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激光笔

科普小知识 2023-11-17 13:47:45
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激光指示器(Laserpointer),又称为激光笔、指星笔等,是把可见激光设计成便携、手易握、激光模组(发光二极管)加工成的笔型发射器。常见的激光指示器有红光(λ=650~660nm)、绿光(λ=532nm)、蓝光(λ=445~450nm)和蓝紫光(λ=405nm)等。通常在汇报、教学、导游人员都会使用它来投映一个光点或一条光线指向物体。但因其具有伤害性,因此在特定场所,例如艺术馆(有些画作怕光)、动物园等都不宜使用,儿童不能将其作为玩具玩耍。

1、历史

早期的激光笔使用波长为633纳米(nm)的氦氖(HeNe)气体激光,通常用于产生能量不超过1毫瓦的激光束。最便宜的激光笔使用波长接近670/650nm的红色激光二极管。稍贵的则使用635nm的红-橙色二极管,这一波长更易于为人眼所识别。也有其他颜色的激光笔,最常见的是波长为532nm的绿光。

21世纪初,593.5nm的黄-橙激光笔也开始出现。

2005年9月出现了473nm的蓝光激光笔。

2010年初出现了波长为405nm的蓝光(其实是紫光)激光笔。

2、特点

亮度

激光笔照射出光点的表观亮度不光取决于激光的功率和表面反射率,还取决于人眼的色觉。例如,由于人眼对可见光谱中波长为520-570nm的绿光最敏感,对更红或者更蓝的波长敏感性下降,所以相同功率下绿光显得比其它颜色亮。

功率

激光笔的功率通常以毫瓦为单位。在美国,激光由美国国家标准学会和美国食品药品监督管理局(FDA)来分类。功率小于1毫瓦的可见光(波长400-700nm)激光笔为第二类(ClAss2或II);功率介于1-5毫瓦的为第三类A(ClAss3A或IIIa)。第三类B(ClAss3B/IIIb)激光(功率5–500毫瓦)和第四类(ClAss4/IV)激光(功率大于500毫瓦)按法律不能以激光笔的名义推广销售。

3、分类

根据激光颜色分类:

红或红-橙光

由于有产生该波长的激光二极管,所以其结构最简单,基本上仅是一个由电池做能源的二极管。红光激光笔最早出现于20世纪80年代,是庞大笨重的价值数百美元的设备;到21世纪初则很小并且很便宜,还出现了波长为671nm的二极管泵浦固体激光(dpss)红光激光笔。虽然该波长可以用便宜的二极管(用在DVD机内的650nm红色激光)得到,但是DPSS技术可以产生质量更高,频段更窄的激光。

黄光

21世纪初,市场上出现了波长为593.5nm的黄光激光笔。基于DPSS技术将波长为1064nm和1342nm的两束激光通过一非线性晶体相加而得到。该过程的复杂使得黄光激光笔不稳定且低效率,随温度变化输出功率在1-10毫瓦,如果过热或过冷还会发生模式跳跃。这是因为激光笔的尺寸导致无法提供所需的温度稳定和冷却部件。另外,大部分593.5nm激光笔工作在脉冲模式下以便采用尺寸和功率较小的泵浦二极管。

绿光

使用波长808nm红外激光激发非线性晶体,产生1064nm红外光,再经倍频产生532nm绿光,属于固体激光。一些绿光激光器工作在脉冲或者准连续模式下来减少冷却问题,延长电池寿命。而2009年宣布的不需要倍频的绿光激光有着更高的效率。

在夜晚即使是低功率的绿光由于大气分子的瑞利散射也可以看见,这种激光笔常被天文学爱好者们用于指点恒星和星座。绿光激光笔可以有多种输出功率。5mW(三类a)使用起来最安全,并且在较暗照明下也可见,所以为指点目的是不需要更强的功率。

蓝光

原来只有经DPSS产生的473nm蓝色激光,功率偏低及不稳定。21世纪初,随着CASIO开发出包含蓝色激光二极管(445nm)的混合光源高亮度投影机,功率高达1000mW的蓝光半导体二极管被大量生产而普及化。

