激光安全知识 -激光之电磁辐射危险性
上传时间：2014-05-23
激光之电磁辐射危险性
以氦氖激光(Helium-neon laser)为例，放电及碰撞使其中的游离电子、氦原子与氖原子获得能量，因而都成为电磁辐射的来源，其中一部份是可以放大的激光辐射，输出后成为激光；其余则称为附加辐射(Collateral radiation)。
1、激光的危险性
激光光的高强度，使它与生体组织产生极剧烈的光化学(Photochemical)、光热(Photothermal)、光动力(Photodynamic)、光剥离(Photodisruption)、光波电磁场等交互作用，而造成严重的伤害。周围的器材，尤其是可燃、可爆物，也会因而引起灾害。高度同调性造成的干涉，使相长干涉(Constructive interference) 处的光更强，因此会导致更高的危害。
a、对于眼睛的危险性
人眼的角膜(Cornea)与结膜(Conjunctiva)没有受到如一般皮肤角质层的保护，最容易受到光束及其他环境因素的侵袭。激光光的强度很高，以致眼睑的反射动作产生保护作用之前，就造成伤害了。
眼睛所受的伤害与波长有关：可见光(Visible light)与红外线(Infrared)中的IR-A影响视网膜；紫外线(Ultraviolet)中的UV-B、UV-C及红外线的IR- B、IR-C影响角膜)；可见光和短波红外线(Near infrared；IR-A)会穿过清澈的眼中物质，而被视网膜吸收，所以若光束太强，就会伤害视网膜。激光光的高准直性(Collimation)，使光线能会聚于一个很小的点，在视网膜上约为10至20μm (比头发还细)。因此，400nm到1400nm之间的激光，对视网膜具有特别高的危险性，这个波段称为视网膜危险区(Retinal hazard region)。
由于热流和震波(Shock wave)的影响，环绕成像区的组织也可能受损，而对视觉功能造成更严重的后果。因为视网膜神经组织的修复能力甚低，这种伤害一般而言都是永久性的。
视网膜危险区之外的电磁波，包括紫外线和长波红外线(Far infrared)，则可能使眼睛的前方部分受伤。有些波段会伤害水晶体(Lens)，295nm至320nm以及1μm至2μm的辐射尤其严重。波段相当广的紫外线，以及波长大于1400nm的红外线，可能伤害角膜。只伤及角膜表皮时，一两天内就能修复，而使视力完全恢复。如果角膜的较深层部位发生显著伤害，会造成角膜瘢痕(Corneal scar)，而导致永久失明。
红外线的组织穿透深度(Penetration depth)方面，1,440 nm(如某些半导体激光)、1,540 nm(如铒-玻璃激光)、2,100 nm(如钬-雅克激光)均大于10,600 nm(二氧化碳激光)，所以前三者造成永久性伤害的危险性比较高[1]。308 nm的氯化氙(XeCl)激光束，会使水晶体立即产生白内障(Cataract)，所以还具有额外的危险性。氩离子(Argon)、氪离子(Krypton)、KTP倍频(Double frequency)、铜蒸汽(Copper vapor)、金蒸汽(Gold vapor)、氦氖(Heliun-Neon)、钕-雅克(Nd:YAG)等激光，对于视网膜都具有潜在危险性。铒-雅克(Er:YAG)、铒-氟化钇锂(Er:YLF)、钬-雅克(Ho:YAG)、氟化氢(HF)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)等激光，则对角膜有危险性
b、对于皮肤的危险性
皮肤受伤害的原因，可能是光化学反应(主要在紫外线波段)，或热效应 (主要在红外线区)。例如红斑(晒斑) (Erythema)是表皮受伤所致，有时真皮也有某种程度的伤害，而这些伤害源于光化学引起的反应。如果了解其危险性，针对准分子(Excimer)的紫外线激光所需的保护皮肤措施，就容易规划及执行。可见光与红外线激光束的照射，可能造成一级、二级和三级灼伤。能引起严重热灼伤的辐照度，也可能引燃纺织品，烧毁塑料制品 伤害的严重程度，决定于照射时间的长度，以及激光光的透入深度。一般说来，若照射时间持续1秒钟或更久，疼痛反应会引起闪避动作，使受照部位离开光束，因而曝照时间会只有1秒钟或更短。如果照射时间很短，10.6μm的高功率激光束不会造成深部组织的灼伤，因为这个波长的穿透深度很浅(约为20μm)，事实上不会透过正常表皮角质层的厚度。二氧化碳激光对于表皮的伤害，是由于从角质层至更深处的热传导。但是，受到1064nm钕―雅克短脉波照射时，因为它能穿过数mm而进入组织内，所以刚超过灼伤阈值的曝照量，就足以造成深而严重的灼伤。钬- 激光(2.1μm)、KTP倍频激光(二倍频的钕―雅克，532nm)或氩激光(488 及514.5nm)造成的灼伤深度，介于二氧化碳与钕―雅克之间聚焦后的手术激光光点，或光纤尖端密集的辐照度，是用来将组织汽化或剥离的，所以对于焦点附近的皮肤极具危险性。反射后的激光束可能引燃衣物，造成皮肤的伤害和悲剧性的后果。使皮肤受伤的实际阈值，通常是数个J/cm2之谱，而这个程度的曝照量，不至于发生在手术激光的焦点外。
2、附加辐射(Collateral radiation)的危险性
激光的激发装置所产生未经放大的电磁辐射，会由激光装置的激光光出口(孔径)(Aperture)或机壳的缝隙逸出。由于其中可能有游离辐射，如紫外线或X 射线，所以可能引起伤害，尤其是长期曝照之后的危险性更高。注意机壳的紧密程度，避免长期靠近可能有附加辐射之处，可以大幅减少发生这类危险的机会。
