一、概述

LASER的全称是受激辐射光放大。激光器是一种在激发之后可以产生高能量，单色，单向电磁波的装置。这种辐射产生的电磁波谱的覆盖范围可以由紫外到可见乃至红外波段。一般可以用到的激光器的波长可以由200纳米到10.4微米。激光发射模式分为连续式和脉冲式两种。

激光产生不电离的辐射，可以对人的眼睛和皮肤造成伤害。生物伤害的基本机制多数是热损伤，但在使用紫外激光器时对人体造成的光化学损伤同样值得注意。激光的强度和可能造成的伤害取决于激光的种类，波长和用途。

安全使用激光要求操作者具有良好的安全素养以发现，估计和控制潜在的危险。本手册将综述激光操作规程，可能存在的危险以及为安全使用激光所提供的保护性服务。

二、激光器的分类

激光器的生产厂家应按照危险性等级类型来标定他们的产品。在购买激光器的同时，生产厂商要提供关于与该激光器匹配的护目镜的相关信息。下表列出了不同的激光等级以及其所造成的危害。

 

三、责任

1）EHS办公室

EHS办公室的工作有以下内容：

a. 登记所有3b和4级激光；

b. 每两年重新登记一次激光器和激光工作人员；

c. 提醒用户每年对激光器进行安全检查；

d. 张贴激光警示标志

2）实验室负责人

使用激光的实验室负责人有如下责任：

a. 登记所有3b和4级激光；

b. 制定新激光系统的检修时间表；

c. 制定年检时间表；

d. 制定新成员激光安全教育时间表；

e. 规划两年一次的激光安全再培训；

f. 根据项目的水平（包括实验和仪器的特殊的安全要求），对激光器的操作和程序进行进 一步的培训；

g. 发展和张贴包括有安全要点的所有3b级和4级激光的标准操作程序；

h. 提供能够安全使用该项目激光器的必要设备和工作环境；

i. 向EHS办公室提交3b和4级激光新激光器、激光器当前用途的重大改变的信息；

j. 执行激光安全规程，特别强调要带激光护目镜，而且要执行标准的操作程序，特别是在激光光速调整时更应该注意。 

3）激光器的使用者

每一个激光器的使用者都有责任做到：

a. 遵守所有激光安全手册的要求；

b. 如有需要，要佩带合适的激光护目镜；

c. 要依据规定的标准操作程序和可行的安全惯例去执行所有与激光有关的活动；

d. 参加重要的激光安全培训以及两年一次的再培训。

四、激光器登记和安全培训

所有的3b级和4级激光器都应在EHS办公室登记。

所有使用3b级和4级激光器的人都必须在实验室负责人处登记并接受激光安全培训。

激光器使用者的登记记录应由实验室负责人以表格形式保存。在新操作者登记登记之前，建议进行基本的眼睛检查。

五、一般安全规程

1）未经许可不要使用激光或靠近激光工作；

2）未经许可不要进入激光器正在运作的房间或者范围；

3）在给激光器通电前，确认该设备预定的安全装置正常运行。包括：不透明挡板、非反射防火表面、护目镜、面具、门联锁和为防备有毒物质准备的通风设备；

4）确保脉冲激光器不会在不经意下通电。在离开激光器之前，将电容放电，并且关闭电源。严禁激光器在无人看管的状态下运行；

5）不要直接注视激光光束。在激光调试和激光操作过程中佩戴合适的护目镜。激光调试程序必须在最低的工作功率下进行；

6）限制对激光设施的接触。可以通过给门上锁，在门的外面安装警示灯和警示标志等方式进行进出限制。

7）当激光器正在工作时，不要让激光器无人看管。

8）摘下任何珠宝首饰以避免无意间对激光的反射。

六、激光安全标准

n 一级标准

 不需要任何的安全规则。

n 二级标准

1）绝对禁止任何人长时间注视激光光源；

2）除非基于有益的目的并且照射强度和持续时间不超过允许的上限，否则严禁把激光 器对着人的眼睛。

n 三级标准

1） 不要将激光器对准人的眼睛；

2） 只允许经验丰富的人员操作激光器；

3） 尽可能使光路封闭。即使一层透明的挡板也能防止人将头或反光物品放到光路上。 挡板应当设置在实验的主光路和每一个次级光路的末端上；

4） 在激光的输出端应当放置衰减器、起偏器和光学滤波器等，把激光的功率减少到最 小的使用水平上；

5） 约束好观看者；

6） 应当使用警示灯或警报器指示激光器的工作状态。当激光不可见的时，例如红外激 光器，这一点尤其重要；

