ANSI Z136 雷射安全使用要求與測試程序

美國國家標準協會 (ANSI) 制定的 ANSI Z136 系列標準包括雷射安全使用的要求和測試程序。

《ANSI Z136.1 美國國家雷射安全使用標準》是基礎性橫向標準。雷射安全程序對危害評估、分類（1 類、1M 類、2 類、2M 類、3R 類、3B 類、4 類）、最大允許照射量、控制措施、非輻射危害以及類似問題提供了一般性要求。所有其他 ANSI Z136 標準均參考或基於本標準。

其他 ANSI Z136 標準為專業（垂直）標準。這些標準適用於特定環境或應用，通常在其特定範圍內優先於 ANSI Z136.1 標準。

ANSI Z136 標準由以下幾個子章節組成：

• ANSI Z136.1《雷射器安全操作》標準描述了工作波長在180奈米至1000微米之間的雷射器的安全操作建議指南。該標準規定了雷射器的使用環境以及光束路徑周圍的環境。

如今，雷射技術已在全球各行各業廣泛應用。雖然雷射加工過程中可能造成的材料損傷是一個重要的考慮因素，但最主要的擔憂還是操作設備人員的安全隱患。

ANSI Z136.1 標準為波長介於 180 nm 至 1000 μm（1 mm）之間的雷射和雷射系統的安全使用提供了全面的建議。該標準在重點保護人們免受雷射輻射相關危害的同時，也涵蓋了非輻射危害。

該標準適用於工業、醫療、科研、教育、軍事和戶外雷射應用。它被美國職業安全與健康管理局 (OSHA) 廣泛認可，並成為雷射安全計劃的事實基準。

此標準最重要的貢獻之一是基於雷射對眼睛或皮膚造成生物損傷的可能性而建立的七級雷射分類系統：

• 1 類在所有正常情況下都是安全的（無危險）。
• 除非使用光學儀器（例如放大鏡）觀察，否則 1M 等級是安全的。
• 2 類可見雷射通常透過迴避反應（眨眼反射）來保護眼睛。
• 2M 類與 2 類相同，但用光學儀器觀察時很危險。
• 3R 類：直視造成的傷害風險低，眼部受傷風險小。
• 3B 類：透過直接或鏡面反射進行的視覺是危險的；漫反射通常是安全的。
• 4 類雷射是高功率雷射器，可能造成眼睛和皮膚損傷、火災隱患以及危險的散射反射。

此分類根據每種雷射器造成生物損害的可能性進行分類。 1 類雷射器無需任何控制措施，因為它們不會造成危害；而 4 類雷射則需要嚴格的控制措施，以降低眼睛或皮膚暴露的風險。標準中詳細列出了每類雷射的具體控制措施。

• ANSI Z136.2 標準「使用雷射二極體和 LED 光源的光纖通訊系統的安全操作」為使用波長在 0,6 毫米至 1 毫米之間的雷射二極體或發光二極管的光通訊系統的安全操作、維護、維修和安裝提供了指導。

光通訊系統包括端對端光纖連結、固定地面點對點自由空間連結或二者的組合。本標準旨在供端到端系統安裝人員以及可能在存取不受控制、受控或受限的情況下與這些系統互動的服務、維護和其他人員使用。它為光能可存取且光源參數不確定或不受使用者控制的系統提供詳細的安全資訊。

本標準包含適用於特定危險等級（光纖連接）和接取等級（自由空間連接）的控制措施。大多數評估可以透過分析方法進行，附錄中提供了一些代表性的危險評估範例。

本標準主要針對兩種類型的系統：

• 光纖通訊系統：端對端光纖連接。
• 自由空間光通訊系統：固定地面點對點連結（或結合兩者的混合系統）。

與傳統雷射不同，光纖系統通常採用封閉式設計，在正常情況下作為1類（本質安全）設備運作。然而，在維修、維護、安裝或光纖斷開時（此時存在可接觸的光輻射），則會產生危險。

