Kĩ thuật antoàn laser Độ lợi quang học của mắtngườithư giãn đốivới một chùmtia chuẩn trực cao,là tỉ số củadiện tích con ngươicủamắt vàdiện tích ảnh (hội tụ) trênvõngmạc, là vàobậc 100.000. Con số này tương ứngvới 5bậc độ lớn chiếu sáng tăng từ mặt giác mạc tới võng mạc. Cho phép quang sai trong hệ thủy tinhthể - giác mạc, và nhiễu xạ tại mống mắt, mộtcon mắt hiệu chỉnhtốt cókhả năng hội tụ một đốm sáng 20 micrômét lênvõng mạc. Ýnghĩa củatính hiệu quả nàycủa mắt làngaycả một chùmlaser công suấtthấp, nếu nóchạmtới mắt,cũngcóthể được hội tụ lên võng mạc và nhanhchóngđốt cháy một lỗ ở trong mô,làm phá hỏng vĩnh viễn dây thần kinh thị giác. Trong trường hợp chùm laser đi vào mắt trựctiếp (nhìn trực diện),một chùm 1 mW tạora giá trị độ rọivõng mạc vào bậc 100W/cm 2 . Hãy so sánh, việc nhìn trực tiếp Mặt Trời tạo ra độ rọi tại võngmạc xấp xỉ 10 W/cm 2 . Hình 3 minh họakết quả hội tụ trong mắt đối vớimột nguồn trải rộng, như một bóng đèn thủy tinh thông thường, sovới chùm laserchuẩn trực cao có tính chất thật sự củamột nguồnđiểm.Do sự khác biệtbản chất củacác nguồn sáng,nên mậtđộ côngsuất tại võng mạc đối vớimột chùm laser1 mW hội tụ có thể lớn hơn 1 triệu lần so với mộtbóngđèn 100Wchuẩn.Giả sử một chùmlaser Gausshoàn hảo, trực tiếp đi vào một con mắt không có quang sai,thì kích thước đốmgiới hạn nhiễu xạ có đường kính 2mmtại võng mạc làkhả dĩ, so với đốm hội tụ kích thước vài trămmmđối với nguồn trảirộng. Giá trị độ rọi (mật độ công suất) tương ứng tại võng mạc, như chỉ rõ trong hình 3, xấp xỉ 10 8 và 10 2 W/m 2 . Có thể nghĩ rằng một đốm cháytrên võng mạc đo đượcthậm chí 20mm sẽ khôngánh sáng đáng kể đến thị lực, vì võng mạc chứa hàngtriệu tế bàohìnhnón. Tuy nhiên, các thươngtổn võng mạc thực tế thườnglớn hơn đốm hộitụ cơ bản do các hiệu ứng âm và nhiệt thứ cấp, và tùy thuộc vào vị trí, thậmchí mộtthương tổn cực kì nhỏ đối vớivõng mạc cũngcó thể gây nguyhiểm nghiêm trọng chothị lực. Trongtrường hợpphơi sáng tệ hại nhất, với con mắtthư giãn (hội tụ tại vôcùng) và chùm laser đi vào mắt trực tiếp hoặc từ một sự phản xạ phản chiếu, thìchùm tia được hội tụ đến kíchthướcđốm nhỏ nhất của nó trên võngmạc. Nếu sự phá hủy xảy ra tại nơi dây thần kinhthị giác đi vào mắt thì kếtquả sẽ là sự mất hoàntoàn thị lực. Sự cháyvõng mạc rất thường xảy ratại khuvực nhìn chính giữa, tức điểm vàng, có kích thước ngang chừng2mm và dọc 0,8mm.Vùng chínhgiữacủa điểm vàng, gọi là hốcgiữa, có đường kính chỉ khoảng150 mmvà mang lại sự nhìn sắc nét cao và cảm giác màu sắc. Các vùng võng mạc nằm ngoài khu vực nhỏ xíu này cảm nhận ánh sáng vàphát hiệnchuyển động,cấu thành sự nhìn ngoại biên, nhưng khônggóp phần cho sự nhìn chi tiết. Do đó, sự phá hủy điểm vàng,mặc dù cấu trúc này chỉ chiếm khoảng 3-4% diện tích võng mạc, có thể làm mấttứcthời sự nhìn tốt. Dải bướcsóngtruyền qua các cấutrúcbên ngoài của mắt và đi tớivõngmạc gồm toàn bộ phổ ánh sángkhả