ANSI Z136 激光安全使用要求和测试程序

美国国家标准协会 (ANSI) 制定的 ANSI Z136 系列标准包括激光安全使用的要求和测试程序。

《ANSI Z136.1 美国国家激光安全使用标准》是基础性横向标准。激光安全程序对危害评估、分类（1 类、1M 类、2 类、2M 类、3R 类、3B 类、4 类）、最大允许照射量、控制措施、非辐射危害以及类似问题提供了一般性要求。所有其他 ANSI Z136 标准均参考或基于本标准。

其他 ANSI Z136 标准是专业（垂直）标准。这些标准适用于特定环境或应用，并且通常在其特定范围内优先于 ANSI Z136.1 标准。

ANSI Z136 标准由以下几个子章节组成：

• ANSI Z136.1《激光器安全操作》标准描述了工作波长在180纳米至1000微米之间的激光器的安全操作建议指南。该标准规定了激光器的使用环境以及光束路径周围的环境。

如今，激光技术已在全球各行各业得到广泛应用。虽然激光加工过程中可能造成的材料损伤是一个重要的考虑因素，但最主要的担忧还是操作设备人员的安全隐患。

ANSI Z136.1 标准为波长介于 180 nm 至 1000 μm（1 mm）之间的激光器和激光系统的安全使用提供了全面的建议。该标准在重点保护人们免受激光辐射相关危害的同时，也涵盖了非辐射危害。

该标准适用于工业、医疗、科研、教育、军事和户外激光应用。它被美国职业安全与健康管理局 (OSHA) 广泛认可，并成为激光安全计划的事实基准。

该标准最重要的贡献之一是基于激光对眼睛或皮肤造成生物损伤的可能性而建立的七级激光分类系统：

• 1 类在所有正常情况下都是安全的（无危险）。
• 除非使用光学仪器（例如放大镜）观察，否则 1M 级是安全的。
• 2 类可见激光通常通过回避反应（眨眼反射）来保护眼睛。
• 2M 类与 2 类相同，但用光学仪器观察时很危险。
• 3R 类：直视造成的伤害风险低，眼部受伤风险小。
• 3B 类：通过直接或镜面反射进行的视觉是危险的；漫反射通常是安全的。
• 4 类激光器是高功率激光器，可能造成眼睛和皮肤损伤、火灾隐患以及危险的散射反射。

该分类根据每种激光器造成生物损害的可能性进行分类。1 类激光器无需任何控制措施，因为它们不会造成危害；而 4 类激光器则需要严格的控制措施，以降低眼睛或皮肤暴露的风险。标准中详细列出了每类激光器的具体控制措施。

• ANSI Z136.2 标准“使用激光二极管和 LED 光源的光纤通信系统的安全使用”为使用波长在 0,6 毫米至 1 毫米之间的激光二极管或发光二极管的光通信系统的安全使用、维护、维修和安装提供了指导。

光通信系统包括端到端光纤链路、固定地面点对点自由空间链路或二者的组合。本标准旨在供端到端系统安装人员以及可能在访问不受控制、受控制或受限的情况下与这些系统交互的服务、维护和其他人员使用。它为光能可访问且光源参数不确定或不受用户控制的系统提供详细的安全信息。

本标准包含适用于特定危险等级（光纤连接）和接入等级（自由空间连接）的控制措施。大多数评估可以通过分析方法进行，附录中提供了一些具有代表性的危险评估示例。

本标准主要针对两种类型的系统：

• 光纤通信系统：端到端光纤连接。
• 自由空间光通信系统：固定地面点对点链路（或结合两者的混合系统）。

与传统激光器不同，光纤系统通常采用封闭式设计，在正常情况下作为1类（本质安全）设备运行。然而，在维修、维护、安装或光纤断开时（此时存在可接触的光辐射），则会产生危险。

