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.
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.
Рис. 1.4 Зависимость интенсивности лазерного излучения рубинового лазера на сетчатке глаза от расстояния до лазера. V - предел видимости в атмосфере.
Кривая 1 - tи = 30 нс, Р = 107 Вт; кривая 2 - tи = 1 нс, Р = 104 Вт.
Интенсивность излучения на сетчатке можно вычислить по выражению:
, (1.27)
где Р - мощность, излучаемая лазером,
Тпр - 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.
