ایمنی چشم در برابر لیزر های شبکه فیبر نوری

ایمنی چشم در برابر لیزر های شبکه فیبر نوری، تابش لیزر عمدتا از طریق اثرات حرارتی باعث آسیب می شود. حتی لیزرهای با توان متوسط نیز می توانند باعث آسیب به چشم شوند. لیزرهای پرتوان نیز می توانند پوست را بسوزانند. برخی از لیزرها به اندازه ای قدرتمند هستند که حتی انعکاس پراکنده نور آنها از یک سطح می تواند در شب برای محیط زیست و جانداران خطرناک باشد. انسجام و زاویه واگرایی نور لیزر، به کمک فوکوس از عدسی چشم، می‌تواند باعث متمرکز شدن تابش لیزر به یک نقطه بسیار کوچک روی شبکیه شود. افزایش کوتاه تنها 10 درجه می تواند سلول های گیرنده نوری شبکیه چشم انسان را از بین ببرد. اگر لیزر به اندازه کافی قدرتمند باشد، آسیب دائمی می تواند در کسری از ثانیه رخ دهد که به معنای واقعی کلمه سریعتر از یک چشم به هم زدن است. لیزرهای با قدرت کافی در محدوده مرئی تا نزدیک مادون قرمز (400 تا 1400 نانومتر) به کره چشم نفوذ می نمایند و ممکن است باعث گرم شدن شبکیه شوند، در حالی که قرار گرفتن در معرض تابش لیزر با طول موج های کمتر از 400 نانومتر و بیشتر از 1400 نانومتر تا حد زیادی توسط قرنیه جذب می شود. و عدسی، که بیشتر منجر به ایجاد آب مروارید یا آسیب سوختگی می شود.

فهرست مطالب

1. محل جذب نور در چشم
2. استانداردهای ایمنی
3. تجهیزات حفاظت فردی
4. تجهیزات فیبر نوری مدرن

ایمنی چشم در برابر لیزر های شبکه فیبر نوری

محل جذب نور در چشم وابسته به طول موج نور

لیزرهای مادون قرمز به شکل ویژه خطرناک هستند، چراکه واکنش محافظتی بدن یعنی “بازتاب چشمک زدن” تنها با نور مرئی ایجاد می شود. برای مثال، برخی از افرادی که در معرض لیزر پرتوان Nd:YAG قرار می گیرند، که تابش نامرئی 1064 نانومتری ساطع می نماید، ممکن است درد را احساس نکنند و یا متوجه آسیب فوری به بینایی خود نشوند. در کسری از ثانیه آسیب وارد می شود و صدایی نا آشنا یا صدایی شبیه کلیک از کره چشم ساطع می شود، ممکن است تنها نشانه ای باشد که آسیب شبکیه رخ داده است، یعنی شبکیه تا دمای بیش از 100 درجه سانتیگراد گرم شده است که منجر به جوشیدن موضعی انفجاری همراه با ایجاد فوری یک نقطه کور دائمی می شود. جای تعجب نیست که برخی فاقد دانش فنی و شناخت غلم لیزر توصیه می نمایند که لیزر های محیط شبکه و فیبر نوری خطرناک نمی باشند، تمامی منابع نوری مالتی مد و سینگل مد و فناوری لیزر به کار رفته در شبکه های نوری برای چشم انسان خطرناک است.

لیزر به دلیل مکانیزم‌های متعددی می‌تواند باعث آسیب در بافت‌های بیولوژیکی، هم چشم و هم پوست شود. آسیب حرارتی یا سوختگی زمانی رخ می‌دهد که بافت‌ها تا حدی گرم شود که دناتوره شدن پروتئین‌ها رخ دهد. مکانیزم دیگر آسیب فتوشیمیایی است که در آن نور باعث ایجاد واکنش های شیمیایی در بافت می شود. آسیب فتوشیمیایی بیشتر با نور با طول موج کوتاه (آبی و ماوراء بنفش) رخ می دهد و می تواند در طول چند ساعت ایجاد شود.

پالس‌های لیزر کوتاه‌تر از حدود 1 میکرو ثانیه می‌توانند باعث افزایش سریع دما و در نتیجه جوشاندن انفجاری مایع میان بافتی شوند. موج ضربه ای ناشی از انفجار متعاقبا می تواند باعث آسیب نسبتا دور از نقطه برخورد شود. پالس های فوق کوتاه همچنین می توانند در قسمت های شفاف چشم تمرکز خود را نشان دهند که منجر به افزایش پتانسیل آسیب در مقایسه با پالس های طولانی تر با همان انرژی می شود.