光纤网络正在快速发展。技术人员经常在不受控制的环境中操作带电或可能带电的光纤。ANSI Z136.2 标准有助于防止因不可见的红外激光辐射而造成的眼部损伤，这种损伤在光纤熔接或测试过程中是一个不容忽视的风险。

• ANSI Z136.3《医疗保健领域激光安全使用》标准为医疗保健领域的激光应用提供指导，适用于波长介于180纳米至1000微米之间的激光（激光辐射），涵盖紫外、可见光和红外电磁波谱区域。该标准规定了保护所有可能接触激光辐射人员的具体程序，并有助于建立促进医疗保健领域激光系统安全使用的方案。

本标准适用于所有将医疗保健激光系统用作医疗器械的场所。这包括医院、门诊手术中心、个体医疗、牙科和兽医诊所，以及美容院和水疗中心等非医疗场所。

医疗激光系统包括用于引导激光输出的分配系统、带有激光控制和校准功能的电源、保护外壳以及相关的液体和气体。

医用激光每天用于数千例手术。其潜在风险包括眼​​部损伤、皮肤灼伤、手术火灾、吸入激光烟雾（可能含有病毒和致癌物）以及触电风险。本标准旨在通过规范化的控制措施、培训和监督，帮助医疗机构预防这些事故的发生。

该标准是医疗保健领域激光安全方面的黄金标准。遵守该标准可保护患者和工作人员，降低责任风险，并确保医用激光的安全有效使用。

• ANSI Z136.4 激光安全测量标准为与激光安全要求相关的光学测量提供了指导。光学测量是指对物体发射或反射的光，或穿过介质的光的强度、光谱分布、偏振或其他特性进行检测。该标准规定，为确保光学测量的成功，光束必须与其路径中的每个元件（包括光阑、透镜、楔形片、滤光片、反射镜、光束阻尼器和探测器）正确对准。

此外，该标准专门针对激光输出光束相关参数的测量，这些参数是获得分类或危害评估计算所需量值所必需的。评估过程包括将测得的暴露量与 ANSI Z136.1 标准中规定的最大允许暴露量进行比较，该标准基于直接、反射或散射激光束对眼睛或皮肤造成生物损伤的能力。

本标准详细指导如何对激光束进行光学测量，这些测量对于评估危害和根据 ANSI Z136.1 标准对激光器进行分类至关重要。本标准涵盖确定以下基本参数所需的测量：

• 功率或能量输出
• 辐射强度或辐射暴露
• 梁直径和挠度
• 脉冲特性（适用于脉冲激光器）
• 波长和光谱分布

这些测量数据对于以下目的而言是必要的：

• 确定正确的激光分类。
• 计算最大允许暴露水平。
• 界定名义危险区域。
• 可实现排放限值的评估。

该标准适用于波长在 180 纳米至 1 毫米（紫外到远红外）之间的激光器。

本标准为精确的激光危害评估提供了技术基础。虽然它比其他 Z136 标准更具体、更侧重于测量，但对于任何希望对激光器进行分类、计算标称危害区域或可靠地验证安全控制措施的人员来说，它都是必不可少的。正确应用此推荐做法有助于弥合理论安全限值与实际激光器性能之间的差距。

• ANSI Z136.5《教育机构激光安全使用标准》旨在解决教育环境中可能出现的激光安全问题和情况。该标准并不取代 ANSI Z136.1 标准，后者对于全面理解激光安全员的职责和激光危害评估至关重要。可能使用激光的教育场所包括教学实验室、教室、阶梯教室、科学展览、博物馆以及校内外的学生项目。该标准适用于小学、中学和大学阶段使用激光的教师和学生，但不包括研究生科研实验室。关注的波长范围包括电磁波谱的紫外 (UV)、可见光和红外 (IR) 区域，具体而言，波长范围为 180 纳米 (nm) 至 1 毫米 (mm)。

