Johdatus laserturvallisuuteen: Miksi optinen tiheys (OD) ei ole ainoa suojaustekijä?

Johdanto: Turvallisuuden illuusio 'palanut läpi' 

Monien laserlaboratorioiden tai työpajojen laatikoissa on lasersuojalaseja, joissa on merkintä OD 6+ tai OD 7+. Monet käyttäjät pitävät itsestäänselvyytenä, että koska nämä suojalasit voivat vaimentaa yli 99,9999 % laserenergiasta, niiden käyttö on ehdottoman turvallista. Laser Safety Officerin (LSO) näkökulmasta tämä voi kuitenkin muodostaa merkittävän turvallisuusriskin. Kuvittele tämä skenaario: kun kalibroit kilowattikuitulaseria, säde osuu vahingossa suojalaseihisi. 

Jos laseilla on vain korkea OD-arvo, mutta ne on valmistettu vähän paloa hidastavasta, edullisesta hartsimateriaalista, ne voivat hiiltyä tai jopa sulaa läpi 0,1 sekunnissa. Siinä tapauksessa laser tunkeutuisi palaneen reiän kautta suoraan silmään, vaikka linssin vaimennusaste olisi suurin, aiheuttaen peruuttamattomia verkkokalvovaurioita.
'Valon estäminen ei tarkoita lämmönkestävyyttä.' Tästä syystä lasersuojausta tulkittaessa on siirryttävä yksinkertaista optista tiheyttä (OD) pidemmälle  ja omaksuttava tiukempi EN 207 L -luokitusstandardi .

Määritä OD-arvo uudelleen: suojauksen leveys

OD-arvo (optinen tiheys, optinen tiheys) mittaa linssin 'estokyvyn' tietylle laserin aallonpituudelle.

• Fyysinen olemus: Se on logaritminen suhde. OD 6 tarkoittaa läpäisevyyttä (T) 10 ^-6, mikä tarkoittaa, että vain miljoonasosa valoenergiasta kulkee läpi.

• Sovellettavat skenaariot: OD-arvo soveltuu hyvin kuvaamaan suojausta hajavaloa tai hajaheijastusvaloa vastaan. Päivittäisissä toimissa se varmistaa, että ihmissilmään tuleva jäännösvalo on alle 'suurin sallitun altistustason' (MPE, Suurin sallittu altistus ).

OD-arvojen testaus suoritetaan yleensä pienitehoisella lineaarisella alueella. Se kertoo vain 'kuinka tumma tämä lasi tai muovi on', mutta ei kerro 'kuinka paljon hetkellistä lämpöä tämä materiaali kestää'.

EN 207 ja luokan L ymmärtäminen: Suojauksen paksuus

Toisin kuin Pohjois-Amerikan ANSI Z136 -standardi (joka korostaa OD-arvoja), eurooppalainen EN 207 -standardi asettaa tiukemmat vaatimukset luokkien 3B ja luokan 4 suuritehoisille lasereille. Se esittelee luokan L (skaalanumero), joka on silmälasien rakenteellisen kestävyyden äärimmäinen testi.

10 sekunnin selviytymissääntö 

EN 207 edellyttää, että suojalaitteiden on säilytettävä suojaavat ominaisuutensa ja vältettävä rakenteellisia vaurioita, kun ne altistetaan suoralle säteilylle joko 10 sekuntia (jatkuva aalto) tai 100 pulssia (pulssilaseri) tietyllä tehotiheydellä.

L-tason intuitiivinen merkitys

L-taso (esim. LB1 - LB10) on askelittainen kova ilmaisin.
LB1: Perussuojaus, suunniteltu käsittelemään pienempiä tehotiheyksiä.
LB7: osoittaa, että lasit kestävät jatkuvaa suoraa auringonvaloa jopa 107 W/m2 rikkoutumatta.
LB10: Erittäin suuri teholuokitus, joka on yleensä saavutettavissa vain erikoispinnoitteilla tai komposiittilasilinsseillä.

Toimialan käytäntö: Turvallisuusilluusio eri skenaarioissa

Ymmärtääksemme paremmin, miksi vain OD-arvo on riittämätön, tarkastellaan todellisia skenaarioita kahdelta tyypilliseltä toimialalta:

Tapaus A: Teollisuuskuitulaserhitsaus (suuritehoinen jatkuva laser) 

Skenaario : Autonosien tehdas, joka käyttää 6000 W jatkuvaa kuitulaseria (1064 nm).

Väärinkäsitys : Hankintaviranomainen osti edullisia polykarbonaattia (PC) olevia suojalaseja, joissa oli merkintä OD 7+ @ 1064nm.

Riski : Teollisuuslasereilla on erittäin pieni pistekoko ja korkea energiatiheys. Jos ilmenee toimintavirheitä tai säteen kohdistusvirheitä, jotka johtavat suoraan altistumiseen, 6000 W:n energia voi sulaa välittömästi PC-linssin läpi kuin 'kuuma veitsi voin läpi'.

LSO:n suositus:

 Tässä skenaariossa on pakollista valita suojalasit, jotka täyttävät tai ylittävät D 1064 LB7 -luokituksen. LB7 osoittaa, että linssimateriaalia on vahvistettu erityisellä tavalla kestämään erittäin suuresta tehotiheydestä johtuvat jatkuvat lämpöshokit, mikä tarjoaa käyttäjälle kriittisen 'silmien sulkemis- tai väistämisajan'.

Tapaus B: Ultranopea laser-tarkkuuskoneistus (pikosekunti/femtosekunnin laser) 

Skenaario: Puolijohdelaboratorio, jossa käytetään 515 nm:n femtosekunnin laseria kiekkojen kuutioimiseen.

Väärinkäsitys: Uskotaan, että tavalliset vihreät lasersuojalasit riittävät niin kauan kuin teho (W) ei ole korkea.
Riski: Vaikka ultranopeiden lasereiden keskimääräinen teho on pieni, huipputehotiheys on hämmästyttävän korkea Homo sapiensille . Mikrosekunnissa vapautuu välittömästi valtava määrä energiaa, mikä laukaisee materiaaleissa 'epälineaarisia vaikutuksia'. Tavallisten linssien dispersionestopinnoite voi 'epäonnistua' mikroskooppisella tasolla, jolloin laser tunkeutuu suoraan.
LSO:n suositus: 

On välttämätöntä käyttää suojalaseja, joissa on M-luokitus (Mode-coupled), kuten M 515 LB5. EN 207 -standardin 'M' on erityisesti suunniteltu ultranopeille pulsseille, mikä varmistaa, että suojalasit eivät koe ohimenevää vikaa erittäin korkeiden pulssihuippujen aikana.

Laserturvallisuuspäälliköiden valintalogiikka

Tämän sarjan avausartikkelina meidän on muistettava ydinkaava: 

Positiivinen lasersuojaus = Riittävä OD-arvo (optinen vaimennus) + vastaava L-taso (läpipalamisvastus).

Oletko valmis sukeltamaan hardcore-laskentaan? Seuraavassa artikkelissa paljastamme: Miten sinun pitäisi tulkita 'L-tason vertailutaulukkoa' laserturvallisuuspäällikön pöydällä?