Por que o laser causa danos permanentes aos olhos?

A tecnologia laser está se tornando cada vez mais comum hoje em dia, e as pessoas também são incentivadas a usar óculos de segurança a laser e capacetes de proteção contra laser ao operar lasers (especialmente ao operar equipamentos de soldagem a laser). Caso contrário, os olhos serão danificados pelos lasers e não poderão ser restaurados. Então as pessoas terão dúvidas: por que o laser causa danos permanentes aos olhos?

1. O que é laser? Qual é o princípio de sua geração?

Laser (LASER) é a abreviatura de “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”.

Princípio de geração

É baseado na estrutura do nível de energia dos átomos. Os átomos são compostos de núcleos atômicos e elétrons extranucleares. Os elétrons se movem em órbitas diferentes e cada órbita corresponde a um nível de energia específico. Em circunstâncias normais, a maioria dos elétrons nos átomos está em níveis de energia baixos (estado fundamental). Quando a energia é fornecida pelo mundo exterior (como através de corrente, luz, etc.), alguns elétrons absorverão energia e farão a transição para altos níveis de energia (estados excitados).

Os elétrons em estados excitados são instáveis ​​e farão a transição espontânea para níveis de baixa energia e liberarão fótons. Em fontes de luz comuns, a emissão desses fótons é aleatória e desordenada. No processo de geração do laser, uma parte dos fótons é refletida para frente e para trás em uma cavidade ressonante óptica, colocando um refletor na cavidade. Quando esses fótons encontram os átomos no estado excitado, eles estimularão esses átomos a emitirem radiação estimulada, fazendo com que os átomos emitam fótons com a mesma frequência, fase e direção de polarização dos fótons incidentes. Esses fótons são constantemente refletidos e amplificados na cavidade ressonante e, finalmente, formam um feixe de laser de alta intensidade e boa direcionalidade.

2. As principais razões para os danos permanentes do laser aos olhos são as seguintes:

um. Características energéticas do laser

Alta densidade de energia

O laser possui alta coerência, direcionalidade e monocromaticidade, o que lhe permite focar energia extremamente alta em uma área muito pequena. A luz das fontes de luz comuns diverge em todas as direções e a energia é dispersa. O feixe de laser pode ser focado em um ponto muito pequeno. Por exemplo, ao obter imagens da retina, o diâmetro do ponto pode ser de apenas alguns mícrons a dezenas de mícrons.

Tomando como exemplo um típico laser de onda contínua, quando ele é focado na retina, a energia (densidade de energia) recebida por unidade de área excederá em muito o alcance que as células da retina podem suportar. A retina é como o filme de uma câmera, com uma variedade de células sensíveis à luz, como cones e bastonetes, distribuídas sobre ela. Essas células serão destruídas instantaneamente sob irradiação laser de alta densidade de energia

Absorção e conversão de energia

As características de absorção dos tecidos intraoculares aos lasers. Diferentes tecidos do olho têm diferentes características de absorção para lasers de diferentes comprimentos de onda. Por exemplo, a retina absorve principalmente lasers na faixa de luz visível (400-780nm) e lasers infravermelhos próximos (780-1400nm). Quando os lasers desses comprimentos de onda entram no olho e são absorvidos pela retina, a energia luminosa é rapidamente convertida em energia térmica.

Assim como usar uma lupa para focar o sol pode inflamar o papel, a energia do laser é altamente concentrada na retina e produz um efeito térmico. Este efeito térmico fará com que a temperatura do tecido da retina aumente acentuadamente, levando à desnaturação das proteínas e à destruição da estrutura celular. Além disso, este dano térmico é irreversível. Uma vez destruída a estrutura das células da retina, as suas funções visuais normais, como a fotossensibilidade e a transmissão de sinais, não podem ser restauradas, resultando em danos permanentes à visão. óculos de segurança a laser.

Além disso, lasers com comprimentos de onda na banda infravermelha (como lasers Nd:YAG de 1064 nm) podem ser absorvidos pelo cristalino além da retina. Quando a lente absorve a energia do laser, ela também produz um efeito térmico, causando opacidade da lente, que é a catarata. Essa catarata induzida por laser também é uma lesão ocular permanente, que afetará a transparência e o poder de refração do cristalino, levando à diminuição da visão.

b. Características estruturais do olho

O olho em si é um sistema óptico complexo, e a córnea e o cristalino podem focar a luz externa na retina. Este processo de focagem é muito importante para imagens visuais normais, mas também torna mais fácil para os lasers danificarem a retina.

Quando um feixe de laser entra no olho, o sistema óptico do olho focará o laser na retina como se focasse a luz comum. Isto equivale a focar ativamente a energia do laser na retina, uma área muito sensível. Mesmo um laser relativamente fraco aumentará grandemente a sua intensidade de energia na retina depois de ser focado pelo olho, aumentando assim o risco de danos na retina.

A retina é a parte principal do olho que recebe sinais de luz e os converte em impulsos nervosos. A retina é um tecido fino e os fotorreceptores nela contidos são muito delicados e sensíveis às mudanças ambientais.

Não possui uma forte capacidade de regeneração como a pele e outros tecidos. Uma vez que as células da retina são danificadas pelo laser, é difícil para o corpo humano reparar essas células danificadas através da regeneração. Por exemplo, as células cone são as principais responsáveis ​​pela visão das cores e pela alta acuidade visual. Seus danos podem levar à percepção anormal das cores e à diminuição da visão. E como o tecido nervoso da retina é difícil de recuperar depois de danificado, esse dano costuma ser permanente.

Em resumo, quer se baseie nas características energéticas do laser (alta densidade de energia, absorção e conversão de energia) ou nas características estruturais do olho humano (o olho é um sistema óptico complexo), os danos ao olho humano causados ​​por o laser é permanente e não pode ser restaurado. Portanto, ao realizar operações a laser, óculos de segurança a laser deve ser usado, o que também é uma exigência da indústria de laser.