Kĩ thuật an toàn laser pot

Kĩ thuật antoàn laser
Laser argon-ion,và laserkrypton-ion ít thông dụng hơn, tạora bức xạ ở
những bước sóng bội đượckhai thác rộng rãitrong cáccông nghệ quang như kính
hiển viđồng tiêu.Laserargonthường được phân vào loại IIIB hoặc loại IV dưới mã
an toàn ANSI, và cầnphải tránhphơi sáng trực tiếp trước chùmtia này. Các tia
lam-lụctừ một chùm laserargon-ion kết hợp cao có thể lọt vào mắt tớivõng mạc,
gây ra sự phá hủy vĩnhviễn. Kínhbảo hộ an toàn có sẵn manglại sự hấp thụ mạnh
các vạch phát xạ chính, và sẽ bảovệ mắt khỏi bị tổnhại. Laserkrypton-iontạo ra
bướcsóng dài hơn mộtchút so với laser argon-ion,và ở côngsuất thấphơn, một
phần dochúng phát ra cácvạch bước sóngkhả kiến bội phânbố rộng trong quang
phổ. Sự phân bố năng lượng rộngrãi đưa đếnvấnđề làcác kínhlọc bảo hộ được
thiết kể nhằmhấp thụ toàn bộ phátxạ laser sẽ chặn đa số ánh sáng khả kiến, làm
hạn chế tính thựctiễn của việc sử dụng chúng. Yêu cầu phải cẩn thận hết sức ở
những nơi có liên quantới laserkrypton-ion,nhằm tránhphơi sáng mắt trước
phátxạ vạch bội. Lasersử dụng hỗn hợp krypton-argontrở nên phổ biếntrong
kính hiển vi huỳnhquang dùng cho cácnghiên cứu huỳnhquang bội yêu cầu sự
phátxạ bền vững ở mộtvài bước sóng, vàphải thận trọng bảo vệ mắt khỏi toàn bộ
phátxạ có thể đi vào võngmạc. Ngoài ra,những laserphóngđiện khí này tạo ra
bướcsóng tử ngoại bị hấp thụ mạnh bởi thủytinh thể của mắt, và vì mối nguy
hiểm của sự phát xạ sóng liên tụctrong vùng phổ nàyđược biếtrất ít, nên cần phải
mang kính bảo hộ hấp thụ tử ngoại. Laserkrypton-ionphát ra ở một vài bước sóng
trong vùng hồngngoại gầnhầu như không nhìnthấy, nhưngcó thể gây ra sự tổn
hại võng mạcgay gắt, bất chấp hìnhthức khó hình dung của chúng.Mối nguyhiểm
điện cómặt do việc áp dụng điện thế cao để kích hoạtsự phóng điện laser,và dòng
điện tươngđối caodo yêu cầu duytrì sự phát xạ.
Laser sử dụng hỗn hợp helium-neonđược sử dụngrất rộng rãi trong những
dụngcụ như máy quét mã vạch siêu thị và thiết bị đo đạc, và chúngcó công suất
chừng vài miliwatt hoặc thấp hơn, nênmức nguy hại tương đương với ánh sáng
MặtTrời trực tiếp.Một sự nhìn thoángqua tình cờ trongchốclát tại một chùm
công suất thấp không làmhỏng mắt,nhưng ánh sángkết hợpcao từ laserHe-Ne có
thể hội tụ lên một đốmrất nhỏ trên võng mạc, và sự phơi sángliên tục có thể làm

thương tổnlâu dài. Vạch phát xạ He-Necơ bảntại 632nm,nhưng khác nhauở
bướcsóng phát ra từ ánh sáng lục cho đến ánhsáng hồngngoại thường cósẵn trên
thị trường. Các phiên bảncông suất cao hơn của laser He-Ne có mức độ nguyhiểm
lớn hơnnhiều, vàphải sử dụngthật thậntrọng. Không có cách dự đoán mứcđộ
phơisáng sẽ tạo ra mứcthương tổn cho mắt nhất định. Quyđịnh antoàn chủ yếu
được tuân thủ đối với loịa lasernày tránh hết mọi thứ, trừ việc nhất thờinhìnqua
chùmtia, và quan sát các cảnh báo thường dùngliên quan tới điện thế cao có mặt
trong bộ cấp nguồn.