简而言之，本标准针对教学和演示环境中特有的激光安全问题。它涵盖了在教室、实验室、科学展览和学校演示中安全使用激光器和激光系统，并特别强调以下几点：

• 学生安全
• 教师培训
• 简化控制措施，以适应教育预算和环境。
• 利用激光技术促进实践学习，同时防止受伤。

该标准适用于波长在 180 纳米至 1 毫米之间的激光器，主要针对教育中常用的低功率至中功率激光器（1 类、2 类、3R 类和一些 3B 类）。

• ANSI Z136.6“户外区域激光安全使用”标准规定了户外使用激光或激光系统的设计者、用户和操作者的指导方针，其应用范围广泛，包括激光灯光秀、户外科学研究中使用的激光以及军用激光。

户外使用光激发发射技术最令人担忧的问题之一是，激光束可以自由传播，而不会像在室内那样受到阻碍激光扩散的障碍物的影响。激光束的衍射会导致其传播距离更远，从而对更多人群构成危险。本标准还考虑了大气效应对仅在户外使用激光器的影响。例如，温度变化引起的闪烁会导致光束能量分布发生变化，而气溶胶引起的衰减则会改变光束的波长。

本标准旨在应对户外激光应用的独特挑战，例如大气传播距离长、公众使用不可预测、天气状况以及航空安全等因素会显著增加风险。本标准涵盖波长范围为 180 nm 至 1 mm（紫外至远红外）的激光器。

主要应用领域有：

• 激光灯光秀和娱乐屏幕
• 施工、测量和校准
• 科学研究（例如，大气激光雷达、天文学）
• 军事和国防应用
• 户外通信和距离测定。
• 自由场光学系统

该标准强调不仅要保护操作人员，还要保护公众、飞机和敏感接收器（例如天文台）。

户外激光可能在很远的距离造成危险。高功率的4级激光照射范围可达数公里。常见风险包括：

• 平民或飞行员的眼部损伤
• 机组人员可能出现注意力分散或暂时失明的情况
• 对精密光学设备（例如天文望远镜）的损坏

该标准有助于各组织实施适当的管控措施，同时支持有价值的户外激光应用。对于必须遵守该标准和美国联邦航空管理局 (FAA) 空域许可规定的激光表演制作方而言，这一点尤为重要。

• ANSI Z136.7《激光防护设备测试标准》针对波长介于180 nm至106 nm之间的激光器和激光系统，提供了激光防护材料和防护设备（例如护目镜、防护屏障、防护帘、滤光片和防护窗）的测试和标签建议。鉴于目前普遍认为人眼比皮肤更容易受到伤害，因此确保对激光防护眼镜（例如吸收型、干涉/反射型和混合型滤光技术）进行充分测试至关重要。

本标准提供测试程序，以确保激光防护材料和设备在其整个使用寿命期间保持规定的防护等级。这些防护装置包括激光眼防护装置或仪器滤光片、激光窗口滤光片以及激光场防护屏障、屏蔽屏或光束阻挡帘。根据防护装置、激光器类型、瞬态工作模式和波长的不同，可能需要不同的测试方法。本标准旨在为用于激光和激光系统眼防护的装置的测试方法、规程和规范提供合理且充分的指导。

简而言之，本标准为制造商、检测实验室和用户提供了关于激光防护材料和设备评估与标签的明确建议。本标准涵盖以下内容：

• 激光防护眼镜
• 屏障和帘幕
• 窗口和过滤器
• 其他防护材料

本标准适用于波长范围在 180 nm 至 1000 μm 之间的激光器。它强调严格的测试，以确保设备在其整个使用寿命期间保持规定的防护等级。本标准的主要局限性包括：

• 对于光密度大于 7 的高能激光器，个人防护装备不在承保范围内。
• 对于脉冲功率极高或连续波功率极高的激光器来说，这可能还不够。

该标准在激光安全体系中发挥着至关重要的作用，它确保防护设备经过可靠的测试并贴有清晰的标签。在激光应用日益强大且种类繁多的时代，该标准有助于维护人们对保护眼睛（人体最脆弱的部位）设备的信心。

