П2.2.1. Коллимированное лазерное излучение

Если для наблюдения источника лазерного излучения используются

оптические приборы (бинокли, телескопы и т.д.), энергетическая

экспозиция или облученность сетчатки глаза может существенно

возрастать. Наиболее надежным методом оценки изменения степени

опасности излучения является сопоставление результатов измерения

энергии или мощности, проходящей через ограничивающую апертуру

диаметром 7 мм, при непосредственном наблюдении и при наблюдении с

использованием оптического прибора. В последнем случае

ограничивающая апертура располагается вблизи окуляра в плоскости,

соответствующей положению роговицы глаза. Отношение результатов

измерений дает поправочный коэффициент для коррекции предельно

допустимых уровней излучения, устанавливаемых настоящим

документом.

Теоретические оценки, как правило, являются приближенными. В

рекомендациях по применению таких оценок здесь и далее

рассматривается наиболее распространенный тип оптических средств

наблюдения, у которых диаметр выходного зрачка меньше или равен

-3

7 x 10 м (теоретический диаметр зрачка глаза), а потери

излучения, связанные с поглощением и отражением на поверхностях

оптических элементов и т.д., пренебрежимо малы.

Применение оптического средства наблюдения с увеличением

(кратностью) k с позиций безопасности эквивалентно увеличению

диаметра ограничивающей апертуры в k раз.

Таким образом, для определения предельно допустимых уровней

энергии излучения при прямом наблюдении коллимированных пучков с

помощью оптических приборов следует нормировать энергию или

мощность излучения, прошедшего через ограничивающую апертуру

-3

диаметром k x 7 x 10 м, расположенную в плоскости входного

оп оп

зрачка прибора. Значения W и P не должны превышать W

пду пду пду

и P , определяемых пунктами 3.4 и 3.5.

пду

Пример 8.

Для создания оптических эффектов при проведении музыкального

шоу используется непрерывный гелий-неоновый лазер, излучение

которого при сканировании может оказаться направленным в

зрительный зал. Определить предельно допустимую мощность лазера с

учетом того, что отдельные зрители, занимающие ряды дальше

седьмого, могут пользоваться театральными биноклями с кратностью k

(1) -2

= 2,5. Диаметр пучка в плоскости 1-го ряда d = 5 x 10 м,

п

(2) -2

на уровне 7-го ряда d = 6 x 10 м. Скорость сканирования в

п

-1

плоскости 1-го ряда v = 2 м x с , в плоскости 7-го ряда

1

-1

v = 3 м x с . Распределение интенсивности излучения в

2

поперечном сечении лазерного пучка близко к однородному.

Время облучения глаз соответствует времени прохождения

лазерного пучка через ограничивающую апертуру.

Для зрителей 1-го ряда:

(1) -3

d + 7 x 10

(1) п -2

t = --------------- = 2,85 x 10 с.

v

1

Для зрителей 7-го ряда:

(2) -3

d + k x 7 x 10

(2) п -2

t = ------------------- = 2,23 x 10 с.

v

2

Соответствующие значения предельно допустимых параметров

излучения с длиной волны 633 нм определяются по таблице 3.3 с

учетом коэффициента гигиенического запаса, заданного пунктом 3.11.

(1)

W

(1) пду -5

P = ---- = 3,9 x 10 Вт;

пду (1)

t

(2)

W

(2) пду -5

P = ---- = 4,3 x 10 Вт.

пду (2)

t

(1)

Значение P определяет предельную мощность излучения,

пду

-3

прошедшего через апертуру диаметром 7 x 10 м. Полная мощность

лазера при этом составляет:

(1)

d

(1) (1) п ДЕЛЬТА -3

P = P (--------) = 2 x 10 Вт.

пду -3

7 x 10

Аналогично для зрителей 7-го ряда, пользующихся театральными

биноклями (ограничивающая апертура увеличена в 2,5 раза):

(2)

d + d -2 -2

(2) п bx дельта 6 x 10 + 2,5 x 10

t = ----------------- = --------------------- =

дельта v 3

2

-2

= 2,83 x 10 с;

(2) -5

P = 3,9 = 10 Вт;

пду

(2)

d

(2) (2) п 2 -4

P = P (------------) = 4,7 x 10 Вт.

пду -3

k x 7 x 10

Таким образом, использование театрального бинокля существенно

повышает опасность повреждения глаз. Мощность лазера при

-4

рассмотренных условиях не должна превышать 4,7 x 10 Вт.

Пример 9.

Оптик проводит юстировку выходного зеркала гелий-кадмиевого

лазера, работающего в непрерывном режиме, используя диоптрийную

трубку с кратностью k > 1. Длина волны излучения лямбда = 441 нм.

Мощность генерируемого излучения, возникающего в первой стадии

-3

юстировки, - до 1,5 x 10 Вт. Диаметр пучка излучения не

превышает 3 мм.

Определить пропускание защитного светофильтра T,

устанавливаемого перед диоптрийной трубкой для обеспечения

безопасной работы.

Длительность воздействия на глаза примем равной времени

реакция мигания: t = 0,25 с.

Значение предельно допустимой мощности излучения с длиной

волны 441 нм при прямом облучении глаз и ограничивающей апертуре

-3

диаметром 7 x 10 м определяется по табл. 3.3 (рис. 3.4) с

дополнительным коэффициентом запаса для хронического воздействия

в соответствии с п. 3.5.

W

пду -6

P = ---- = 9,4 x 10 Вт.

пду t

В рассматриваемом случае диаметр пучка излучения существенно

меньше диаметра ограничивающей апертуры на входе диоптрийной

-3

трубки, равного k x 7 x 10 м. На выходе оптической системы

трубки диаметр пучка уменьшается до величины, равной

~ d / k, что также существенно меньше теоретического диаметра

п

-3

зрачка (7 x 10 м). Таким образом, практически все излучение

лазера проходит через зрачок глаза, а приведенное выше значение

P определяет предельно допустимое значение общей мощности

пду

излучения P', прошедшего защитный светофильтр: P' = P .

пду

Аналогичный результат был бы получен и для случая прямого

облучения глаз без использования оптического средства наблюдения,

так как и здесь диаметр пучка d меньше теоретического размера

п

зрачка.

Иными словами, использование диоптрийной трубки не привело к

увеличению опасности для глаз.

Последний вывод иллюстрирует общее правило, согласно которому

применение оптических инструментов для наблюдения коллимированных

лазерных пучков диаметром, меньшим диаметра зрачка глаза, не

повышает степени опасности повреждения сетчатки.

Возвращаясь к решению поставленной задачи, определим

минимально допустимую величину пропускания защитного фильтра T для

излучения с длиной волны 441 нм.

P

P' пду -3

T <= --- = ----- = 6,3 x 10 .

P P