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NIST发现许多防护眼镜不符合超快激光器屏蔽光的规格

2019-11-22

  大功率,超快脉冲激光器越来越多地为生物医学应用和成像,材料加工,工业微加工等提供光。但是许多激光眼镜产品并未经过超快激光的测试,可能无法为依赖它们的技术人员提供足够的保护。

  造成这种情况的主要原因在于眼镜制造商广泛采用典型的测试程序和标准测量方法来设定其产品规格。这些方法使用低功率,连续光源。结果,它们没有捕获实际大功率脉冲激光工作条件下的许多潜在危害。而且,最终用户在部署之前仅很少测试其眼镜在特定应用中的性能。

  NIST研究人员Ted Heilweil检查了OD测试中使用的泵浦激光器。

  美国国家标准技术研究院(NIST)的科学家最近发表了一项研究五个不同制造商的眼镜中使用的保护性过滤器的24个样本。他们发现“其中一些很好,但是当与超快激光器一起使用时,它们的性能甚至无法达到他们自己的规格,” NIST研究人员和研究合著者Ted Heilweil说。

  在一种情况下,声称具有一定光密度的滤光片(表示其阻挡的光的比例)实际上比规定的减少了10,000倍的光减少。*其他滤光片阻挡了其额定的特定波长,但在附近的波长透射了更多的光。 。

  为什么会这样?答案在于超快脉冲激光器的性质-发射光脉冲的持续时间以飞秒为单位(fs,十亿分之一的百万分之一秒,10 -15 s)。与更熟悉的“连续波”激光器,甚至是具有较长脉冲的脉冲激光器不同,后者的输出光束仅在单个中心波长附近的非常窄的范围内变化,而高速激光脉冲则具有更宽的波长范围。(请参见插图。)随着脉冲时间变短,范围变宽。

  与仅产生一个非常窄波长的连续波激光器不同,超快脉冲激光脉冲包含许多不同波长的光。但是眼镜制造商通常不对透镜进行超快脉冲激光测试,也不测量在接近额定波长的波长下它们会阻挡多少光。确实,有些人完全依靠激光来设置规格,而这些标准的光谱仪的测量能力有限。

  因此,最初由NIST安全,健康和环境办公室支持的研究人员开始研究防护眼镜中的滤光片在阻止飞秒脉冲产生的光方面的性能。

  制造商对这24个塑料或玻璃滤光片样品中的每一个都进行了评级,以阻挡波长为800纳米(nm,十亿分之一米,10 -9 m)的光。在NIST上使用通用的超快钛:蓝宝石激光器(中心波长为800 nm,红外光刚好低于人类视觉的阈值)对样品进行了测试,以每秒8000万个脉冲的速度运行,并产生约40 fs的脉冲。

  Heilweil说,几乎立即,位于马里兰州弗雷德里克的胡德学院的NIST团队和合作者发现了“一些非常奇怪的东西”。如预期的那样,脉冲包含的波长范围为750 nm(可见红色)到900 nm(近红外)。每个过滤器对那个跨度的各个部分的响应都不同。研究人员推测,一种可能的原因是镜片可能具有不同的吸光染料配方。

  测量设置:来自左侧的激光穿过各种滤镜(绿色标签),其他设备(蓝色圆圈),并到达样品上,该样品安装在这里玫瑰色玻璃的位置。穿过样品的光由检测器(未示出)测量。

  例如,一个滤光器在800 nm处阻挡了很多光,在847 nm处仅阻挡了一百分之一。当中心波长仅改变1%时,许多滤光片不符合自己的规格。几秒钟内直接照射损坏了一些镜片,其结果从接近透明到完全不透明。而且有些在整个波长范围内都表现出色。

  Heilweil说,这项新研究是所需的众多研究中的第一个。“这更像是一个起点。我们只关注一种飞秒激光。有各种各样的种类,也有可调的种类。”

  当然,在NIST进行的高精度测量尚不能广泛使用,“对于激光眼镜制造商来说,建立自己的飞秒激光测试设备是不切实际的,该设备涵盖了超快系统的所有可能输出条件,” Heilweil说过。“因此,我们试图鼓励制造商使用最好的测试实验室来评估其镜片。

  “同时,同样重要的是,我们需要让最终用户更加了解他们的激光器产生的精确波长。在戴上眼镜之前,他们需要自己测试眼镜(在特定条件下和要使用的特定应用中)。”

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