• ANSI Z136.8《激光在研究和测试中的安全使用》标准为用户提供指导和建议，以确保主要用于室内环境的研究、开发或测试的激光器和激光系统的安全使用。该标准适用于工作波长在180纳米紫外（UV）和1000微米红外（IR）之间的激光器/激光系统。

测试环境可能与正常的激光操作有所不同，并且可能需要接触高于指定激光器等级可达到的辐射限值的激光辐射水平。考虑到这些因素，安全主要通过根据激光器的相对危险性对其进行分类，然后根据这些危险性和操作条件确定控制措施来确保。

该标准旨在应对与工业或临床环境不同的挑战：

• 实验装置的频繁变更
• 开放光线路径
• 定制或自制激光系统
• 临时或不断变化的配置
• 高功率或新型激光技术

本标准主要适用于室内环境，但也包含受控室外实验的相关规定。它以 ANSI Z136.1 标准为基础并对其进行补充，同时提供了更灵活、更实用的方法，更适合研发用途。

研究实验室经常在非常规配置中使用 3D 和 4 类激光器。常见风险包括对准过程中眼睛暴露、意外光束反射以及改装系统中控制不足。本标准通过提供切实可行的灵活要求，帮助机构在开展前沿研究的同时兼顾安全。本标准被广泛采用于：

• 大学物理系、化学系和工程系
• 国家实验室
• 专用研发设施
• 国家研究机构

本标准为在制造和工业环境中安全使用激光器和激光系统提供实用且行业特定的指导。本标准涵盖波长介于 180 nm 至 1 mm²（紫外至远红外）之间的激光器，适用于以下工艺：

• 材料加工（切割、焊接、钻孔、打标、雕刻）
• 激光对准、调平和计量。
• 制造和组装
• 机器视觉与控制
• 库存控制和自动化系统

该标准旨在应对制造环境的独特挑战，包括大批量生产、自动化机械、与机器人系统的集成以及非激光工业危害的存在。

该标准仍然是制造业激光安全领域的基本参考标准。它将激光安全的总体原则转化为切实可行的、以生产为导向的要求，既保障了工人安全，又提高了生产效率。对于任何在工业加工或自动化中使用激光的工厂而言，该标准都是建立健全且合规的激光安全方案的必备工具。该标准的指导原则对现代智能工厂和先进制造业仍然具有重要意义。

• 《ANSI Z136.910 娱乐、展示和展览场所激光安全使用标准》是激光安全系列标准中最新制定的标准。与该系列其他已发布的标准不同，该标准尚未作为最终标准发布，目前仍在制定中。该标准旨在为以下领域激光和激光系统的安全使用提供实用且针对特定应用的指导：
  • 激光灯光秀和娱乐演出
  • 建筑和艺术展览
  • 贸易展览会、展览会和促销活动
  • 主题场所、夜总会、音乐会和节日。
  • 户外和室内显示应用

本标准旨在应对以下环境特有的挑战：

• 动态的、移动的光线和扫描图案
• 大量人群（通常未经激光安全培训）
• 临时安装和频繁的设备更换。
• 音乐与烟雾、薄雾和舞台效果相互作用。
• 与场地工作人员、表演者和有关部门（例如，户外表演需与美国联邦航空管理局协调）进行协调

该标准涵盖波长在 180 纳米至 1 毫米之间的激光器，尤其侧重于娱乐行业广泛使用的 3B 类和 4 类激光器。

该标准为在演出和展览中安全、创造性地使用激光提供了急需的专业指南。

多年来，凭借我们经验丰富的专业团队，我们始终关注客户需求，提供先进的测试服务，并协助客户建立、实施和改进管理体系。在此框架下，我们也提供符合ANSI Z136标准的测试服务。