kiến từ màu lam (400nm) tới màu đỏ (700nm)và vùng hồng ngoại gầncó bước sóng 700-1400nm(IR-A).Vì võng mạc không phản ứng với bức xạ nằmngoài phổ khả kiến, nên không có cảm giác nàosinh ra trong mắtkhi phơiratrước ánh sáng hồngngoại gần, kếtquả là mang lại sự rủi ro lớn hơnnhiều đối với các laser hoạt động trongvùngphát xạ này. Mặc dù không nhìn thấy,nhưngchùm tiavẫn hội tụ lênvõng mạc. Như đã đề cập ở trên, vìtính hội tụ hiệu quả của mắt, nên mộtlượngtương đốinhỏ bức xạ laser cũngcó thể làm thương tổnvõng mạc, và trongmột số trườnghợp còn gây ra hậu quả thị lực nghiêmtrọng.Laserdạngxungphát ra cường độ cao cóthể gây ra sự xuấthuyết khi hộitụ trong mắt, và sự phá hủy cóthể mở rộng ra khoảng cách lớn tínhtừ khu vực hội tụ. Thương tổnvõng mạcthì không lành,và nói chung là khôngchữa được. Sự hấp thụ trong các bộ phận khác của mắt, chủ yếu là giácmạc và thủytinh thể, làmhạn chế sự phơi sáng cho võng mạc đối với vùng bước sóngtụ của mắt, đó cũng có thể xem là vùng gây nguy hiểm chovõng mạc. Trong quátrình hấp thụ, các cấu trúchấpthụ tự chúng trở thànhđối tượng bị phá hủy. Chỉ mô nàohấp thụ bức xạ,và nhữngmô lân cận tức thời xung quanhnó, là đối tượngbị thương tổn và đa số trường hợp pháhủy gaygắtlà do phơi ra trước bức xạ laser bênngoài vùng bướcsóng 400-1400nmkhông cócác hiệu ứng tồn tạilâu. Giác mạc xử sự giống như da ở chỗ nó chịu sự bồi tiếp liên tục, vàchỉ một sự phá hủyhơigay gắt làm dơ nó cũng có thể có mộtsố ảnh hưởngđến thị lực.Đa số nguyhiểm chogiác mạc là do bứcxạ laser trongvùngphổ hồng ngoại xa và tử ngoại. Vì mứcđộ hội tụ cao xảy ra bên trong mắt, nên việc phơisángtrướcmột chùmlaser kết hợp tương đối yếucóthể gây ra sự phá hủy vĩnhviễn, tứcthời. Bởi vậy, khisử dụng một lasermạnh,mộtsự phản xạ phản chiếu (nhằm duytrì chùm tia kếthợp)chỉ vài phầntrăm,trongmộtphần nhỏ của giây,có khả năng gây ratổn hại cho mắt. Trái lại, khichùm tia laserbị tán xạ bởi sự phảnxạ từ một bề mặt gồ ghề, hoặc thậm chí từ bụi bặm trongkhông khí,thì tia phảnxạ khuếch tán đi vào mắtở góc lớn hơn. Với năng lượngchùmtia trải ratrongmột phạm vi rộng hơn, nên tiaphản xạ có đặc trưng của một nguồn trải rộng, vàtạora ảnh lớn hơn trên võng mạc, so vớisự hội tụ tập trungtạo ra bởi một nguồn điểm (xemhình3). Sự khuếch tán của chùmtia theo kiểu nàylàm giảm nguy cơ phá hỏngmắt, không chỉ bằngviệc làm tăng kích thước nguồnvàlàm giảm mật độ công suất,mà còn phá vỡ sự kết hợp củachùm tia khá tốt. Khả năngphá hỏng mắt cóthể phânloại đối với bước sóng laservà cấu trúc mắtbị ảnh hưởng, với những thương tổnlớnnhất chovõng mạc và gâyra bởi bức xạ trong vùng phổ khả kiến và hồng ngoại gần. Sự cháy nhiệt,sự phá hủy âmhọc, hoặc sự biến đổi quanghóa có khả năngxảy ra tùythuộc vào nănglượng hấpthụ. Các hiệu ứng sinhhọctácđộng lên mô mắt, biểu hiệntrongnhững dải bướcsóng khác nhau, được tóm lượcnhư sau, và đượckê trong bảng 1. Tử ngoại B và C (200-315nm):Bề