Một loại laser phóng điện khí khác, dựa trênhệ heli-cadmi,đượcsử dụng
rộng rãi trongkính hiểnvi quét đồngtiêu, khai thác các vạch phát xạ tím-lam và tử
ngoại tại 442nmvà 325nm.Nguy hiểmchủ yếuđối với mắt dovạch lam làlàm phá
hủy võngmạc, đượcxem là dễ bị thương tổn hơn ở những mức phơi sáng thấptại
bướcsóng này so với các bướcsóng khả kiến dài hơn.Do đó, cả ở mức công suất
thấp,laser He-Cd vẫn phải đảm bảo cẩnthận các thủ tục an toàn. Rất ít bức xạ tử
ngoại 325nmcó khả năngđi tới võng mạc do bị hấp thụ mạnhbởi thủy tinhthể, và
sự phơi sánglâu dài có thể góp phần làm đục thủytinh thể. Việc đeo kính bảohộ
an toàn thích hợp có thể bảovệ chốnglại mối nguyhại tiềmtàng này.Một vấn đề
khócó mặt trong những biến thể mới đây hơn củalase He-Cdlà chúng phát ra
đồngthời các bước sóngđỏ, lục vàlam. Bất cứ nỗ lực nào muốn lọc cả babước
sóng này bằng kínhbảo hộ đều làm chặn lại phần nhiều phổ khả kiến nên người
dùngkhông thể nhìn trọnvẹn để tiến hànhnhững công việc cần thiết. Nếu chỉ có
hai trong số các vạch phát xạ bị lọc,thìsự rủi ro còn lại từ bước sóngthứ ba, yêu
cầu phải đođạc cẩn thận để tránh phơi sáng.
Laser nitrogen phát ra vạch tử ngoại tại 337,1nmvà được dùng làm nguồn
dạng xungcho một số kínhhiển vi và ứngdụngquang phổ kế. Nhữnglaser này
thường đượcdùng để bơm các phântử chất nhuộm nhằm tạo rathêm những vạch
có bước sóngdài hơn trongnhững kĩ thuật ghi ảnh nhất định. Lasernitrogen có
khả năng phátra công suất caoở tốcđộ lặp xung cực kì cao. Sự tổn hại màng sừng
có thể do phơi sáng trướcchùm tia đó, vàmặc dù sự hấp thụ trong thủy tinhthể
bảo vệ võng mạc khỏi cácbước sóng tử ngoại gần đến một chừngmực nào đó,

nhưng không chắc chắn đây có đủ để ngăn ngừa sự thươngtổn võngmạc từ các
xungcôngsuất cao đó hay không.Cách thứcan toàn nhất là phải đảm bảo bảo vệ
mắttrọnvẹn khi loại lasernày được sử dụng. Ngoài ra, điện thế cao cần thiết để
điều khiển lasernitrogen,và sự đề phòng làcần thiết nhằm đảm bảo sự phóng
điện củatất cả các bộ phậncấp nguồn trướckhi tiếp xúc với chúng.
Laser trạng thái rắn phổ biếnnhất chế tạo từ neodymiumion hóa phatạp ở
mức độ không tinh khiết trong tinhthể chủ. Chất chủ đượcsử dụng rộngrãi nhất
cho phatạp neodymiumlà ngọc hồnglựu yttriumnhôm, mộttinh thể nhân tạo
hình thành nên cơ sở laserNd:YAG. Laser neodymium nói chung cósẵn rất đa
dạng, phát ra trong một vùngrộng công suấtcả dạng chùm liên tụcvà dạng xung.
Chúng cóthể đượcbơmquang học bằng mộtlaser bán dẫn,bằng đènflash dạng
xung,hoặc bằng đènhồ quang, và đặctrưng của chúng thayđổi rộng tùy thuộc vào
thiết kế và mục đích chế tạo.Vì có phạm vi ứng dụngrộng rãi, nên chúng cónhững
nguy hại nhất định, laserneodymiumcó khả năng gây thương tổn cho mắt hơn bất
kì loạinào khác.
Laser neodymiumYAGphátra ánh sánghồng ngoại gần 1064nm có thể làm
thương tổngay gắt chovõng mạc, vàvì nó không nhìnthấy nên khả năng thương
tổn là do các chùmphản xạ tăng lên. Đa số laserloại này sử dụng trong kínhhiển vi
được bơmbằngdoide và phát ra các xungcực ngắn, có thể làm tổn thương ngaycả
khi chỉ một xungphản xạ đi vào mắt. Do đó,việc bảo vệ mắt chặnlại mọi đường đi
có thể tớimắt phải sử dụng kínhbảo hộ chặn hồng ngoại có thể được thiết kế cho
truyền quađa số ánh sáng khả kiến, trừ nhữngứng dụngtrong đó các họa âm bậc
cao được sử dụng. Nhân đôi tần số cóthể tạo ra họa âm thứ hai tại 532nm (ánh
sáng khả kiến lục), bước sóngnày cũng truyền quađi tới võng mạc, vàkhi vạch
phátxạ này đượcsử dụngthì việc thêm bộ lọc làm tắt dần ánh sáng lục là cần thiết.
