Действие лазерного излучения на органы зрения

Падающее излучение фокусируется в малое пятно на сетчатке, что увеличивает интенсивность облучения и вызывает поражение сетчатки глаза. На рисунке 1.3 показаны спектральные характеристики человеческого глаза. Там же приведено произведение коэффициента пропускания глаза на поглощающую способность сетчатки, т.е. доля падающего на глаз света, фактически поглощаемая сетчаткой.

По этой же кривой можно судить о поражаемости сетчатки в зависимости от длины волны света. Излучение лазеров, работающих на длине волны меньше 0,3 мкм и больше 1,6 мкм, поглощается в глазной среде и не достигает сетчатки.

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

Ar+

Ar+

HeNe

Рубин

Nd

Длина волны, мкм

Рис. 1.3 Спектральные характеристики человеческого глаза. 1 - пропускание глазной среды; 2 - произведение пропускания на поглощение (в процентах) в пигментном эпителии сетчатки. Стрелками отмечены длины волн генерации некоторых распространенных лазеров

Типичные поражения сетчатки под действием лазерного луча, исследованные на кроликах, состоят из коагулированных участков сетчатки, в центре которых имеется небольшое кровоизлияние; со временем это повреждение пре­вращается в белый рубец.

При увеличении энергии импульса разрушение становится более значитель­ным: выраженное кровоизлияние, пузырьки газа, складки в структуре. При использовании излучения рубинового лазера порог разрушения сетчатки при длительности импульса 1∙10^-8 с составляет ≈ 5∙10⁶ Вт/см²; при 30 нс энергетический порог составляет 6,07 Дж/см². Для неодимового лазера порог в 5-6 раз выше приведенных значений.

Пороговое разрушение сетчатки имеет тепловую природу и связано с увеличением температуры биологической ткани на 10 °С (при длительностях облуче­ния несколько секунд). Установлено, что уменьшение длительности лазерного импульса до десятков нс уменьшает величину энергии разрушения. Предполагаемое объяснение этому неожиданному эффекту: энергия при малых длитель­ностях выделяется неоднородно, поглощается на гранулах размером доли мкм и нагревает их выше 120 °С, тогда как при большой длительности энергия не локализуется, выделяется однородно, тепло успевает распространяться за счет теплопроводности. На рисунке 1.4 показана зависимость интенсивности на сетчатке глаза при прямом облучении рубиновым лазером от расстояния до лазера.

102

103

104

105

106

107

V = ∞

V = 8 км

V = ∞

V = 8 км

Расстояние, м

Рис. 1.4 Зависимость интенсивности лазерного излучения рубинового лазера на сетчатке глаза от расстояния до лазера. V - предел видимости в атмосфере.
Кривая 1 - t_и = 30 нс, Р = 10⁷ Вт; кривая 2 - t_и = 1 нс, Р = 10⁴ Вт.

Интенсивность излучения на сетчатке можно вычислить по выражению:

, (1.27)

где Р - мощность, излучаемая лазером,

Т_пр - коэффициент пропускания глаза,

f - фокусное расстояние объектива,

θ - расходимость луча лазера,

λ - длина волны,

R - расстояние до лазера,

D - диаметр зрачка глаза,

μ- коэффициент поглощения излучения в атмосфере.