蓝紫光

使用波长405nm的蓝紫色激光二极管(使用在蓝光光碟内),属于半导体激光,接近紫外光波段,可视度较低,但能激发萤光,具有验钞和检验化学品作用。

4、原理

以无线激光笔为例:

无线激光笔由一个RF射频遥控器和一个接收器(USB接口)组成RF射频遥控器内嵌有无线RF射频发射器,在使用时只需将接收器插入电脑主机的USB接口无需安装驱动即可正常工作。使用者只需点击RF射频遥控器的相关功能键,便可操纵接收器,并且发射器不用对准接收器真正体现无线*。

5、用途

指向功能

激光笔经常被用来作为一个醒目的点在教育和业务演示和可视化示范。

1、红色激光笔,可用于几乎任何室内或低光的情况,指出手工的细节可能会带来不便。

如在建设工作或室内装潢。绿色激光指示器,可用于类似用途以及在户外日光或更长的距离。

2、绿色激光笔也可以用于天文爱好者。

绿色激光笔光束在没有月亮的夜晚,往往可以清楚地看到,可以准确地指出个别恒星附近给他人。此外,这些常用的绿色激光指示器由天文学家进行天文讲座。天文学激光指示器也常用到一个特定的星级或位置,以便使该望远镜安装上镜片。激光准直是比通过使用目镜对准容易。

3、导游。

当面对“触手难及”的目标而束手无策时,它能轻松,准确地把目标指示出来。

4、野外旅行者、探险者。

用于野外探险,指示远方目标和发出求救信号,使旅行更加安全。

5、建筑工地、采矿场。

用于远距离准确指示建筑物,可以避免接近危险区域,使指挥者千米之外犹如现场指挥。

6、消防、救灾、求救、地震。很多紧急状况时挽救生命的救命笔。

7、娱乐。

在酒吧,KTV,以及聚会上使用,可以添加很好的娱乐氛围。

工业用途

在工业上可以使用激光指示器。例如,建筑公司可能会使用高品质的激光指示器,以提高显示具体距离的准确性,而对大型项目的工作。

科研用途

还可以用在科研领域,如光子学、化学、物理、医药等。

6、注意事项

1、激光对人眼有害,请勿对向人眼直射,请远离儿童存放,以免引起意外伤害事故。在室内或者近距离使用激光时,请佩戴相应波长的激光防护镜。避免光束直射眼睛。

2、请不要连续点亮激光过久(特别是绿激光),夏天最好不要超过30秒,如果感觉激光手电或者笔身发烫,请立即停用,直到完全冷却。

3、冬天使用时,绿激光可能需要预热一段时间,才能达到最佳亮度,可以放在衣兜里捂热后,再放入电池使用,连续点亮时间也不要超过1分钟为好。以防激光器过快老化,或者是过热而对激光LD或者模组造成损害。

4、在艺术馆里,因为部分画作可能怕光,不适合使用激光笔。

5、在动物园里,为免惊吓动物,也不应该使用激光笔。

6、天文爱好者在使用激光笔指星时,应该要注意,不应该频繁和长时间使用指星笔,以免妨碍其他人观星和摄影。

7、在人多的公众地方,为避免误伤他人,应该停止使用激光笔。

8、一些较大功率的激光笔会有明显的热效应,不能长时间连续使用,特别是对温度较敏感的固体激光。

7、危害

飞行危险

恶意使用是极为危险的,特别是照飞机,飞行员可能在关键时刻分心。MSNBC的报告有超过2836的事件是2010年在美国联邦航空局记录。手持绿色激光照明是特别严重的。

眼外伤

使用激光不当会造成暂时性甚至永久性视力损伤。直视5mW及以上功率的激光会对视力造成暂时性视力损伤,更大功率会造成永久性视力损伤甚至失明。市面上售卖的激光笔和激光手电,不少是属于IIIB级的,功率超过5mW,如果激光直射进眼睛可能会对眼睛造成伤害。