Nhânba và nhân tư tần số thường được áp dụngvới laser Nd:YAGtạo ra họa âm
thứ ba và thứ tư tại 355và 266nm,chúng có những nguyhại khác, và yêu cầu kính
bảo hộ antoàn chặn tử ngoại, và có khả năng bảo vệ da đề phòng cácthương tổn
do cháy. Với những laserphát ra công suất chừng vàiwatt trongvùnghồng ngoại,
côngsuấthàng trăm miliwatt có thể thu được tại các bướcsónghọa âmthứ hai, ba,

tư.
Mặcdù một số laserneodymiumbơm bằngdiode phátra công suất tương
đối thấp (nhất là tại các họa âm bậc cao,khi hoạt độngở modeliên tục), nhưng đa
số phát racông suất đủ để gây ra thươngtổn,và phải đeo kínhbảo vệ mắt khilàm
việc với bất kì laser nào thuộcloại này.Một khó khăn đối với bất kì lasernào phát
ra bước sóng bộilà việc sử dụng kínhbảo hộ thích hợp làm suy giảm tất cả các
vạchphát xạ nguyhiểm. Khi các họa âm bậccao được sử dụng, không nên chorằng
ánh sáng ở tần số cơ sở bước sóngdài hơn không có mặt, vànhiều laser thương
mại có một hoặc nhiều cơ chế đặc biệt loại trừ nhữngbức xạ quang khôngmong
muốn. Mối nguy hiểmvề điệncó mặt trong các laserneodymiumđèn bơm thay
cho diode, vì sự có mặt của điện thế cao cấp nguồn.
Một số lượng lớnnghiên cứu đang đượctriển khaiđể nhận racác chất chủ
tinh thể khác cho pha tạpneodymium, vàkhi các chất khác có mặt trong cáclaser
thương mại,cần phải xem xét điều kiện cho hoạt động antoàn. Khi nhữngloại
laser mớiđược đưara, thì những dụng cụ antoàn tươngxứng có thể ban đầu chưa
có. Hiện nay,chất thay thế được sử dụng rộng rãi nhấtcho ngọc thạch lựu yttrium
nhôm là yttriumlithiumfluoride (kí hiệu là YLF),và có sẵn trên thị trườngcả laser
Nd:YLF dạng xungvà dạngliên tục. Mặc dù ở nhiều khíacạnh làtương tự với laser
neodymiumYAG, nhưng việc sử dụng Nd:YLF phát ra tạimột bướcsóng cơ sở hơi
khác (1047nm)và điều này phải được xét đến khiđánh giá hiệu suất của các bộ lọc
an toàn như kínhbảo hộ đối với phổ hấp thụ các bước sóng cơ sở và họaâm bậc
cao của chúng.
Laser diodebán dẫn đại diện cho mộtcôngnghệ tươngđối mớiđangmở
rộng nhanhchóng ở tính đa dụng. Đặc trưng hiệu suất củalaser diodephụ thuộc
vào mộtsố nhân tố,gồm tínhchất điện của chất bán dẫn, quá trình nuôi cấy được
sử dụngtrong khi chế tạo nó, và tạpchất đượcsử dụng. Bước sóngphát rabởi môi
trường laserlà một hàm củađộ rộng khecủa chất liệu vàcác tính chất khác, phụ
thuộcvào thành phần chất bándẫn.Sự pháttriển liên tụchứa hẹn mở rộng phạm
vi bước sóngcó thể dùng được trong các diode laser thươngmại. Hiệnnay, laser
diode bán dẫn có bước sóng trên 1100nm đượcsử dụngchủ yếu trong các ứng

dụngviễn thông sợi quang.Đa số các laser thuộc loại này dựa trênlớp hoạt tính
của hợpchất iridium-gallium-arsenic-phosphorus(InGaAsP)có tỉ lệ khác nhau,và
chủ yếuphát ra tại 1300hoặc1550 nm. Một phần trăm nhỏ củaphát xạ 1300nm
được truyềntới võng mạc củamắt, còn ở bước sóng dàihơn 1400nm, giác mạc là
đối tượngbị tổn hại. Sự thương tổn mắtđángkể khôngcó khả năngxảy ra, ngoại
trừ cácmức công suất khácao. Đa số laser diode phát xạ trong vùng1300 nmcó
công suất thấp và khôngcó sự nguyhại nghiêm trọng trừ khichùm tia trực tiếp đi
vào mắt trong thời giandài. Cácchùm laser diodekhông chuẩn trực và cácchùm ló
ra khỏi sợi quangbị phânkì nhanh chóng, mang lại một mức độ an toàn.Kính bảo
hộ an toàn phải đượcdùngvới chùmlaser côngsuất cao nếu như phát xạ không
hoàn toàn đượcchứa bên trong sợi quang. Để làm thẳnghàng chùm tia hồngngoại
gần trong quangcụ trong lúc đeokínhbảo hộ khóa hồng ngoại, thì màn hình
huỳnh quang hoặc các dụngcụ xemhồng ngoại khác phảiđược sử dụng.Laser
diode hoạt động ở điện thế và dòng điện thấp,và vì vậy thườngkhông cómối hiểm
họa về điện.