光纖網路正在快速發展。技術人員經常在不受控制的環境中操作帶電或可能帶電的光纖。 ANSI Z136.2 標準有助於防止因不可見的紅外線雷射輻射而造成的眼部損傷，這種損傷在光纖熔接或測試過程中是一個不容忽視的風險。

• ANSI Z136.3《醫療保健領域雷射安全使用》標準為醫療保健領域的雷射應用提供指導，適用於波長介於180奈米至1000微米之間的雷射（雷射輻射），涵蓋紫外線、可見光和紅外線電磁波譜區域。該標準規定了保護所有可能接觸雷射輻射人員的具體程序，並有助於建立促進醫療保健領域雷射系統安全使用的方案。

本標準適用於所有將醫療保健雷射系統用作醫療器材的場所。這包括醫院、門診手術中心、個人醫療、牙科和獸醫診所，以及美容院和水療中心等非醫療場所。

醫療雷射系統包括用於引導雷射輸出的分配系統、具有雷射控制和校準功能的電源、保護外殼以及相關的液體和氣體。

醫用雷射每天用於數千例手術。其潛在風險包括眼部損傷、皮膚灼傷、手術火災、吸入雷射煙霧（可能含有病毒和致癌物質）以及觸電風險。本標準旨在透過規範化的控制措施、訓練和監督，幫助醫療機構預防這些事故的發生。

該標準是醫療保健領域雷射安全的黃金標準。遵守該標準可保護患者和工作人員，降低責任風險，並確保醫用雷射的安全有效使用。

• ANSI Z136.4 雷射安全測量標準為與雷射安全要求相關的光學測量提供了指導。光學測量是指對物體發射或反射的光，或穿過介質的光的強度、光譜分佈、偏振或其他特性進行檢測。此標準規定，為確保光學測量的成功，光束必須與其路徑中的每個元件（包括光闌、透鏡、楔形片、濾光片、反射鏡、光束阻尼器和偵測器）正確對準。

此外，該標準專門針對雷射輸出光束相關參數的測量，這些參數是獲得分類或危害評估計算所需量值所必需的。評估過程包括將測得的暴露量與 ANSI Z136.1 標準中規定的最大允許暴露量進行比較，該標準基於直接、反射或散射雷射光束對眼睛或皮膚造成生物損傷的能力。

本標準詳細指導如何對雷射光束進行光學測量，這些測量對於評估危害和根據 ANSI Z136.1 標準對雷射進行分類至關重要。本標準涵蓋確定以下基本參數所需的測量：

• 功率或能量輸出
• 輻射強度或輻射暴露
• 梁直徑和撓度
• 脈衝特性（適用於脈衝雷射）
• 波長和光譜分佈

這些測量數據對於以下目的是必要的：

• 確定正確的雷射分類。
• 計算最大允許暴露水準。
• 界定名義危險區域。
• 可實現排放限值的評估。

此標準適用於波長在 180 奈米至 1 毫米（紫外線到遠紅外線）之間的雷射。

本標準為精確的雷射危害評估提供了技術基礎。雖然它比其他 Z136 標準更具體、更側重於測量，但對於任何希望對雷射器進行分類、計算標稱危害區域或可靠地驗證安全控制措施的人員來說，它都是必不可少的。正確應用此建議做法有助於彌合理論安全限值與實際雷射性能之間的差距。

• ANSI Z136.5《教育機構雷射安全使用標準》旨在解決教育環境中可能出現的雷射安全問題和情況。該標準並未取代 ANSI Z136.1 標準，後者對於全面理解雷射安全員的職責和雷射危害評估至關重要。可能使用雷射的教育場所包括教學實驗室、教室、階梯教室、科學展覽、博物館以及校內外的學生專案。該標準適用於小學、中學和大學階段使用雷射的教師和學生，但不包括研究生科研實驗室。關注的波長範圍包括電磁波譜的紫外線 (UV)、可見光和紅外線 (IR) 區域，具體而言，波長範圍為 180 奈米 (nm) 至 1 毫米 (mm)。

