Ochrana zraku při práci s lasery

V poslední době se rozmáhá využívání laserů v široké oblasti oborů včetně domácích dílen a různých hobby aktivit. Spolu s dostupností levných výkonných laserů asijské výroby ale nejde ruku v ruce nutná bezpečnost práce. Uživatelé se tak někdy nevědomky vystavují riziku nenávratného poškození zdraví.

Nedílnou součástí bezpečné práce s lasery a laserovými zařízeními obecně je kvalitní ochrana zraku.

Ačkoliv uživatel zpravidla není vystaven laserovému záření přímo, nebezpečné mohou být i odrazy od různých povrchů, které v případě vysoce reflektivních materiálů dosahují až 90% dopadajícího výkonu. Lidské oko má přirozenou ochranu v podobě tzv. „blink reflexu“ – při silném ozáření oči automaticky zavřeme. Tento reflex však nezabrání trvalému poškození, pokud je výkon dopadajícího záření vysoký (> 1mW) nebo pokud jde o světlo mimo viditelnou oblast (např. infračervené lasery). V takovém případě přichází na řadu použití ochranných brýlí, štítů, oken apod.

Výběr vhodné ochrany závisí na parametrech použitého laseru jako jsou vlnová délka, výkon, průměr svazku či pracovní režim (pulzní / kontinuální). Veškeré ochranné pomůcky přitom musí splňovat evropskou normu známou pod označením ČSN EN 207 a 208. Pouze výrobky splňující tyto normy tedy mohou být označeny jako certifikované.

V laboratoři OptiXs jsme si význam certifikace vyzkoušeli při pokusech s levným infračerveným vláknovým značícím laserem o maximálním výkonu 20 W. Výstupní výkon jsme měřili kvalitním kalibrovaným měřákem světelného výkonu. Porovnávali jsme, jakou ochranu jsou schopny poskytnout 3 druhy ochranných brýlí, které měly být teoreticky vhodné pro použitou vlnovou délku laseru 1064 nm. Ve dvou případech se jednalo o brýle, které záření pohlcovaly (absorpční), a v jednom o brýle, které záření odrážely (reflexní). Pouze jedny z nich – námi prodávané brýle Univet - však byly certifikované. Přehled testovaných brýlí ukazuje také následující tabulka:

Certifikované absorpční (Univet 562 S)	Necertifikované absorpční (neznámý výrobce)	Necertifikované reflexní (neznámý výrobce)
Deklarovaný stupeň ochrany LB 6 pro kontinuální záření o vlnové délce 1064 nm	Brýle dodávané společně se značícím laserem, běžně nabízené s levnými lasery	Brýle zapůjčené uživatelem podobného značícího laseru

Tab. 1: Přehled testovaných ochranných brýlí

U brýlí jsme testovali dvě základní vlastnosti – transmisi (propustnost) pro použitou vlnovou délku při krátkém (~ 1 s) ozáření a chování při delším (20 s) ozáření. Simulovali jsme tím dva časté způsoby, jakým může dojít k poškození oka uživatele – tj. krátký záblesk při manipulaci s laserovým zařízením a dlouhodobé ozáření světlem, proti kterému nás nechrání blink reflex.

První z testů ukázal velmi zarážející fakt, totiž že ochranné brýle dodávané přímo se značícím laserem (tj. necertifikované absorpční) propouští na vlnové délce 1064 nm asi 35% dopadajícího výkonu! Certifikované absorpční a necertifikované reflexní brýle naproti tomu (v rámci přesnosti měření) nepropouštěly žádný detekovatelný výkon.

Detailnější informace o vlastnostech brýlí nám pak poskytlo měření při delším ozáření. Zde jsme měření provedli pro více úrovní výkonu laseru od 1 do 20 W. Množství prošlého záření v průběhu celých 20 sekund jsme zaznamenávali detektorem výkonu umístěným pod brýlemi a zároveň sledovali, jakým způsobem materiál brýlí na laser reaguje – viz fotografie zkušebního uspořádání na Obr.1. (Experimentální uspořádání pro testování ochranných brýlí).