چشم نور مرئی و نزدیک به مادون قرمز را روی شبکیه متمرکز می نماید. یک پرتو لیزر می تواند به شدت روی شبکیه متمرکز گردد که ممکن است تا 200000 برابر بیشتر از نقطه ای باشد که با پرتو لیزر وارد چشم می شود. بیشتر نور توسط رنگدانه های ملانین در اپیتلیوم رنگدانه های درست در پشت گیرنده های نوری جذب می شود و باعث سوختگی در شبکیه می شود. اشعه ماوراء بنفش با طول موج‌های کوتاه‌تر از 400 نانومتر تمایل دارند توسط عدسی و 300 نانومتر در قرنیه جذب شوند، جایی که می‌تواند به دلیل آسیب فتوشیمیایی با توان های نسبتا کم صدماتی ایجاد نماید.

نور مادون قرمز عمدتا باعث آسیب حرارتی شبکیه در طول موج های نزدیک به مادون قرمز و به قسمت های جلویی چشم در طول موج های بلندتر می شود. جدول زیر شرایط پزشکی مختلف ناشی از لیزر در طول موج‌های مختلف، بدون احتساب آسیب‌های ناشی از لیزرهای پالسی را خلاصه می نماید.

استانداردهای ایمنی فیبر نوری

تکامل اجزای فیبر نوری، سیستم‌ها و فناوری جهت پرداختن به نرخ داده در شبکه گیگابیت نیازمند استفاده از دیودهای لیزر در اکثر کاربردها به دلیل سرعت مورد نیاز است. حتی سیستم‌های چند حالته (مالتی مُد) با فاصله کوتاه، که در گذشته از LED استفاده می نمودند، اکنون به منابع لیزری گسیل‌دهنده سطح عمودی شکاف کم‌هزینه (VCSEL) تجهیز شده اند. به همین دلیل، با تمام سیستم های فیبر باید به گونه ای رفتار شود که گویی حامل سیگنال لیزر هستند. توجه به نحوه رسیدگی به ایمنی لیزر و طراحی، استفاده و اجرای ایمن لیزرها برای به حداقل رساندن خطر حوادث چشمی ضروری است. طبقه بندی لیزر بر اساس مفهوم محدودیت انتشار قابل دسترسی AEL است.
به طور معمول حداکثر سطح توان بر حسب وات یا سطح انرژی بر حسب ژول است که می تواند در یک طول موج و زمان نوردهی خاص منتشر شود. 

در ایالات متحده، لیزر ها توسط مرکز تجهیزات و سلامت رادیولوژیکی یا CDRH طبقه بندی می شوند که زیر مجموعه ای از FDA می باشد. CDRH مسئول نظارت بر ساخت، واردات، عملکرد و ایمنی تمامی دستگاه‌های پزشکی و همچنین دستگاه‌هایی است که انواع خاصی از تشعشعات الکترومغناطیسی از جمله لیزر را ساطع می نمایند. CDRH نگران است که دستگاه های لیزر به درستی از نظر توان خروجی برچسب گذاری شده و در صورت لزوم به تجهیزات ایمنی مناسب مجهز شوند.

تعدادی از سازمان ها نیز استانداردها و دستورالعمل هایی را جهت کار ایمن با فیبر نوری، کابل ها و تجهیزات انتقال نوری ایجاد نموده اند. شامل استاندارد ملی ANSI Z136.2 ایالات متحده جهت استفاده ایمن از سیستم های ارتباطی فیبر نوری با استفاده از لیزر دیود و منابع LED و همچنین استاندارد OSHA در مورد ایمنی لیزر STD-01-05-001. جهت استفاده بین المللی، IEC 60825-1 ایمنی محصولات لیزری را پوشش می دهد و IEC 60825-2 ایمنی سیستم های ارتباطی فیبر نوری (OFCS) را ارائه می نماید.

استانداردهای ANSI Z136.2 و IEC 60825-2 j لیزر ها و تجهیزات مورد کاربری با لیزرها را بر اساس طول موج و توان نوری به مجموعه ای از 4 کلاس کلی و چندین زیر کلاس تقسیم می نمایند. اولین نسخه از این استاندارد در سال 1988 در زمانی منتشر شد که سیستم های ارتباطی فیبر نوری مبتنی بر لیزر بسیار ساده بودند. آنها تنها از دو طول موج 1310 و 1550 نانومتر در حداکثر سطوح توان زیر 10 میلی وات استفاده نمودند. این استاندارد اولین استانداردی بود که به طور خاص برای سیستم های ارتباطی فیبر نوری نوشته شد.

بر اساس استاندارد ANZI 136.2، یک سیستم فیبر نوری سرتاسر یک محصول لیزری کلاس 1 در نظر گرفته می شود چراکه در شرایط عادی انتشار لیزر کاملا محصور است. تا زمانی که فیبر شکسته و یا یک اتصال دهنده از پریز جدا نشود، ممکن است فرد در معرض تابش لیزر قرار گیرد که ممکن است بالقوه خطرناک باشد.

بنابراین، سطح خطر برای هر پورت نوری باید به صورت جداگانه ارزیابی شود و اقدامات کنترلی تعریف شود. برای رسیدگی به چنین شرایطی، استاندارد سطح خطر را به عنوان خطر نوری بالقوه در هر مکان قابل دسترسی در یک سیستم فیبر، بسته به سطح انرژی تابشی که می‌تواند قابل دسترسی باشد، تعریف می نماید.