mặt giác mạchấpthụ mọi ánh sáng tử ngoại trong vùng này, ngăn cản những bướcsóng này đi tới võngmạc. Một dạng sừnghóa (cũng còngọi làchớp sángcủa thợ hàn) có thể để lại qua một quátrình quanghóa làm biến tínhcác proteintrong giác mạc. Ngoài côngsuất laser, bức xạ trong vùng này còn cóthể phátsinh từ ánhsáng bơmlaser, hoặc mộtthànhphần ánh sáng lam từ một tương tácmục tiêu, đòi hỏi phải cảnh báothêm ngoài các cảnh báo bởi chuẩn ANSI, chuẩn chỉ xem xét côngsuất laser. Loại tổnthươngmắt này thườngkhôngtồn tại lâu dosự tái sinh nhanh chóng của các môgiác mạc. Tử ngoại A (315-400nm): Giác mạc và thủy dịch cho truyềnqua vùng bước sóng này, sau đó chúngchủ yếu bị hấp thụ bởi thủytinh thể của mắt. Sự biến tính quanghóa củacác proteincó thể dẫntới bệnh đục nhãn mắt. Ánh sángkhả kiếnvà hồng ngoại A(400-1400nm):Vùngphổ này thường được gọi là vùng gâynguy hiểmcho võngmạc, do trong thựctế giác mạc, thủytinh thể và thủy tinhdịchcủa mắt là trong suốt đối với những bướcsóngnày, và năng lượng ánh sángbị hấp thụ trongvõngmạc. Sự phá hủy võng mạc cóthể xảy ra qua quá trìnhnhiệt hoặc quang hóa.Sự phá hủy quanghóa đối vớicác tế bào cảm quangcủa võng mạc có thể làm giảm lượng ánhsánghoặc cảm giácmàu, và các bướcsóng hồngngoại cóthể gây ra bệnhđục nhãnmắt ớ thủy tinhthể. Thương tổn cókhả năng nhất khinănglượng laser bị hấp thụ đủ là mắt bị cháy nhiệt, trong đó sự hấp thụ ánh sáng bởi cáchạt melaninvà cácbiểumô sắc tố chuyển hóa thành nhiệt. Sự hội tụ bức xạ laserbởi giác mạcvà thủy tinh thể trong dải bước sóng này làm khuếch đại độ rọi lên chừng100.000 lần tại võngmạc. Đối với laser ánh sáng khả kiến công suất tương đốithấp, khả năngthươngtổn sẽ giảm bớt do phản xạ khó chịu (mấtchừng 0,25giây) làmtránh đượcchùm tia sáng chói. Tuy nhiên,nếu năng lượnglaserđể gây raphá hủyngắn hơn 0,25giây, thì cơ chế phòngvệ tự nhiên nàykhônghiệu quả, hoặc không manglạibất cứ sự bảo vệ nào cho dải hồng ngoại gần không nhìn thấy có bước sóng giữa 700và 1400nm.Laser hoạt động ở dạngxung còn có rủi rokhác nữa do khả năngphát sóng gây sốc âm trong mô võngmạc. Các xunglasercó thời gian dưới 10 microgiâygây racác sóng gây sốc làm vỡ mô. Loại thươngtổn nàylà vĩnh viễnvà có thể gay gắt hơn sự cháy nhiệt, vì sự phá hủy âm thườngảnh hưởngtới một vùng rộng hơn của võngmạc, và yêu cầu năng lượng tạora hiệuứng thấp hơn.Bởi vậy, độ phơi sáng cực đại được phép trong các chuẩn điều chỉnh phải giảm xuống đối vớilaser xungngắn. Hồng ngoại Bvà hồng ngoại C (1.400 –1.000.000nm):Ở nhữngbước sóng dài hơn 1400nm,giác mạc hấp thụ năng lượngdo thànhphần nướccủa mô và màng nướcmắt tự nhiên, và sự tăng nhiệt độ thuđược gây ra sự biến tính của các protein nằmgần bề mặt. Chiều sâu xâmnhập tănglên ở những bước sóng dài hơn, và các ảnh hưởng nhiệt lên protein thủy tinh thể, ở nhiệt độ tới hạn khôngcao lắm so với nhiệt độ cơ thể bình thường,cóthể dẫn đến sự kéo mây,thường gọi là đục nhãnmắt hồngngoại. Ngoài việc hình thànhbệnhđục nhãnvà cháy giác mạc, bức xạ hồng ngoại còn có thể làm tóe thủydịch, trong đó môi trường thủydịch trong suốt bình thường của khoangphía trướcbị tổn hại vì các mạch máu bị vỡ. Nói chung, bứcxạ laser tử ngoạivà hồng ngoại gầnbị hấp thụ tại giácmạc hoặc thủytinh thể, và kếtquả của nóphụ thuộc vào cườngđộ và thờigianphơi sáng.