Các laserdiode phát xạ tại bước sóng danhnghĩadưới 1100nm chủ yếudựa
trên hợp chất galliumarsenide, và sự phát triển liên tục củacác chất liệumới và
quá trìnhchế tạo đang mở rộng dần phạm vi công suất phát xạ đếnnhững bước
sóng ngày càng ngắn. Với nhữngngoại lệ nhất định, diodelaservề cơ bảnyêu cầu
cùng mức độ đề phòng như các loại laserkhác hoạt độngtrong vùngbước sóng
tương ứng vàtại mức côngsuất tương đương. Như đã nói ở phần trước,một nhân
tố làm hạn chế mối nguy hạitiềm tàng trongmột số trường hợp làsự phânkì cao
của chùmlaserdiode,làm phânbố côngsuất chùm tiatrên một diện tích rộng
trong vòngmột cự li ngắntính từ mặt phát xạ của chất bán dẫn. Tuynhiên, khimột
ứng dụngyêu cầu thêm sự hội tụ quang,hoặc một số phươngpháp chuẩn trực
khác,thì nhân tố này bị phủ nhận. Laserdiodedựa trên hệ indium-gallium-nhôm-
phosphorus(InGaAlP)đang đượcsử dụng, phátra bức xạ 635 nmở mứcmiliwatt,
và những lasernày yêu cầu đề phòng antoàn tương tự như đối với laserhelium-
neon cócùng côngsuất. Nhữngbiến thể laserkhácdựa trên nhữngthành phần
diode tương tự phát xạ tại bướcsóng 660hoặc 670 nm, và mặcdù phản ứngkhó

chịu tự nhiên của mắt manglại một số sự bảo vệ, nhưngmắt hầu như không nhạy
với nhữngbướcsóng này như đối với bứcxạ 635nm, vàviệc sử dụng kínhbảohộ
an toàn là cần thiết. Phải thận trọngnhằm đảmbảo sự hấp thụ trọnvẹn ở những
bướcsóng thích hợp, vìkínhbảo hộ được thiết kế để bảo vệ mắt tại những bước
sóng dài hơncó thể không hiệu quả tại 660hoặc 670 nm.
Các kết cấu gallium-nhôm-arsenide (GaAlAs)đa dạng được sử dụng để chế
tạo laserdiode có bước sóngphát xạ từ 750đến gần 900 nm. Vì độ nhạy hạn chế
của mắt tại 750nm (một độ nhạy yếuvới ánh sángđỏ là có thể), và hoàn toàn
thiếucảm giác tại những bước sóngdài hơn, nênnhững lasercó mứcnguy hại cho
mắtlớnhơn các laseránh sángkhả kiến.Côngsuất lớn hơnnhiều sử dụng trong
diode laserphát xạ trong vùngnày (lên tới vài watttrong dãy diode)có thể làm
tổn hại mắtsau một sự phơi sáng ngắn ngủi.Vì chùm tiakhôngnhìn thấy, nên
phản ứng khóchịu của mắt không xảyra, và kính bảo hộ phải đượcsử dụng,nhất
là với laser côngsuất cao. Lại cònsự phátxạ bước sóng dài hơn (980nm) bởilaser
indium-gallium-arsenide(InGaAs),và kínhbảo hộ được chứngnhận làm suyyếu
bức xạ 980nm được dùng,thì một lầnnữa do sự nguyhiểm củabức xạ không nhìn
thấytình cờ được phép đi vào mắt.