7） 不能允许使用激光追踪非预定目标的汽车或飞机；

8） 只在限定的区域操作激光，例如，在一个封闭没有窗户的房间里。在门贴上防止警 告标识；

9） 光路尽可能要布置在远高于或远低于人坐着或人站着观察时人眼的高度。激光器应 该牢固固定，确保光束只沿着预定的路径传播；

10）在存在直射、镜面反射光对人眼造成潜在威胁的情况下，必须始终对眼睛进行合理 的保护；

11）应当安装一个钥匙开关以减少在没有经过同意的情况下人对实验造成的干扰；

12）绝对不允许用光学仪器直接观察激光的直射光或者镜面反射光，如在没有使用提供 足够保护的滤波片的情况下使用双筒望远镜或望远镜；

13）移除激光光路附近所有不需要的光滑表面。不要使用反光物品例如信用卡检查光线 的校正情况。 需要注意的是：物体的反射率是激光光束的波长的函数。

n 四级标准

1）所有在三级激光系统中列出的标准同样适用于四级激光；

2）对这些激光的操作必须在一个局部的封闭的范围内，在一个受控的工作场所里，或者直接把光束引到外面的空间。如果完全的局部封闭不可能的情况下，门内的激光操作应当在一个不透光的房间里，该房间的出入口安装有互联锁，保证当门开着的时候，激光不能发出能量；

3）对所有工作在受控区域内的人员，合适的眼睛保护都是必须的；

4）如果激光光束的辐射足以造成严重的皮肤或火灾威胁，在激光光束和人、易燃表面之间必须有保护；

5）在可能的情况下，操作监视设备或其他监视装置应该选择遥控装置；

6）室外高功率激光设备，如卫星激光发射系统和激光雷达，必须保证在俯仰角及横断面范围内到所需区域无阻挡且无非目标飞行器；

7）光快门，光偏振片，光滤波器应该仅允许经授权的个人使用。光泵体系中的闪光灯不允许照到任何可视区域；

8）可能的情况下支座应该是漫反射的耐火材料。当进行微焊接和微钻孔的时候，如果有可能从工作区域引发出危险的反射光，则应该将其安全的包围起来。使用显微观察设备时应该保证回来的反射激光在未达到危险线。

七、激光危害与防护

（一）、激光危害

激光对人可能造成的伤害主要有以下几类：

1）对人眼的伤害：严重暴露在激光下可能会造成角膜和视网膜的损伤，损伤的位置和范围取决于激光的波长和级别。长期接触可能造成白内障或者视网膜破损，严重暴露在高级别激光下也会造成同样的结果。佩带合适的激光防护眼镜或者其他工程防护手段可以有效的预防激光对眼睛的损伤；

2）对皮肤的伤害：严重的暴露在强红外波段激光下可能对皮肤造成烧伤。而紫外激光可能造成烧伤，皮肤癌以及加速皮肤老化；

3）电学危害：在激光使用的过程中遇到最多的电学伤害是电击。高压系统是激光系统中潜在的致命危险；

4）化学危害：激光系统中的一些物质，如染料，准分子等都具有毒性，可能对人体造成危害，同时，激光导致的化学反应也可能会产生有害的粒子和气体；

5）火灾危害：染料激光器中的溶剂是非常易燃的。高压脉冲和灯的闪烁可能会造成火星，引发火灾。激光工作过程中激光的直接照射，以及连续红外激光的反射光意外照射，都可能引燃易燃品。其它潜在的火灾隐患包括电路和四级激光附件中的易燃品；

6）相关的非光束危害：包括低温冷却剂的危害，高能激光的噪声危害以及高能激光的电离辐射。

（二）、危害防护

为了安全使用激光所采取的防护措施由以下几个方面决定：

1）激光的等级；

2）激光的工作环境；

3）激光的操作特性；

4）激光器的使用者；

5）激光工作环境中的人数；

6）激光安全规程应根据激光的等级来分类。

回顾不断发生的事故，我们可以发现眼睛发生的事故，皮肤暴露在激光之下往往都是操作者在以下情况下使用造成的：

1）调光路过程中眼睛意外的进入光路；

2）光路偏移；

3）没有带防护眼镜；

4）仪器故障；

5）对高压电的不当操作；

6）没有采取保护措施的人员暴露在激光下；

7）对激光系统的操作不够熟悉；

8）对辅助设备的危害缺少防护；

9）仪器使用后没有妥善安置；

10）粗心的放出激光；

11）将易燃品放入光路。

（三） 眼部保护和最大可允许曝光

激光辐射可引起眼睛的角膜、晶状体、视网膜的损伤，损伤的程度主要依赖于光的波长和眼睛介质对能量的吸收性质。激光引起的生物损伤是通过在很小的区域积累热能或者光化学过程所造成的。红外，紫外和可见光的激光辐射都能够损伤到眼睛。

