Present and alternative dosimetry concept for laser exposure limits

In order to perform a quantitative laser safety analysis, it is necessary to compare the exposure limit (EL) for the eye or the skin with the expected exposure level in terms of irradiance or radiant exposure. The exposure level, however, is not necessarily the actual physical irradiance or radiant exposure, but is a value that is averaged over an aperture with a defined diameter. When the laser beam is smaller than the averaging aperture, the resulting “biologically effective” irradiance or radiant exposure value is much smaller than the actual value.The background of the averaging aperture sizes that are specified is discussed together with the ELs for laser radiation. For the wavelength range where the retina is at risk (400–1400 nm) the diameter of the averaging aperture is 7 mm. This aperture is be used to average the irradiance that is incident at the level of the cornea. Since the EL in this wavelength range is also given as irradiance and referenced to the position of the cornea, the concept of averaging apertures is cohesive; however, it is not intuitive and it is difficult to convey in training courses, and is often the reason for miscalculation.An alternative, more straightforward dosimetry concept is proposed, where the EL is transformed into a “power” value by multiplication by the area of the averaging aperture. This procedure results in values which are identical with the accessible emission limits for Class 1 of IEC 60825-1. For the safety analysis, this EL (for instance 1 mW) is compared to the power that passes through an aperture with a diameter of 7 mm. This alternative concept is mathematically equivalent to the currently defined concept. However, in contrast to the present dosimetry concept, it is intuitive because the exposure value that is compared to the EL can be understood as “power that passes through the pupil of the eye”.

ZusammenfassungZur Durchführung einer quantitativen Lasersicherheitsanalyse ist es notwendig, den Grenzwert für die Bestrahlung der Haut oder des Auges mit einem entsprechenden Bestrahlungs- oder Bestrahlungsstärkewert zu vergleichen. Die Bestrahlung, die mit dem Grenzwert zu vergleichen ist, ist jedoch nicht notwendigerweise die wirkliche physikalische Bestrahlungsstärke, sondern stellt einen über eine Blende mit bestimmtem Durchmesser gemittelten Wert dar. Für den Fall, dass der Laserstrahl kleiner als die Mittelungsblende ist, ergeben sich dadurch „biologisch effektive” Bestrahlungswerte, die viel kleiner sind als die wirklichen Bestrahlungsniveaus. Der Hintergrund der gemeinsam mit den Lasergrenzwerten definierten Mittelungsblenden für Auge und Haut wird besprochen. Für den Wellenlängenbereich, in dem die Netzhaut betroffen ist, ist der Durchmesser der Mittelungsblende 7 mm. Diese Blende muss benutzt werden, um die Bestrahlungsstärke am Ort der Hornhaut zu mitteln. Da der Grenzwert für das Auge auch in diesem Wellenlängenbereich als Bestrahlungsstärke gegeben ist und auf den Ort der Hornhaut bezogen ist, ist das Konzept der Mittelungsblenden zwar in sich schlüssig, jedoch nicht intuitiv und schwer in Sicherheitssausbildungen zu vermitteln, sowie häufiger Grund für unkorrekte Berechnungen.Es wird ein alternatives Konzept vorgeschlagen, bei dem der Grenzwert durch Multiplikation mit der Fläche der Mittelungsblende in einen Leistungswert umgerechnet wird, was identische Werte zu den Grenzwerten für die zugängliche Strahlung für die Klasse 1 laut IEC 60825-1 liefert. Für die Sicherheitsanalyse wird dann dieser Leistungs-Grenzwert (z.B. 1 mW) mit der Leistung verglichen, die durch eine Blende mit 7 mm Durchmesser tritt. Dieses Konzept liefert identische Resultate zum derzeit definierten Dosimetriekonzept, ist aber insofern intuitiv, als dass der Expositionswert, der mit dem Grenzwert verglichen wird, die Bedeutung „Leistung, die durch die Pupille ins Auge eintritt” hat.