Ở cường độ cao, sự cháy nhiệt tứcthời xảy ra,còn sự phơisángthấphơn có thể dẫn đếnbệnhđục nhãn mắttrong thời giannhiều năm.Cácmô màng kếtcủa mắtcũng có thể bị thương tổn do phơi sánglaser, mặc dù sự pháhủy các mô màng kết và màngsừng thườngxảyra ở các mức công suất cao hơnsovới thương tổn võng mạc. Vì thươngtổn võng mạc tạo ranhững kết quả tức thì nghiêm trọnghơn, nên sự tổnhạimàngsừng thườngchỉ được xemlà một mối quan tâm nghiêm trọng đối vớicác laser hoạtđộng ở những bước sóng không tới được võng mạc (về cơ bản làhồng ngoại xa và tử ngoại). Nguy hiểm choda Mốinguy hiểm laser đối với sự phơi sángdathường được xemlà kém quan trọng hơn mối nguyhại cho mắt, mặc dù cùng vớisự tăng cườngsử dụng các hệ laser công suất ngày càngcao, nhất là các bộ phát tử ngoại, thì lớp da không được bảo vệ có thể phơi ra trước mức độ bứcxạ cực kìnguyhiểm trong những hệ không được đóng kín hoàn toàn. Vì da làcơ quan rộngnhất của cơ thể, nên nó có sự rủi ro lớn nhất đối với việc phơi sáng trước chùm laser,và đồngthờibảo vệ có hiệu quả đa số các cơ quankháckhỏi bị phơi sáng (vớingoại lệ là mắt). Điều quantrọng là hãy xétnhiều laser đượcthiết kế cho mục đích làm biến đổi vật liệu, như cắt hoặc khoancác vật liệu cósứcchịu đựng lớn hơn darất nhiều. Bàn tay, cánh tay và đầu là các bộ phận của cơ thể rất dễ bị phơi sáng tìnhcờ trước chùmtia laserkhi canh chỉnhhoặc điều chỉnhnhững thiết bị thực nghiệm khác đang hoạt động,và nếu chùmtia có cường độ đủ mạnh,thì sự cháynhiệt, phá hủy quanghóa, và thương tổn âm có thể xảy ra. Nguy hiểm lớn nhất cho dađến từ mật độ công suấtcao của chùmtia laser và bước sóngcủa bứcxạ xácđịnh mức độ sâu của dabị phá hủy và loạithương tổn do nómanglại. Chiều sâu xâmnhập của bức xạ laser vào dalà lớn nhấttrong vùng bướcsóng chừng300-3000nm, đạt tới cực đại trong vùng phổ hồng ngoại A tại khoảng 1000nm.Nếu laser cókhả năng gây phá hủy da đượcsử dụng,thì những phòngngừa tương xứng phải được thực hiện nhằm bảo vệ da, ví như mặc áo tay dài và manggăng taylàm từ chất liệu chịu lửathích hợp. Trong nhiều trườnghợp, công suất laserthấphơn có thể được sử dụng cho thủ tục canhchỉnhđược yêu cầu trong những thí nghiệm dự tính trước. Mốinguy về điện Mốinguy hiểm đi cùngvới các bộ phậnđiện hoặc nguồn cấpđiện cho laser về cơ bản là giống nhaucho hầu hết các loại,và sự phòng ngừa an toànriêngcho mỗicấu hìnhhoặc mỗi loại laserlà không cần thiết.Trong số các loại laser thiết thực chủ yếu, như laser khí,laserchấtrắn, laser chất nhuộm, vàlaserchất bán dẫn, trừ các loại