Výsledky našeho měření jsou ilustrovány na grafech na Obr. 2, kde jsou srovnány naměřené hodnoty při dopadajícím výkonu 1 a 10 W. Podívejme se nejprve na chování necertifikovaných absorpčních brýlí (na Obr.2 vyneseno modře). Měření při výkonu 1 W potvrzuje náš předchozí závěr, že tyto brýle propouští asi 35% dopadajícího laserového záření. Zřejmě i díky této relativně nízké absorpci nejevily brýle ani po 20 s žádné známky poškození. Jinak tomu už bylo při desetinásobném výkonu, kdy po cca 5 sekundách začalo docházet k poškození brýlí. Zvýšený rozptyl na roztaveném skle paradoxně množství propouštěného výkonu snížil až k cca 5%, i to je však stále nepřijatelně vysoká hodnota.

Certifikované absorpční i necertifikované reflexní brýle oproti tomu propouštěly zdánlivě zanedbatelné množství výkonu, které v porovnání s necertifikovanými absorpčními brýlemi vypadá v grafech na Obr.2 jako konstantní nula. Bližší pohled na tato data (vložené grafy v černých rámečcích) však i zde odhaluje jisté rozdíly. Necertifikované reflexní brýle nepropouštěly při nižším výkonu prakticky žádné záření, při vyšším výkonu byla ale od prvních chvil měřitelná transmise cca 0.12%. To při vstupním výkonu 10 W odpovídá procházejícímu výkonu cca 12 mW, tedy vysoko nad bezpečnou hranicí. To vše bez viditelných známek poškození. Ani tyto brýle tedy nelze pro použití se značícím laserem doporučit.

Nejlépe v našem testu dopadly certifikované absorpční brýle Univet. Nehledě na použitý výkon vydržely prvních 5 sekund bez měřitelně procházejícího záření. V důsledku vysoké absorpce přitom docházelo u těchto brýlí prakticky okamžitě k viditelnému poškození, které po uplynutí 5 s způsobilo i lehce zvýšenou propustnost dopadajícího záření (zhruba na úrovni necertifikovaných reflexních brýlí). Pozorovaný počáteční úsek 5 s zde není náhodný – přesně tuto dobu totiž musí dle výše zmiňovaných norem ochranné brýle odolat působení kontinuálně pracujícího laseru (za který lze pro účely našich experimentů považovat i námi použitý zapisovací laser). I proto je 5 s hranice v grafech na Obr.2 zvýrazněna přerušovanou červenou čárou.

Obr. 2: Časový vývoj prošlého výkonu přes tři druhy testovaných ochranných brýlí pro dvě úrovně vstupního výkonu značícího laseru (1 a 10 W.)

Závěr z našeho testu je tedy vcelku jednoznačný – bezpečnou ochranu poskytují pouze řádně certifikované brýle. Pouze ty totiž odolaly laserovému záření po předepsanou dobu, která dává uživateli dostatek času na to, aby uhnul z dráhy dopadajícího svazku. Viditelné poškození vznikající na povrchu brýlí od prvních chvil i při malém výkonu přitom dává uživateli dostatečné varování – viz také fotografie zasažených míst na certifikovaných brýlích na Obr.3.

Ani jedny z necertifikovaných brýlí předepsaným normám nevyhovovaly. Zejména u brýlí dodávaných přímo se značícím laserem to může být obzvlášť nebezpečné. U ochranných brýlí navíc nejde pouze o samotná skla ale také o konstrukci obrouček, které musí vykazovat minimálně stejnou odolnost jako skla a měly by chránit i před dopadem laseru pod velkými úhly. Jak je ukázáno na Obr.3, necertifikované reflexní brýle tuto ochranu příliš ohlídanou nemají.

Obr. 3: Ilustrace nekvalitní konstrukce rámečku necertifikovaných reflexních brýlí (vlevo), poškození skla certifikovaných brýlí po 20 s ozáření laserem nastaveným na různé úrovně výkonu (vpravo).

Videa

Necertifikované reflexní (neznámý výrobce)

Necertifikované absorpční (neznámý výrobce)

Certifikované absorpční (Univet 562 S)