激光安全知識 -激光之電磁輻射危險性
上傳時間：2014-05-23
激光之電磁輻射危險性
以氦氖激光(Helium-neon laser)為例，放電及碰撞使其中的游離電子、氦原子與氖原子獲得能量，因而都成為電磁輻射的來源，其中一部份是可以放大的激光輻射，輸出后成為激光；其余則稱為附加輻射(Collateral radiation)。
1、激光的危險性
激光光的高強度，使它與生體組織產生極劇烈的光化學(Photochemical)、光熱(Photothermal)、光動力(Photodynamic)、光剝離(Photodisruption)、光波電磁場等交互作用，而造成嚴重的傷害。周圍的器材，尤其是可燃、可爆物，也會因而引起災害。高度同調性造成的干涉，使相長干涉(Constructive interference) 處的光更強，因此會導致更高的危害。
a、對于眼睛的危險性
人眼的角膜(Cornea)與結膜(Conjunctiva)沒有受到如一般皮膚角質層的保護，最容易受到光束及其他環境因素的侵襲。激光光的強度很高，以致眼瞼的反射動作產生保護作用之前，就造成傷害了。
眼睛所受的傷害與波長有關：可見光(Visible light)與紅外線(Infrared)中的IR-A影響視網膜；紫外線(Ultraviolet)中的UV-B、UV-C及紅外線的IR- B、IR-C影響角膜)；可見光和短波紅外線(Near infrared；IR-A)會穿過清澈的眼中物質，而被視網膜吸收，所以若光束太強，就會傷害視網膜。激光光的高準直性(Collimation)，使光線能會聚于一個很小的點，在視網膜上約為10至20μm (比頭發還細)。因此，400nm到1400nm之間的激光，對視網膜具有特別高的危險性，這個波段稱為視網膜危險區(Retinal hazard region)。
由于熱流和震波(Shock wave)的影響，環繞成像區的組織也可能受損，而對視覺功能造成更嚴重的后果。因為視網膜神經組織的修復能力甚低，這種傷害一般而言都是永久性的。
視網膜危險區之外的電磁波，包括紫外線和長波紅外線(Far infrared)，則可能使眼睛的前方部分受傷。有些波段會傷害水晶體(Lens)，295nm至320nm以及1μm至2μm的輻射尤其嚴重。波段相當廣的紫外線，以及波長大于1400nm的紅外線，可能傷害角膜。只傷及角膜表皮時，一兩天內就能修復，而使視力完全恢復。如果角膜的較深層部位發生顯著傷害，會造成角膜瘢痕(Corneal scar)，而導致永久失明。
紅外線的組織穿透深度(Penetration depth)方面，1,440 nm(如某些半導體激光)、1,540 nm(如鉺-玻璃激光)、2,100 nm(如鈥-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傷害的危險性比較高[1]。308 nm的氯化氙(XeCl)激光束，會使水晶體立即產生白內障(Cataract)，所以還具有額外的危險性。氬離子(Argon)、氪離子(Krypton)、KTP倍頻(Double frequency)、銅蒸汽(Copper vapor)、金蒸汽(Gold vapor)、氦氖(Heliun-Neon)、釹-雅克(Nd:YAG)等激光，對于視網膜都具有潛在危險性。鉺-雅克(Er:YAG)、鉺-氟化釔鋰(Er:YLF)、鈥-雅克(Ho:YAG)、氟化氫(HF)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)等激光，則對角膜有危險性
b、對于皮膚的危險性
皮膚受傷害的原因，可能是光化學反應(主要在紫外線波段)，或熱效應 (主要在紅外線區)。例如紅斑(曬斑) (Erythema)是表皮受傷所致，有時真皮也有某種程度的傷害，而這些傷害源于光化學引起的反應。如果了解其危險性，針對準分子(Excimer)的紫外線激光所需的保護皮膚措施，就容易規劃及執行。可見光與紅外線激光束的照射，可能造成一級、二級和三級灼傷。能引起嚴重熱灼傷的輻照度，也可能引燃紡織品，燒毀塑料制品 傷害的嚴重程度，決定于照射時間的長度，以及激光光的透入深度。一般說來，若照射時間持續1秒鐘或更久，疼痛反應會引起閃避動作，使受照部位離開光束，因而曝照時間會只有1秒鐘或更短。如果照射時間很短，10.6μm的高功率激光束不會造成深部組織的灼傷，因為這個波長的穿透深度很淺(約為20μm)，事實上不會透過正常表皮角質層的厚度。二氧化碳激光對于表皮的傷害，是由于從角質層至更深處的熱傳導。但是，受到1064nm釹―雅克短脈波照射時，因為它能穿過數mm而進入組織內，所以剛超過灼傷閾值的曝照量，就足以造成深而嚴重的灼傷。鈥- 激光(2.1μm)、KTP倍頻激光(二倍頻的釹―雅克，532nm)或氬激光(488 及514.5nm)造成的灼傷深度，介于二氧化碳與釹―雅克之間聚焦后的手術激光光點，或光纖尖端密集的輻照度，是用來將組織汽化或剝離的，所以對于焦點附近的皮膚極具危險性。反射后的激光束可能引燃衣物，造成皮膚的傷害和悲劇性的后果。使皮膚受傷的實際閾值，通常是數個J/cm2之譜，而這個程度的曝照量，不至于發生在手術激光的焦點外。
2、附加輻射(Collateral radiation)的危險性
激光的激發裝置所產生未經放大的電磁輻射，會由激光裝置的激光光出口(孔徑)(Aperture)或機殼的縫隙逸出。由于其中可能有游離輻射，如紫外線或X 射線，所以可能引起傷害，尤其是長期曝照之后的危險性更高。注意機殼的緊密程度，避免長期靠近可能有附加輻射之處，可以大幅減少發生這類危險的機會。