laserbán dẫn ra thì tất cả đều yêu cầu hiệu điệnthế cao, vàthườnglà dòngđiện cao, để tạo ra chùm tia. Cho dùlà điện thế cao được áp trực tiếp vào môi trường laserchính hayvào đèn bơm hoặc laser bơm, thìnóvẫn có mặt tại một số điểm tronghệ thống. Tình huống đặc biệt nguy hiểm đượctạo ra trong laser là nó vẫn cóthể tích điện thế cao trongcác tụ điện hoặc những bộ phận khác một thời gian lâu dài saukhilaser đã tắt.Tình huốngnày đặc biệtphổ biến ở laser xung,và phải luôn luôn cẩn thận khi mà lớp vỏ bọc thiết bị đã bị tháo ra vì lí do gì đó. Phương pháp an toànnhất làluôn luôn giả địnhrằng một mốihiểm họa gây sốc đang có mặt, cho tới khi tìnhtrạngkhác đượcxác định.Nhiều lasersử dụng điện thế cao chỉ cho đến khi phát xạ laser được thiết lập, vàrồi hoạt độngở mức điện thế tương đương với cácdụng cụ điện giadụng, nhưng đây không phải là sự biện hộ cho sự thiếu đề phòng thích hợp cho bất cứ dụngcụ điện nào. An toàn laser đối vớilaserdùngtrong kínhhiển vithông dụng Laser và các hệ thiết bị hoàn chỉnh có chứa laser phải đáp ứng những tiêu chuẩn an toàn nhất định. Tùythuộc vào loại nguyhiểm của chúng, laser đượcyêu cầu phải có màn chắn, khóa chuyểnđiềukhiển, hoặc những dụng cụ khác để ngăn ngừa tổn hại.Các kí hiệu cảnhbáo đượcsử dụng tại mọi nơi trong phòngcó laser có khả nănggây tổn hại, và tại những vị trí gầnlaser, nơi có mức độ nguyhại cao (một số ví dụ minh họa trong hình4). Trongnhững dụng cụ chứachùm tia saocho người khôngthể đi tới mắt người sử dụng, như máyin laservàmáy hát đĩa CD, sự phòngngừa là không cầnthiết. Nhiều laser trongphòng thí nghiệmcó tínhchấttươngtự như laser công suất cao dùng trong các tổ hợp công nghiệp phát ra cùngbước sóng,và có thể yêu cầu che chắn nhằm bảo vệ ngườiđiềukhiển. Bước sóngphátcủa một số laser được sử dụng phổ biến được tómlược trongbảng 2.Trongtìnhhuống làm việc trong đó khôngthể loại trừ tuyệt đối việcphơi sáng mắt trướcchùm laser,thì phải mang kính bảo hộ.Về cơ bản thì kínhbảo hộ được thiết kế nhằm chặn lại ánhsáng tại những bước sóngđặcbiệtphátra bởilaserđangsử dụng, còn ánh sáng truyền qua ở những bướcsóngkhácchophép sự nhìnthích đáng.Điều quantrọng là phải có một bộ lọc lasercho mỗi loại laser – không có loại kính bảo hộ chung nào sử dụng được hết cho hết thảy loại laserhoặc cho hết tất cả các vạchphát xạ có thể của laser đa bước sóng.Vì ánhsánglaser cóthể đi đếntừ bất cứ góc nào,trựctiếp hoặc bởi sự phảnxạ từ các bề mặt, nên kính bảohộ phải chặnđượctấtcả các đường đi có thể tớimắt. Laser sapphire titanium phatạp (thường gọi là laserTi:sapphire) là một ví dụ linhhoạt củaloại laserchất rắncó thể điềuhướngđược. Loại lasernày yêu cầu bơm quang họcbằng một đènflash bêntrong hoặc mộtlaserkhác, có thể gắn bên trong hoặc bên ngoàihệ laser chính.Vì những cấu hìnhkhácnhaucủa hệ laser Ti:sapphire, nênviệc thiếtđặt một chuẩn phòngngừa an toàn không thể thực hiện được. Nhữnglaser nàyhoạtđộngở