سطوح خطر مقادیری از 1 تا 4 را بر اساس محدودیت‌های انتشار قابل دسترسی لیزری یا AEL اختصاص می‌دهند.

تجهیزات حفاظت فردی

جهت کار ایمن با فیبرهای نوری، طیف گسترده ای از تجهیزات حفاظت فردی و سایر ابزارهای ایمنی مورد نیاز است. تمامی پرسنل بایستی با قوانین استاندارد و ایمنی محلی مطابقت داشته باشند که به پوشیدن تجهیزات حفاظت شخصی در حین انجام عملیات خاص نیاز دارند. این تجهیزات شامل عینک های تخصصی جهت استفاده با لیزر است. عینک های محافظ به شکل عینک یا عینک با فیلترهای مناسب می توانند از چشم در برابر نور لیزر مستقیم و یا منعکس شده محافظت نماید. چنانچه توان نوری به اندازه کافی بالا باشد، استفاده از عینک که محافظت بهتری از طرفین دارد، انتخاب بهتری است.

عینک بایستی برای نوع خاصی از لیزر انتخاب شود تا در محدوده طول موج مناسب مسدود و یا ضعیف شود. عینک محافظ لیزری برای چگالی نوری یا OD رتبه بندی می شود که لگاریتم پایه 10 ضریب تضعیف است که توسط آن فیلتر نوری توان پرتو را کاهش می دهد. برای مثال، عینک‌هایی که به عنوان OD 3 رتبه‌بندی شده‌اند، توان پرتو در محدوده طول موج مشخص شده را به میزان 1000 واحد کاهش می‌دهند.

علاوه بر چگالی نوری کافی جهت کاهش توان پرتو به زیر حداکثر نوردهی مجاز، عینک لیزری مورد استفاده در جایی که نوردهی مستقیم امکان پذیر است باید بتواند آسیب مستقیم پرتو لیزر را حداقل به مدت 10 ثانیه بدون شکستگی تحمل نماید. طول موج و چگالی نوری معمولا روی عینک و یا بدنه عینک، اغلب نزدیک به بالا، چاپ می‌شود. کاربری عینک های چشمی ایمنی که در برای محافظت از لیزر استفاده می شود گسترده تر است، چراکه فقط در مورد کاهش نور نیست، بلکه مانع از ورود اشیا و ذرات خارجی به چشم نیز می شود.

ویژگی های ایمنی در تجهیزات فیبر نوری مدرن

حفاظت از متخصصین فناوری اطلاعات و ارتباطات و اشخاصی که روزانه با لینک های فیبر نوری و راه حل های ارتباطی آن سر و کار دارند، از جمله ملاحظات مهم در طراحی اجزا و سیستم های فیبر نوری امروزی به شمار می آید، چراکه آسیب های چشمی جدی و جبران ناپذیر می باشند. طراحان سیستم اغلب به دنبال تجهیزاتی هستند که سطحی از حفاظت را فراتر از برچسب‌های هشدار استاندارد و دستورالعمل‌های مدیریت ایمنی ارائه می‌دهند. پورت‌های فیبر بدون درپوش می‌توانند در شبکه‌ها رایج باشند، چراکه درپوش‌های گرد و غبار آداپتورها به‌محض نصب کانکتور به طور مرتب ناپدید می‌شوند و سپس نیاز به تغییرات پیش می آید و محل کابل پچ کورد تغییر می نماید.

جهت رفع این مشکلات، سازندگان تجهیزات ورودی منحصر به فرد داخلی را روی برخی از آداپتورها(کوپلر های) فیبر نوری نصب نموده اند. محصول نسل اولیه ایمنی چشم را فراهم می نمود، البته محافظت از ورود گرد و غبار همچنان یک مشکل باقی می‌ماند و تماس بین صفحه انتهایی فرول و شاتر در برخی از طراحی‌ها مشکل بود. پیشرفت های اخیر این مشکل را از طریق بهبود طراحی شاتر حل نموده است که از ورود گرد و غبار به ناحیه بحرانی آداپتور در صورت عدم جفت شدن جلوگیری می نماید و اجازه می دهد کانکتور بدون هیچ گونه تماسی بین شاتر و فرول کانکتور وارد شود.

به جهت پشتیبانی از آداپتورهای شاتر دار، برخی از طرح های کانکتورهای فیبر نوری نیز با یک شاتر یکپارچه جهت محافظت بیشتر ارائه گردیدند. کانکتور های E-2000™ و SC APC نمونه هایی از دو راه حل موجود در حال حاضر هستند.

شکل F آداپتور یا کوپلر LC-Quad شاتردار

ایمنی لیزر شبکه فیبر نوری

ایمنی و خطرات در نصب شبکه فیبر نوری