视网膜的损伤

可见和红外A（光谱范围是400-760 nm和760-1400 nm） 可见和红外A波段穿透角膜在视网膜的很小的区域内（黄斑处）聚焦。这一过程极大的增强了光能量密度，增加了伤害的可能性。视网膜上局域化的加热并伴随对光的吸收将会导致视网膜上的损伤。

晶状体的损伤

紫外A（光谱范围是315-400 nm） 波长在这一波段的光主要被晶状体所吸收。对晶状体造成损伤，不管是光化学损伤，还是热损伤，都会破环晶状体各组织层之间的精确关系。这将导致散射区域的增加——造成白内障。在通常情况下，晶状体将随着年龄而老化。暴露于紫外A波段将加速这种老化并可能导致老花眼（晶状体失去调节或者聚焦的能力）

角膜的损伤

红外B和红外C（光谱范围是1.4到100 m） 眼睛的角膜对红外辐射是不透明的。光束的能量被眼睛表面吸收并对角膜有热损伤。过度暴露在红外光下会导致眼睛模糊或者造成角膜表面的不规则。 紫外B和紫外C（光谱范围是100-315 nm） 眼睛的角膜对紫外辐射也是不透明的。当有红外辐射时，光束的能量被眼睛表面吸收并对角膜有损伤。过度的紫外暴露会导致光角膜炎（像电焊弧造成的），昼盲，红眼，流泪等。在光化学损伤的症状出现之前，会有6-12个小时的潜伏期。

其它对眼睛的伤害类型

在角膜危险和视网膜危险光谱区之间有两个过渡区。它们分别位于UV-A和可见波段、IR-A和IR-B之间的频段上。在这两个频段上，角膜和视网膜都可能会遭到伤害。这种威胁的一个例子是ND:YAG近红外波段激光器。这个波段的光尽管看不见，但能被人眼聚焦。因此，虽然光束自身并不能看见，但却能以和可见光同样的方式对视网膜造成伤害。

最大允许曝射量（MPE）

在考虑了视网膜损伤阈值和晶状体对光的聚焦这两个因素的基础上，可定义最大允许曝射极限。对于可见光，MPE的值是在7 mm的瞳孔直径（这被认为是虹膜的最大张开直径）基础上得出的。至于其他波长，入射激光能量则对1 mm直径的圆面积取平均。MPE的值比目前所知的危险照射水平低。然而，MPE值强度的曝射，人眼看去会觉得不舒服。因此，在实际操作中始终保持曝射水平远低于MPE值是一种良好的习惯。

护目镜

操作人员应预备护目镜并且在激光辐射或与激光有关操作会造成威胁的情况下佩戴护目镜。通过护目镜的使用——它能够减弱激光的强度，同时使足够的背景光（安全可见的水平）通过（照明透射），眼睛能够得到对激光辐射的保护。理想的护目镜能在对背景光进行最大的透射的同时，对激光进行最大的削弱。没有单独的一种透镜材料是对所有的波长或对所有的辐射照射都适用的。因此，在选择护目镜时，必须对工作参数、MPE值和工作波长等等进行细致的考虑。

使用可见波段激光工作的人们在调试过程中经常不愿意佩戴护目镜，因为佩戴目镜会令得他们看不见光束。激光调试专用护目镜适用于这种情况，在激光功率逐渐减少的调试过程中,它能够提供适当保护,同时使得光束的外形可见。对某一特定的激光器，对应合适的护目镜信息可以在购买时从生产商那里获得。

对激光工作者来说，正确地佩戴合适的护目镜是极其重要的。只有那些专门为适合特定的镜片而设计的护目镜框架才可以和该镜片配合佩戴。其它的护目镜框架和该镜片配合佩戴时，并不能对眼睛提供全面的保护。

光谱汇总表

 

