki.
" Graniczna odległość, powyżej której nie występuje już zagrożenia jest
określana jako nominalna odległość zagrożenia wzroku  NOdZW.
Przykładowo:
Laser Nd:YAG, czas ekspozycji 10 s
" moc 25 W  ok. 0,3 m
" moc 50 W  ok. 4,3 m
" moc 100 W  ok. 6 m
Laser CO2 (10600 nm)  moc ciągła  kilka kW ok. 100 m (cięcie , spawanie,
hartowanie  wymagane obudowy ochronne i osłony).
" Określenie NOdZW jest szczególnie istotne przy publicznych pokazach,
widowiskach i przedstawieniach z użyciem promieniowania laserowego.
BEZPIECZEC
STWO UŻYTKOWNIKÓW LASERÓW
Dla użytkownika laserów ważniejsze od znajomości maksymalnych
dopuszczalnych ekspozycji jest spełnienie wymagań bezpieczeństwa
zwiÄ…zanych z klasÄ… danego lasera lub urzÄ…dzenia laserowego.
Podział laserów i urządzeń laserowych na klasy (PN-EN 60825-1: 2000)
Klasa:
" 1 - Lasery, które są bezpieczne w racjonalnych warunkach pracy
" 1M - Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal do
302,5 nm do 4000 nm, które są bezpieczne w racjonalnych
warunkach pracy, ale mogą być niebezpieczne podczas patrzenia w
wiÄ…zkÄ™ przez przyrzÄ…dy optyczne
" 2 - Lasery emitujÄ…ce promieniowanie widzialne. Ochrona oka jest
zapewniona w sposób naturalny przez instynktowne reakcje
obronne.
" 2M - Lasery emitujÄ…ce promieniowanie widzialne. Ochrona oka jest
zapewniona w sposób naturalny przez instynktowne reakcje
obronne, ale mogą być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę
przez przyrzÄ…dy optyczne.
" 3R - Lasery emitujÄ…ce promieniowanie w zakresie
długości fal do 302,5 nm do 106 nm, dla których
bezpośrednie patrzenie w wiązkę jest potencjalnie
niebezpieczne.
" 3B  lasery emitujÄ…ce promieniowanie widzialne lub
niewidzialne niebezpieczne w każdym przypadku
patrzenia w wiązkę laserową bezpośrednio lub po
odbiciu zwierciadlanym (moc do 0,5 W przy pracy
ciągłej, napromienienie z laserów impulsowych musi być
mniejsze od 105 J/m2)
" 4 - lasery dużej mocy, bardzo niebezpieczne  należy
chronić oczy i skórę zarówno przed promieniowaniem
bezpośrednim jak i rozproszonym.
Inne zagrożenia:
- elektryczne, np. wysokie wtórne napięcie zasilania
- zagrożenia pożarowe lub wybuchowe
- zagrożenia od par i gazów (obróbka laserowa 
 dymy laserowe )
- promieniowanie towarzyszÄ…ce (optyczne, wysokiej
częstotliwości, rentgenowskie, pochodzące z
niektórych laserów, eliminowane przez odpowiednie
obudowy)
Szkolenie personelu obsługującego urządzenie laserowe powinno
obejmować:
- procedury eksploatacji urządzeń laserowych,
- sposób właściwego użycia procedur kontroli zagrożenia, znaków
ostrzegawczych, itp.,
- procedury zgłaszania wypadku,
- zagadnienia związane ze skutkami biologicznymi oddziaływania
promieniowania laserowego na oczy i skórę.
Zagrożenia powodowane przez promieniowanie
laserowe
" Bezpieczeństwo zapewniane jest przez odpowiednie wymagania
techniczne i informacyjne ze strony producentów (klucze,
ostrzeganie, tłumiki, sterowanie, mierniki, blokady, okulary
ochronne, etykiety, instrukcje obsługi) oraz wymagania
organizacyjne dla użytkownika.
" PodstawowÄ… zasadÄ… podczas pracy z laserami jest
unikanie kontaktu z promieniowaniem, a przede
wszystkim niepatrzenie w wiÄ…zkÄ™ laserowÄ….