Tóm lại, các nguy hại chính liên quantới việcsử dụng laser trong bất kì ứng
dụngnào là sự rủiro gây thươngtổn cho mắt và dado tiếp xúcvới chùm tia, và
mốihiểmhọa về điện có mặt bởi điện thế cao trong laser.Việc đo đạc là cần thiết
để tránhphơi sáng trướcchùm tia (đặc biệt làmắt), và không có gì đảmbảo cả nên
việc đeo kínhbảo vệ mắt là cần thiết. Bốn nhântố quan trọng trong việclựa chọn
kính bảo hộ hoặc các bộ lọc chặnchùm tia khác, đó là: bướcsóng laser,chùm tia
dạng xunghay liên tục, loại môi trường laser (chất khí, chất bán dẫn,…), và công
suất phát laser.
Có những hiểm họakhác ngoài chùmtia lasertrong việc sử dụnglaser, một
số trong đó có liên quantới nhữngứng dụng hiển vi, và nhữngnguy hại khác
khôngchắn chắnsẽ có. Trong nhiều ứngdụng công nghiệp, laser đượcdùng để
thực hiện tiếntrình cắt và hàn, và đunnóngcó thể làm phát ra hơi khói độc hại,
chúng phảiđược loại bỏ an toàn khỏimôi trường làmviệc. Loại nguyhiểm này có

với laserdùng trongkính hiểnvi quang học, nhưng cácvấn đề an toàn khácphải
được xét tới. Trong hệ bơm bằng đènflash, hiểm họa nổ tiềm tàng có mặt do việc
thiết lậpáp suất cao bêntrong ống flash. Thiết bị bọc ngoài phải đượcthiết kế và
duy trì để chứa các mảnh củađèn nếu loại nổ này xảy ra. Cácchất khíđông đặc,
như nitrogenlỏng hoặc heliumlỏng,có thể được dùng làm lạnhlaser (ví dụ laser
ruby hoặc tinh thể neodymium)và da trần là đối tượngbị tổnthương cháynếu
như tiếp xúc với chất lỏng lạnh.Nếu như lượng đáng kể chất khí đôngđặc thông
vào mộtphòng kínhoặc một không gian giới hạn khác, chúng cókhả năng chiếm
chỗ khôngkhí trong phòng và tạo rabầu không khí thiếu oxygen.Mối nguy hại về
điện đi cùng với thiết bị laser đã được thảo luận ở trên, nhưng không thể không
nhấnmạnh một lần nữa, vì thực tế là các vỏ bao thiết bị, thường bảo vệ người dùng
khỏi dòngđiện, lắm khi được tháo dỡ trong khi lắp đặt, canh chỉnh,bảo dưỡng và
giữ gìnlaser. Mộtsố loại laser(nhất làloại IV) có mối nguyhạivề lửa nếu như
chùmtia tiếp xúc với các chấtdễ cháy, vàcác chất chốngcháy phải được sử dụng ở
những nơi nào màchùm tia có khả năng rọi tới.
Trongđa số các phòng thí nghiệm thuộc trườngđại học và chínhphủ, cũng
như trong các môi trườngcông nghiệp và đoàn hội khác, một khuôn khổ chính
thức tồn tại trong việc quảnlí các thủ tục an toàn phải đượctuân thủ trongcác
hoạt động có khả nănggây nguy hiểm, baogồm cả việc sử dụng laser.Nguyên tắc
chung vạch ra trong bài này không phải làcó định thaythế những yêu cầu đặcbiệt
cho cánhân an toàn trongtình huốnglàm việc riêng lẻ. Thông thường thì một văn
phòngan toàn môi trườngđịa phươngsẽ chuẩnbị công bố các thủ tụcđượctuân
thủ dưới sự chỉ đạo củamột viên chức an toàn laser, hoặc mộtngười chịutrách
nhiệmđào tạo và thực thicác thủ tục antoàn thích hợp trong cơ quancó thiết bị
đó, và bất kìngười dùng laser nào cũng phải chắc chắn rằng các thủ tục an toàn đã
được tuân thủ.Đây là điều mấuchốt, không chỉ ngăn ngừa sự thương tổn không có
khả năng hồi phục cho ngườidùng laser,mà còn bảovệ kháchkhứa hoặcnhững
người kháccó thể tìnhcờ trở thànhđối tượngbị tổn hại bởi thiết bị laser.