（四） 皮肤曝射和最大允许曝射量

大能量激光对皮肤的剧烈曝射会引起皮肤的灼伤。这些灼伤与热灼伤或者太阳辐射灼伤类似。入射的辐射光转化成热，由于皮肤组织的热传导能力差，这些热量不能足够快地散发出去。随之而来的局部温度的升高引起组织蛋白质的改性。皮肤受到伤害的程度取决与激光的波长、照射的时间和皮肤色素沉着程度等因素。某些特定的紫外波长（290-320 nm）甚至会导致皮肤癌。  

（五） 用电威胁

在世界范围内已经发生数起与激光有关的用电事故造成人员电死的事例。这些意外本来可以避免。以下是避免遭受电击的一般指引：

1）不要佩戴戒指、金属表带的手表和其它金属物品。

2）尽可能使用单手操作电路。

3）当在高压工作时，假定所有地面都是导电的，做好人体自身绝缘防护。 

4）在允许靠近电容的范围之前，确保每个电容已经放电、短路并接地。

5）检查电容是否变形或者漏液。

6）预备适当的像橡胶手套和绝缘垫这一类的安全装置。

7）不要单独一个人工作。

8）在带电电气设备工作前，必须有特别的批准。

八、光实验程序

（一）、一般实验程序

1）要使光线高于或低于眼睛。当可能和光线差不多的时候应该闭眼。

2）安全的固定好光路中所有设备（反射镜、棱镜、光阑等）。安全地固定好激光器本身。

3）当并不需要全部输出光强的时候要使用光快门和激光输出滤波器。

4）保证外部物质未进入光路，尤其是可能造成特殊反射的物质（如表、耳环、皮带扣等）。当在激光体系内工作时不可以佩戴珠宝。

5）在使用激光的时候必须说明它是个危险光。

（二）、光线调节 

大部分有记载的的激光伤害都发生在激光调节的过程中。而且很普遍的是，这些情况发生的时候，人们并没有戴上他们的眼部防护设备。这种事故中，人们多工作在可见光的范围下。这是因为调节紫外和红外激光需要附加的工具，如在光路中用紫外和红外光敏卡。

接触可见光和光束调节过程的工作将会有更高的受伤危险。而佩戴护目镜会将受伤危险降到最低，尤其是在光束调节过程中。因为一些人想要在做可见光光束校准的时候摘掉眼镜，所以应该用特殊的光束校准眼镜。这种眼镜可以使光打中目标的时候人只能看到一小部分光，可能造成伤害的大部分光则被滤掉了。

在某些情况下，校准眼镜可能会失效或者暂时无法使用。在这种情况下，必须佩戴常规的激光护目设备。因为这种眼镜会使人们无法看到光束，所以必须使用间接的观测方法。此外，许多激光在调节过程中会有强度减弱的现象。这些光强的减弱可能会使使用者不带护目镜，但是仅仅在计算和测量结果证明其确实在未达到危险范围的时候才允许。在未戴护目镜进行激光的相关工作时，暴露在所允许的最大暴露限制之上是绝对禁止的。

（三）、高功率脉冲激光器

1）激光设备的入口处应该有一个安全锁，以便能够防止没有资格的或者一些临时人员接近设备；

2）激光电触发系统应该设计一套装置，以避免储存电荷引发的偶然脉冲。并且应该设计安全失效告警系统；

3）电容器充电时应该使用如闷音、闪光，和倒计时计数程序等警戒设备；

4）墙壁和天花板不能涂反射性材料，而应该用漫反射的材料。在目标区域内，漫反射的黑色物质是最好的；

5）如果可能的话固体激光器应该在电视监视器上用遥控设备操纵。这避免了操作者出现在屋子里，大大降低受到伤害的概率。另一个方法是将激光器、相关的光束和目标物围起来。

（四）、 低功率连续气体激光器和半导体激光器系统

1）预防可能被看到的参考光和反射光；

2）应该用漫反射材料在激光束的有效路径的末端使其终止，并应使反射最小化；

3）光束区域内不应该有反射材料，并且应该维持良好的管理。

（五）、CO₂-N₂气体激光器

1）因为CO₂-N₂激光器是不可见的红外光，为了防止意外灼伤和易燃材料被点燃，需要特殊的预防措施。预防措施应该包括：人不可处于光路中且应该用耐火材料挡住光束；

2）由气体放电产生紫外光的激光器应该由不透明的材料组成；

3）红外激光器的反射光和目标物应该都被控制且包围起来，或者如果有需要的话工作人员应该戴上面罩；

（六）、使用氯和氟的激光器

使用者应该知道氯气和氟有很强的毒性。浓度仅为0.1%低的氟就具有毒性。气体应该储存在通风良好的地方以最大程度的降低其有害作用。

 

