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激光器|教你如何正确使用激光“武器”

作者：宋飞龙
审核：许秀来
激光具有亮度高、单色性好、相干性好、方向性强等特点 。 是科研人员经常用到的科研设备 ， 同时也在我们的生活中扮演着重要的角色 ， 如图1中的激光笔 。 然而 ， 不当的使用会对人体的眼睛和皮肤造成严重损害 ， 还有可能引发爆炸、火灾等严重事故 。 如何正确使用激光器 ， 是关系到人身安全的重大事情 。
【激光器|教你如何正确使用激光“武器”】激光器|教你如何正确使用激光“武器”
图1 生活中常用到的激光笔
激光在使用过程中最容易对人造成伤害的器官是眼睛 ， 包括角膜、视网膜和晶状体的损伤 ， 激光对人眼睛的伤害主要来自于对光的吸收 ， 在可见光及近红外区域（400 nm——1400 nm） ， 由于屈光介质对该波段激光的透射率高 ， 屈光介质会将激光聚焦到视网膜上 ， 外界的光经过瞳孔经晶状体会聚至视网膜 ， 瞳孔直径是可变的 ， 有光照时瞳孔直径为2.5-4 mm ， 而聚焦在视网膜上的像点的直径大概在10-20 μm ， 因此外界的光进入视网膜其光通量密度会提高100000倍以上,而在黑暗环境中 ， 瞳孔直径在7 -8mm左右 ， 进入的光通量更高 ， 对视网膜的伤害更大 。
波长范围在315 nm——400 nm的激光主要被晶状体吸收 ， 造成的损伤包括光化学损伤和光热损伤 ， 导致的后果包括造成白内障 。 波长范围在100 nm——315 nm的激光和波长在1.4 μm——100 μm的激光主要对眼睛的角膜造成损伤 。 其中红外部分光几乎全部被角膜吸收 ， 当光的强度足够高和照射时间足够长时激光会对角膜造成热损伤 ， 紫外的部分会导致角膜炎 。
除了眼睛外 ， 激光使用过程中也容易对皮肤造成伤害 ， 首先是激光对皮肤的曝射会引起皮肤的灼烧 ， 主要原因是皮肤组织的热传导能力差 ， 热量不能快速的发散 ， 导致局部的温度过高 ， 进而使得组织蛋白改性 。 皮肤受到的伤害程度与激光的波长、照射时间、激光强度有关 。 对紫外波段的光（290 nm——320 nm）有可能会引起皮肤癌 。
根据激光的危险程度 ， 激光又可分为四类 。 如下表所示
激光器|教你如何正确使用激光“武器”
生活中我们常见到的激光是一类激光和二类激光 ， 对一类激光 ， 其功率在微瓦量级 ， 在不拆开其内部装置的情况下不会对人的皮肤或眼睛产生伤害 ， 如激光打印机（如图2（a）所示）、CD播放器等 。 第二类激光在我们生活中较为常见 ， 如激光笔如图2（b）所示）、瞄准装置、距离测量设备等 。 对于这类激光 ， 我们应该避免长时间注视激光光源 ， 也不要将激光对着其他人的眼睛照射 。 此外 ， 现在网上售卖的激光笔其功率有些过高 ， 对功率大于5 mW的激光设备 ， 我们在使用中要格外注意 。 此外尽量不要为孩子买带有激光的玩具 ， 如果非要买 ， 也应该尽量确保功率在0.4 mV以下 。 一旦家长发现激光伤眼的情况应及时去医院就诊 。
激光器|教你如何正确使用激光“武器”
图2 （a）激光打印机（一类激光器） ， （b）激光笔（二类激光器） ， （c）半导体激光器（三类激光器） ， （d）激光切割机（四类激光器） 。
在实验室中 ， 我们接触到最多的是三类激光器 ， 对这类激光器的操作不当 ， 极其容易伤害到我们的眼睛 。 在有三类激光的实验室 ， 我们应该注意以下事项：
1、不要将激光对准人的眼睛 ， 或用眼睛直视激光 。
2、未经培训不允许对激光器进行操作 。
3、激光器不使用的情况下尽量关闭或者用挡板将激光挡住 。
4、调光路的过程中应将激光的功率尽可能的减小 ， 此外在调节红外激光或者
紫外激光时应该使用激光显示卡 ， 激光显示卡如图3 （b）所示
激光器|教你如何正确使用激光“武器”
图3（a）激光护目镜和（b）激光显示卡
5、光路的高度在设计时要尽量避免与站着或者坐着时人眼的高度一致 ， 激光器应该固定牢固 ， 光路中的所有光学元件也应该固定牢固 ， 确保激光只沿着预定的路径传播 。
6、调光路的过程中尽量不要戴金属的首饰 ， 如手表、耳环、手镯等 ， 这些物质的反射会使激光随机的反射出光路 ， 伤害自己或实验室的其他人的眼睛 。
7、在光学实验室使用红外或紫外激光或者高功率的脉冲激光时应佩戴护目镜 ， 如图3（a）所示 ， 选择护目镜时要注意其工作波长范围及其他一些必要的参数 。
对第四类激光 ， 除了三类激光的这些要求外 ， 由于其功率太大 ， 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、人、易燃物表面必须有保护措施 。
随着社会的发展 ， 激光在我们的生活中扮演着越来越重要的角色 ， 从生活中的激光笔、打印机 ， 到医疗中的激光打眼 ， 工业中的激光加工 。 因此我们应该多了解一些激光 ， 避免激光对我们可能造成的危害 。
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图片来源
图1https://baike.sogou.com/historylemma?lId=84904
图2(a)http://www.365azw.com/share/s-287022.html
图2(b)http://www.itfly.pc-fly.com/article/p-激光笔工作原理.html
图2(c)http://www.qianyan.biz/pshow-12594620.html
图2(d)http://www.jiancai365.cn/cp_651689.htm
图3(a)http://m.020bom.com/goods/523389797335.html
图3(b)http://microphotons.cn/?a=cpinfo&id=207
参考文献
[1]https://baike.baidu.com/item/激光/130230
[2]https://www.ualberta.ca/https:/cloudfront.ualberta.ca/-/media/ualberta/vice-president-finance/environment-health-saftey/documents/laser-safety-manual-nov-2017.pdf
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审稿：许秀来
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