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福建物构所完成人眼安全拉曼全固态激光器的研制
发布时间:2007-09-20    来源:网络   阅读次数:720 分享到:

 由中国科学院福建物构所林文雄研究员领导的研究小组在国家重大科技计划项目支持下,经过三年多的技术攻关,近期完成了人眼安全自拉曼全固态激光器的研制。该项目采用了“复合异性腔自拉曼结构”等多项单元专利技术和系统集成创新技术,获得了10Hz重频、2ns窄脉冲、31.8mJ能量的1538nm激光输出,该研究水平比国际同类研究提高了近一个数量级,使该系统技术进入实用化阶段。

    上述研究成果发表在Optics Letters(2007,32,1096-1098)上,随即引起国际同行的高度关注,被2007年6月出版的美国Photonics Spectra杂志编委作为特邀专章加以报道(Photonics Spectra是介绍世界光电子行业前沿工作的国际著名杂志)。

附  激光的安全级别

 与其他普通光源不同,激光器产生的激光由于其单色性、相干性、准直性以及高能量密度而更能达到能量集中的效果,从而对人体器官(特别是人眼)造成伤害。对于红外谱区的激光,其对人体的伤害主要是热效应,对蓝光及紫光谱区的激光,其伤害主要是光化学效应。因此,当人眼由于不小心直接面对从激光器或者光纤接头处出射的激光时,就可能对眼睛造成伤害。而如果是紫外激光,就可能导致角膜发炎与白内障。对于目前使用的1550nm激光器,其工作在远红外波段,其主要是对角膜及眼球晶体造成伤害。

在美国,FDA ( Food and Drug Administration ) 属下的 CDRH ( Center for Devices and Radiological Health ) 负责对激光器产品的相关安全指标进行控制。根据其对人身的潜在危险程度,激光器产品被分成四级,并且规定了详细的测试与管理规范。ANSI (American National Standards Institute)也专门制订了两个标准 ( Z136.1,z136.2 )对其使用进行了规范,其中Z136.1是关于激光器的安全使用的标准,Z136.2是关于以LD与LED作为光源的光纤通信系统的安全使用的标准。在美国以外,IEC ( International Electrotechnical Commission ) 在其825号文献中也对激光器的基本安全问题作了要求,与CDRH基本相似。

  根据激光器光辐射的不同,CDEH与IEC把激光器与激光器制品分成四级,其分级的依据是可处理辐射极限AEL ( Accessible emission limit),即AEL是每一级激光器及激光器制品允许的最大辐射。AEL与波长以及在辐射下暴露时间都有关系。

* 第一级:在正常操作情况下,不会产生对人有伤害的光辐射。

* 第二级:其辐射范围在可见光谱区,其AEL值相当于在第一级产品的辐射中暴露0.25秒时的值。该级产品需要附加警告标记,进行安全测试。

* 第三级:分成3a与3b两级。3a级别对于具有对强光正常躲避反应的人来说,不会对裸眼造成伤害,但是对于通过使用透镜仪器进行观察的情况,就会对人眼造成伤害。3b级产品包括在200nm至1000000nm范围内的辐射,如果裸眼直视就会造成意外伤害。对其的管理及控制要比第二级严格。

* 第四级:AEL在第三级以上,不但在直视时会对人眼造成伤害,在其他情况下也会造成以外伤害。不但对眼睛,也可能伤及皮肤,甚至引起火灾。对该类产品要进行严格的管理及控制。

  根据CDRH标准,对于使用1550nm激光器以及单模光纤的光纤通信系统,第一级产品的输出功率应在8.5mW以下,大于500mW就是第四级。根据IEC标准,对于使用1550nm激光器以及单模光纤的光纤通信系统,第一级产品的输出功率应在10mW以下,小于50mW是3级,大于500mW就是第四级。

  在光通信系统中引入光纤放大器之后,由于光纤放大器的输出功率大于一般的半导体激光器,作为激光器产品的一种,其使用的辐射安全性也受到大家的关注。国际电联(ITU-T)在制定光通信系统,特别是使用光纤放大器的系统(如波分复用)的标准时,也考虑到了激光器的安全使用问题,在一些建议如G.691、G.692、G.664、G.957等中,都引入了IEC825的相关定义与说明。

  同时,我们注意到,系统的光安全级别与系统中的器件的安全级别是不一样的。一个设计良好的系统可以很好的避免其器件引起的意外伤害,而一个设计不周的系统可能会使器件对人身的伤害变得更严重。

  因此,国际电联在光通信系统中考虑安全性时除了引用IEC和CDRH相关标准对器件进行相应规范外,更从系统级别对安全性进行了考虑,提出了ALS、APR、APSD等概念。

   人眼安全激光器一般都是固体激光器,使用人工晶体来产生激光,且功率都是mw级别,主要用于科研和医学等。

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