附录一、激光安全的相关定义

吸收(absorption): 通过与物质的相互作用而实现辐射能量向其他形式的能量之间的转化。

可达辐射极限(accessible emission limit, AEL): 在特定等级所允许的最大的辐射强度。

损耗(attenuation): 在经过吸收或散射介质时所造成的辐射能流的减少。

平均功率(average power): 曝光的总能量值与曝光时间的比值。

光束(beam): 平行，发散或聚焦的光线的集合。

相干性(coherent) :当任意点的电场矢量都与其他各点保持着确定的，连续的函数关系，我们就说该光束是相干的。

连续激光(continuous wave, CW): 运行在连续模式而非脉冲模式输出激光。在这种模式下，连续的周期为0.25 s的序列输出可以被看为连续激光。

控制区域(controlled area): 在这个区域内，为了预防激光辐射的危险，人们的活动被有效控制和监控。

角膜(cornea): 眼睛外表的一层透明的薄膜，其内有虹膜和晶状体。角膜是眼睛折射光线的主要器官。

漫反射(diffuse reflection): 当光入射到某物体时造成的朝向各个方向的光线的空间分布。

发散角(divergence): 激光光斑直径随着激光距离的传输而增加。定义光斑能量降低为最大值的1/e时的点相对于束腰所张开的角度为发散角。

衍射(diffraction): 当光通过不透明的物体的边界时，由于光的波动性而造成的光偏离几何路线的部分。

占空比(duty factor): 脉冲宽度与脉冲重复频率的乘积。

电磁辐射(electromagnetic radiation): 能量流，其振荡的电场分量与振荡的磁场分量垂直于光波的传输方向。X-射线，紫外线，可见光，红外线和微波都属于电磁波。 嵌入激光器: 嵌入的激光比其激光器系统有更高的安全等级时候，激光系统的低等级的安全编号是合理的，因为工程特性限制了可能的发射能量。

封闭激光器(enclosed laser): 封闭激光的保护罩的开启或移开都要在旁边准备能够提供额外的高于MPE可行值以上的防护激光辐射的防护罩。

赫兹（Hz）：表示每秒钟内一个周期震荡次数的频率单位。

表面上一点的辐照度（E）：入射到一个面元上（包括发光的测量点）的辐射流量，除以面元面积的商。单位是瓦特每平方厘米（W/cm²）。

焦耳（J）：能量单位。1焦耳=1瓦特/秒

激光 Laser：一种通过受激的电子或原子跃迁到低能级而产生强烈的相干性以及良好方向性光束的设备。是“受激辐射光放大”的首字母。

限制孔径：发光和辐射曝光能够被平均的最大的圆直径。

最大允许曝光量（MPE）：一个描述激光发光量的水平，人暴露在这个水平的激光之下时，眼睛或皮肤不产生有害效应或不良的生物变化。

标称危险区（NHZ）：在此区域内正常操作产生的直接反射或散射的辐射超过了可行的最大允许曝光量。曝光水平超过NHZ范围的水平在合适的MPE水平以下。

标称视觉危险距离（NOHD）：沿着无阻碍的光轴，人眼到激光的一段距离，超过这个距离，正常操作中的发光或辐射曝光将超过合适的MPE。

防护遮蔽物：激光或激光系统周围用于防护激光辐照高于可行的MPE水平之上的围栏。有用的光束射出时穿过的孔不是防护遮蔽的一部分。防护遮蔽物可能围绕一个有关的光学系统和一个工作站，也会限制到其他的辐射能量发射，或限制到与元素或终端联系的电危害。

脉冲宽度：一个激光脉冲的持续时间，经常被认为是脉冲上升和下降沿功率半高点之间的时

间间隔。

瞳孔：光进入人眼内部时，通过的虹膜上的一个可调的孔径。

弧度（rad）：一个测量角度的单位，等于长度为圆半径的圆弧所对应的圆心角度。1弧度=57.3度；2π弧度=360度

辐射率（L）：单位立体角单位面积上的辐射流量或功率。单位：W*cm^-2*sr^-1

辐射能量（Q）：能量以辐射的形式发射、传输或接收。单位：J。

辐射曝光量（H）：所接受的辐射能量的表面密度。单位：J/cm² 辐射流量（W）：功率以辐射的形式发射、传输或接收。单位：W。也叫辐射功率。

镜面反射：一种像镜子一样的反射。