簡而言之，本標準針對教學和演示環境中特有的雷射安全問題。它涵蓋了在教室、實驗室、科學展覽和學校演示中安全使用雷射和雷射系統，並特別強調以下幾點：

• 學生安全
• 教師培訓
• 簡化控制措施，以適應教育預算和環境。
• 利用雷射技術防止受傷，同時促進實務學習。

此標準適用於波長在 180 奈米至 1 毫米之間的雷射器，主要針對教育領域常用的低功率至中功率雷射（1 類、2 類、3R 類和部分 3B 類）。

• ANSI Z136.6「戶外區域雷射安全使用」標準規定了戶外使用雷射或雷射系統的設計者、使用者和操作者的指導方針，其應用範圍廣泛，包括雷射燈光秀、戶外科學研究中使用的雷射以及軍用雷射。

戶外使用光激發發射技術最令人擔憂的問題之一是，雷射光束可以自由傳播，而不會像在室內那樣受到阻礙雷射擴散的障礙物的影響。雷射光束的衍射會導致其傳播距離更遠，從而對更多人群構成危險。本標準也考慮了大氣效應對僅在戶外使用雷射的影響。例如，溫度變化引起的閃爍會導致光束能量分佈發生變化，而氣溶膠引起的衰減則會改變光束的波長。

本標準旨在應對戶外雷射應用的獨特挑戰，例如大氣傳播距離長、公眾使用不可預測、天氣狀況以及航空安全等因素會顯著增加風險。本標準涵蓋波長範圍為 180 nm 至 1 mm（紫外線至遠紅外線）的雷射。

主要應用領域有：

• 雷射燈光秀和娛樂螢幕
• 施工、測量和校準
• 科學研究（例如，大氣雷射雷達、天文學）
• 軍事和國防應用
• 戶外通訊和距離測定。
• 自由場光學系統

該標準強調不僅要保護操作人員，還要保護公眾、飛機和敏感接收器（例如天文台）。

戶外雷射可能在很遠的距離造成危險。高功率的4級雷射照射範圍可達數公里。常見風險包括：

• 平民或飛行員的眼部損傷
• 機組人員可能出現注意力分散或暫時失明的情況
• 精密光學設備（例如天文望遠鏡）的損壞

此標準有助於各組織實施適當的管控措施，同時支援有價值的戶外雷射應用。對於必須遵守該標準和美國聯邦航空管理局 (FAA) 空域許可規定的雷射表演製作人而言，這一點尤其重要。

• ANSI Z136.7《雷射防護設備測試標準》針對波長介於180 nm至106 nm之間的雷射和雷射系統，提供了雷射防護材料和防護設備（例如護目鏡、防護屏障、防護簾、濾光片和防護窗）的測試和標籤建議。鑑於目前普遍認為人眼比皮膚更容易受到傷害，因此確保對雷射防護眼鏡（例如吸收型、干涉/反射型和混合型濾光技術）進行充分測試至關重要。

本標準提供測試程序，以確保雷射防護材料和設備在其整個使用壽命期間保持規定的防護等級。這些防護裝置包括雷射眼防護裝置或儀器濾光片、雷射窗口濾光片以及雷射場防護屏障、屏蔽屏或光束阻擋簾。根據防護裝置、雷射類型、瞬態工作模式和波長的不同，可能需要不同的測試方法。本標準旨在為雷射和雷射系統眼防護的裝置的測試方法、規程和規範提供合理且充分的指導。

簡而言之，本標準為製造商、檢測實驗室和使用者提供了雷射防護材料和設備評估與標籤的明確建議。本標準涵蓋以下內容：

• 雷射防護眼鏡
• 屏障和簾幕
• 視窗和過濾器
• 其他防護材料

本標準適用於波長範圍在 180 nm 至 1000 μm 之間的雷射。它強調嚴格的測試，以確保設備在其整個使用壽命期間保持規定的防護等級。本標準的主要限制包括：

• 對於光密度大於 7 的高能量雷射器，個人防護裝備不在承保範圍內。
• 對於脈衝功率極高或連續波功率極高的雷射來說，這可能還不夠。

該標準在雷射安全系統中發揮著至關重要的作用，它確保防護設備經過可靠的測試並貼有清晰的標籤。在雷射應用日益強大且種類繁多的時代，該標準有助於維護人們對保護眼睛（人體最脆弱的部位）設備的信心。