火灾

大功率激光可能引燃易燃物,引起火灾。一些高功率的激光笔,漫射光也可能对眼睛造成伤害,对焦后更可能燃点易燃品。所以激光笔不是玩具,不适合儿童使用。

8、法规

中国目前(2013年)还没有具体的限制或禁止大功率激光笔销售的法律法规。

据现行的《GB7247标准》,中国将激光对人体的危害度分为四级:一级输出功率小于0.4毫瓦,二级为0.4毫瓦至1毫瓦之间,三级为1至500毫瓦之间,四级为500毫瓦以上。

当输出功率大于0.4毫瓦时,就不能用此类激光直接照射眼睛。当输出功率达到三级标准,更易对人的眼睛造成伤害。大功率的激光笔多在10毫瓦以上,不少达到200毫瓦以上,具有光热效应、光化学效应,其中任何一种都会对人眼造成伤害,严重甚至可能致盲。

9、3·15曝光激光笔对儿童有害

2014年315晚上会曝光了激光笔被当做儿童玩具售卖。据国家质量监督检验检疫总局消息,激光产品带有激光器装置,儿童激光枪是指带有激光器的玩具枪产品。激光器通过受激发射激光束,对于尚处于发育阶段儿童,如果眼睛和皮肤受激光辐射,可能造成更为严重的后果。共采集样品60批次,其中激光笔和儿童激光枪各30批次,有23批次儿童激光枪样品危害程度超标,占76.7%。

质量监督检验检疫总局指出,我国国家标准GB7247.1-2012《激光产品的安全第1部分:设备分类、要求》按照危害程度由低到高,将激光产品分为以下等级:1类、1M类、2类、2M类、3R类、3B类、4类,并对每类激光均有标记的要求。其中,根据国家标准GB19865-2005《电玩具的安全》的规定,玩具中的激光器应满足1类激光辐射功率限值要求。对激光笔的激光辐射类别,我国目前没有明确要求,部分国家规定3B类及以上类别激光产品不可作为演示类民用产品销售。

针对激光产品可能存在的辐射危害,质检总局产品质量监督司近期组织开展了激光笔、儿童激光枪产品质量安全风险监测,共采集样品60批次,其中激光笔和儿童激光枪各30批次。主要依据国家标准GB7247.1-2012《激光产品的安全第1部分:设备分类、要求》、GB19865-2005《电玩具的安全》,并参照有关国家的规定,对激光笔、儿童激光枪的标记和激光辐射类别进行了检验。结果表明有13批次激光笔样品为3B类及以上类别激光产品,占43.3%,其中3批次为4类激光产品,激光辐射功率最高达1440mW,为3R类激光辐射功率限值5mW的288倍。有23批次儿童激光枪样品为2类及以上类别激光产品,占76.7%,其中8批次为3B类激光产品,占26.7%。

为此,质检总局提示广大消费者,在选购和使用激光产品时要注意产品存在的辐射风险。

一是要尽量选择正规渠道购买激光笔、儿童激光枪,对于无激光辐射类别信息、无品牌型号、无警告说明的产品,应避免购买。

二是消费者选购教学或办公用激光笔时,应仔细查看产品的激光规格信息,最好选购激光辐射类别为3R类及以下的产品(激光功率不大于5mW)。对于非专业使用人员,切勿购买3B类及4类大功率激光笔。三是不宜为儿童购买激光笔作为玩具枪使用,应向儿童宣传相关的激光辐射危害知识,避免儿童在学校周边摊贩、商店、网络等渠道购买大功率激光笔。对于办公或教学用激光笔应放置在儿童无法触及的地方。

四是消费者选购儿童玩具枪时,可通过查看外包装、试用产品或咨询销售人员确认玩具是否带有激光器。建议消费者不要为儿童购买带激光射击功能或激光瞄准功能的玩具。若已购买相关产品,应仔细查看激光辐射类别是否为1类,对于超过1类的激光玩具建议立即停止使用。

五是消费者在使用激光笔时应正确操作,避免激光照射人体眼睛、皮肤以及衣服等地方。

10、激光笔可对儿童眼睛造成永久伤害

2016年5月,国家质检总局发布了《保护儿童眼睛产品质量安全认知调查结果》及“缺陷消费品召回及消费预警信息”。

调查发现,多数家长知晓部分产品对眼睛伤害的影响,但不注重定期对儿童进行视力检查,近6成家长不会定期带孩子检查视力。同时,质检总局通过专项调查和监测发现,存在较大安全隐患的儿童类产品中,激光笔位列第一。

