Light amplification by stimulated emission of radiation (laser) sources have many advantages for use in high data rate optical wireless communications. In particular, the low cost and high-bandwidth properties of laser sources such as vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) make them attractive for future indoor optical wireless communications. In order to be integrated into future indoor networks, such lasers should conform to eye safety regulations determined by the international electrotechnical commission (IEC) standards for laser safety. In this paper, we provide a detailed study of beam propagation to evaluate the received power of various laser sources, based on which as well as the maximum permissible exposure (MPE) defined by the IEC 60825-1:2014 standard, we establish a comprehensive framework for eye safety analyses. This framework allows us to calculate the maximum allowable transmit power, which is crucial in the design of a reliable and safe laser-based wireless communication system. Initially, we consider a single-mode Gaussian beam and calculate the maximum permissible transmit power. Subsequently, we generalize this approach for higher-mode beams. It is shown that the M-squared-based approach for analysis of multimode lasers ensures the IEC eye safety limits, however, in some scenarios, it can be too conservative compared to the precise beam decomposition method. Laser safety analyses with consideration of optical elements such as lens and diffuser, as well as for VCSEL array have been also presented. Skin safety, as another significant factor of laser safety, has also been investigated in this paper. We have studied the impacts of various parameters such as wavelength, exposure duration and the divergence angle of laser sources on the safety analysis by presenting insightful results.


翻译:在高数据速率光学无线通信中使用辐射源(激光器)的刺激光放大光的放大作用有许多优势。特别是,诸如垂直丙基表面发射激光(VCSELs)等激光源的成本低和高带宽特性使得这些激光源对未来室内光学无线通信具有吸引力。为了融入未来的室内网络,这些激光器应符合国际电工委员会(IEC)确定的激光安全标准确定的眼睛安全条例。在本文件中,我们提供了对波束传播的详细研究,以评价各种激光源的接收功率,据此以及IEC 60825-12014标准所界定的最大允许接触值(MPE),我们为眼界安全分析建立了一个全面的框架。这个框架使我们能够计算最大允许传输力,这对于设计可靠和安全的激光无线通信系统至关重要。首先,我们考虑一个单模子高斯比,并计算出最大可允许的传输力。随后,我们将这一方法推广到更高光谱度的激光源的接收力,根据这个方法以及最大允许的接触值参数(MPE)值值值(MPE)值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值分析。我们通过对多种光值的精确度分析来分析,通过激光光谱法的精确度分析来分析来分析。

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