• ANSI Z136.8《雷射在研究和測試中的安全使用》標準為使用者提供指導和建議，以確保主要用於室內環境的研究、開發或測試的雷射和雷射系統的安全使用。此標準適用於工作波長在180奈米紫外線（UV）和1000微米紅外線（IR）之間的雷射/雷射系統。

測試環境可能與正常的雷射操作有所不同，並且可能需要接觸高於指定雷射等級可達到的輻射限值的雷射輻射水平。考慮到這些因素，安全主要透過根據雷射的相對危險性對其進行分類，然後根據這些危險性和操作條件確定控制措施來確保。

該標準旨在應對與工業或臨床環境不同的挑戰：

• 實驗裝置的頻繁變更
• 開放光線路徑
• 定製或自製雷射系統
• 臨時或不斷變化的配置
• 高功率或新型雷射技術

本標準主要適用於室內環境，但也包含受控室外實驗的相關規定。它以 ANSI Z136.1 標準為基礎並對其進行補充，同時提供了更靈活、更實用的方法，更適合研發用途。

研究實驗室經常在非常規配置中使用 3D 和 4 類雷射。常見風險包括對準過程中眼睛暴露、意外光束反射以及改裝系統中控制不足。本標準透過提供切實可行的彈性要求，幫助機構在進行前沿研究的同時兼顧安全。本標準被廣泛採用於：

• 大學物理系、化學系及工程系
• 國家實驗室
• 專用研發設施
• 國家研究機構

本標準為在製造和工業環境中安全使用雷射和雷射系統提供實用且行業特定的指導。本標準涵蓋波長介於 180 nm 至 1 mm²（紫外線至遠紅外線）之間的雷射器，適用於以下製程：

• 材料加工（切割、焊接、鑽孔、打標、雕刻）
• 雷射對準、調平和計量。
• 製造和組裝
• 機器視覺與控制
• 庫存控制和自動化系統

該標準旨在應對製造環境的獨特挑戰，包括大量生產、自動化機械、與機器人系統的整合以及非雷射工業危害的存在。

該標準仍然是製造業雷射安全領域的基本參考標準。它將雷射安全的整體原則轉化為切實可行的、以生產為導向的要求，既保障了工人安全，也提高了生產效率。對於任何在工業加工或自動化中使用雷射的工廠而言，該標準都是建立健全且合規的雷射安全方案的必備工具。該標準的指導原則對現代智慧工廠和先進製造業仍然具有重要意義。

• 《ANSI Z136.910 娛樂、展示和展覽場所雷射安全使用標準》是雷射安全系列標準中最新制定的標準。與該系列其他已發布的標準不同，該標準尚未作為最終標準發布，目前仍在製定中。該標準旨在為以下領域雷射和雷射系統的安全使用提供實用且針對特定應用的指導：
  • 雷射燈光秀及娛樂演出
  • 建築和藝術展覽
  • 貿易展覽會、展覽會和促銷活動
  • 主題場所、夜總會、音樂會和節慶。
  • 戶外和室內顯示應用

本標準旨在應對以下環境特有的挑戰：

• 動態的、移動的光線和掃描圖案
• 大量人群（通常未經雷射安全訓練）
• 臨時安裝和頻繁的設備更換。
• 音樂與煙霧、薄霧和舞台效果相互作用。
• 與場地工作人員、表演者和相關部門（例如，戶外表演需與美國聯邦航空管理局協調）進行協調

該標準涵蓋波長在 180 奈米至 1 毫米之間的雷射器，尤其側重於娛樂業廣泛使用的 3B 類和 4 類雷射。

該標準為在演出和展覽中安全、創造性地使用雷射提供了急需的專業指南。

多年來，憑藉我們經驗豐富的專業團隊，我們始終專注於客戶需求，提供先進的測試服務，並協助客戶建立、實施和改進管理系統。在此框架下，我們也提供符合ANSI Z136標準的測試服務。