bước sóngliên tục hoặc dạngxung,và tùy thuộcvào hệ cung cấp bơmquanghọc, các yêu cầu điện và mối nguyhiểm điện thayđổi đángkể. Bước sóngđiều hướng của laser sapphire titanium phatạp thường biến thiên từ xấp xỉ 700 tới 1000nm, và do đó các tiêu chuẩn phòng ngừa an toàn đối với những laserphát rabức xạ có khả năng đi tới võng mạc (ngắn hơn 1400nm) phảiđượctuânthủ. Vì bướcsóng phát biến thiên,nên đòi hỏi phải có nhiều hơn một loại kínhbảo hộ, vàngười dùng phải chắc chắn rằng dụng cụ chặn chùmtia phải thíchhợp với (những) bước sóngđượcphát ra.Mộtxungngắncông suất cao phát ratrong hoạtđộng dạng xungcó thể làm hỏng mắt vĩnh viễn, và sự phòngngừa phải được thực hiện đảm bảo rằngmọi đường đi khả dĩ tới mắt đềubị chặn,cả đường đi trực tiếp và ngoại biên. Điều quantrọng làphải nhận thấy rằng sự phátxạ tản lạctừ laser bơm trong một số cấu hình laserTi:sapphire còn nguy hiểmhơn chùmlaser chính,vànếu có khả năng ánhsáng nàyđi tớikhu vựclàm việc, thì phải sử dụng phươngtiện bảo vệ mắt chặn lại bước sónglaser bơm.Nếu laserbơmđượcdùnglà riêng biệt với laser mẹ, thì phải yêu cầu phòng ngừathêm nhằm loạitrừ sự phơi sáng cóthể xảy ra vớiánh sángtản lạc do việc ghépđôi hailaser. Trong hệ bơm bằng đèn flash, điện thế cao áp vào đèn cóthể vẫn còn vì tụ tích điệntrongbộ nguồn cả khi đơn vị đã tắt, và sự phòng ngừa là cần thiết nhằmngăn chặn sự sốc điện khitiếnhành bão dưỡnglaser.Các bước sónghồng ngoại gầnphát rabởi loại lasernày có thể đặc biệt nguyhiểm, bởi vì mặc dù chùm tia là khôngnhìnthấy hoặc có thể nhìnthấy mờ nhạt ở gần đầu700nm củadải phát xạ,nhưng mộtlượng lớnánhsáng hồng ngoại sẽ hội tụ trên võng mạc. Việc pha tạp crôm của những chấttrạng tháirắnkhácnhauchothấy triển vọng tolớn trong sự phát triển củacác laser điều hướng mới, và khinhững laser này ngày càng dùngphổ biến hơn,thì những thủ tục an toàn đốivới mỗi loại phải được xét đến.Crôm pha tạp liti strontinhôm florit (Cr: LiSAF)hứa hẹn sẽ là chất hoạt tínhlaserbơmdoide,vàđược dùngthay thế cho laserTi:sapphire trongmột số ứng dụng hiểnvi nhânquang. Vớibước sóngphát xạ điều hướngtrong vùng hồng ngoại, yêu cầu phòng ngừa an toàn tương tự như đối với laser Ti:sapphire. Tuy nhiên, vì laserphatạp crômlà sảnphẩm mới được phát triểntươngđối gần đây, nên ngườidùngcòn e ngại rằng cácbộ lọc và kính bảo hộ có thể không sẵn sàng đốivớinhững bướcsóng phát xạ đặcbiệt của chúng. . ngừa an toànriêngcho mỗicấu hìnhhoặc mỗi loại laserlà không cần thiết.Trong số các loại laser thiết thực chủ yếu, như laser khí,laserchấtrắn, laser chất nhuộm, vàlaserchất bán dẫn, trừ các loại laserbán. cho bất cứ dụngcụ điện nào. An toàn laser đối vớilaserdùngtrong kínhhiển vithông dụng Laser và các hệ thiết bị hoàn chỉnh có chứa laser phải đáp ứng những tiêu chuẩn an toàn nhất định. Tùythuộc. Kĩ thuật antoàn laser Độ lợi quang học của mắtngườithư giãn đốivới một chùmtia chuẩn trực cao,là tỉ số củadiện