仅四成家长定期带孩子检查视力

中国标准化研究院副院长巫小波介绍,本次调查以问卷调查的方式进行,随机抽取7所小学和9所幼儿园儿童家长作为调查对象,共发放问卷2600份。

调查结果显示,关于何种物品可能会伤害儿童眼睛,96%的家长选择电脑和手机;85%的家长选择电视、激光笔和游戏机。检查视力方面,仅41.4%的家长会定期带孩子检查视力。防范方面,11.6%的家长不会认真阅读产品说明书和安全警告。

同时,调查发现,多数家长对部分产品给眼睛可能造成的伤害存在误区。首先是激光类产品,29.8%的儿童接触过激光类产品,其中接触最多的是激光笔,比例占76.3%;其次是弹射类玩具,38.4%的家庭购买过弹射类玩具,购买最多的是激光枪,其中2.8%的家长反映孩子使用弹射类玩具时出现过伤害事件或危险。

据介绍,2016年1月1日,国家质检总局明确将儿童用品纳入召回监管范围。截至5月18日,儿童用品召回方面,各类儿童玩具共召回142次,涉及数量12.3万件;各类儿童车产品召回207次,涉及数量11万辆;儿童服装召回2次,涉及数量989件等。

激光笔安全隐患最大,可致永久伤害

国家质检总局缺陷产品管理中心副主任王慧萍介绍,通过市场专项调查、国家产品伤害检测系统检测与网络舆情专项监测发现,存在较大安全隐患的儿童类产品中,激光笔位列第一。

王慧萍称,激光笔造成伤害的原因是热效应,会伤害眼睛和皮肤。因眼睛成像特征,当激光穿过眼睛时,激光会被聚焦在视网膜上非常小的一点,导致温度瞬间增加,破坏视网膜的感光细胞,如激光能量足够强,在尚未引起眨眼反射的情况下(通常不足1秒),就会对其造成永久性伤害。

市售激光笔通常具有非常好的功率,甚至可点燃火柴、香烟、衣物等,存在火灾隐患。王慧萍提醒,激光笔不是玩具,最好不要用辐射功率高的激光笔,若一定要用,建议使用3R以下级别产品,并检查产品说明书及标识是否齐全。

专家说法

用眼过度成儿童近视主因

根据此次调查结果,96%的家长认为电脑和手机是伤害儿童眼睛的主要“凶手”。电脑和手机对儿童眼睛的伤害有多大?

同仁医院眼科主任朴颍实表示,一般情况下,如果长时间盯着手机或电脑屏幕,尤其是手机字体较小,这样眼睛就得不到休息,容易引起视疲劳,这也是引起儿童近视的主要原因。除了手机和电脑屏幕,长时间看书或弹琴时长时间看五线谱,也容易导致近视。

朴颍实表示,以前小学生近视情况较少,多数是到初中或高中才出现近视。而近年来,小学生近视比例明显增加,儿童戴眼镜数量增多,近视逐步趋向低龄化。其中的主要原因就是用眼过度。

“导致儿童近视或弱视的另一个原因是户外活动少。”朴颍实说,目前小学生的课业压力都比较大,户外活动又少,平时多是看书、看近物,较容易造成近视。她建议,儿童应多参加户外活动,多看远处,预防近视。

案例

●2014年12月

据武汉媒体报道,武汉一名10岁的小男孩鹏鹏被激光笔直射眼睛,愣了几秒钟后,觉得右眼好像被一个圆圆的大黑点遮挡着,什么都看不见了。第二天,父母带鹏鹏到医院检查,结果显示鹏鹏左眼视力1.2,右眼视力仅为0.2,右眼底黄斑区上有一个被烧灼的圆疤。

●2015年5月

据报道,杭州一名10岁的男孩总感觉右眼不舒服,视力持续下降,到浙江省眼科医院就诊才发现,其右眼黄斑灼伤,视力只有0.1,左眼视力正常,有1.0。后来发现原因,是此前有同学拿着红色的激光笔朝他眼睛照了照,大概有20秒,当时眼睛就很痛。

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