Perché il laser provoca danni permanenti agli occhi?

Al giorno d'oggi la tecnologia laser sta diventando sempre più comune e anche le persone sono incoraggiate a indossarla occhiali di protezione laser e caschi di protezione laser quando si utilizzano i laser (specialmente quando si utilizzano apparecchiature di saldatura laser). Altrimenti, gli occhi verranno danneggiati dai laser e non potranno essere ripristinati. Allora le persone si chiederanno: perché il laser causa danni permanenti agli occhi?

1. Cos'è il laser? Qual è il principio della sua generazione?

Laser (LASER) è l'abbreviazione di 'Amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazioni'.

Principio di generazione

Si basa sulla struttura del livello energetico degli atomi. Gli atomi sono composti da nuclei atomici ed elettroni extranucleari. Gli elettroni si muovono su orbite diverse e ciascuna orbita corrisponde a uno specifico livello energetico. In circostanze normali, la maggior parte degli elettroni negli atomi si trova a bassi livelli energetici (stato fondamentale). Quando l'energia viene fornita dal mondo esterno (ad esempio attraverso corrente, luce, ecc.), alcuni elettroni assorbiranno energia e passeranno a livelli energetici elevati (stati eccitati).

Gli elettroni negli stati eccitati sono instabili e transiranno spontaneamente a livelli di energia bassi e rilasceranno fotoni. Nelle sorgenti luminose ordinarie, l'emissione di questi fotoni è casuale e disordinata. Nel processo di generazione del laser, una parte dei fotoni viene riflessa avanti e indietro in una cavità di risonanza ottica posizionando un riflettore nella cavità. Quando questi fotoni incontrano gli atomi nello stato eccitato, stimoleranno questi atomi a emettere radiazione stimolata, facendo sì che gli atomi emettano fotoni con la stessa frequenza, fase e direzione di polarizzazione dei fotoni incidenti. Questi fotoni vengono costantemente riflessi e amplificati nella cavità risonante, e infine formano un raggio laser ad alta intensità e buona direzionalità.

2. Le ragioni principali del danno permanente del laser agli occhi sono le seguenti:

UN. Caratteristiche energetiche del laser

Alta densità di energia

Il laser ha elevata coerenza, direzionalità e monocromaticità, che gli consentono di focalizzare un'energia estremamente elevata in un'area molto piccola. La luce delle normali sorgenti luminose diverge in tutte le direzioni e l'energia viene dispersa. Il raggio laser può essere focalizzato su un punto molto piccolo. Ad esempio, quando si esegue l'imaging della retina, il diametro dello spot può variare da pochi micron a decine di micron.

Prendendo come esempio un tipico laser a onda continua, quando è focalizzato sulla retina, l'energia (densità di energia) ricevuta per unità di area supererà di gran lunga la portata che le cellule retiniche possono sopportare. La retina è come la pellicola di una macchina fotografica, su di essa sono distribuite una varietà di cellule sensibili alla luce, come coni e bastoncelli. Queste cellule verranno immediatamente distrutte sotto l'irradiazione laser ad alta densità di energia

Assorbimento e conversione dell'energia

Le caratteristiche di assorbimento dei tessuti intraoculari ai laser. Tessuti diversi nell'occhio hanno caratteristiche di assorbimento diverse per laser di diverse lunghezze d'onda. Ad esempio, la retina assorbe principalmente i laser nella banda della luce visibile (400-780 nm) e nel vicino infrarosso (780-1400 nm). Quando i laser di queste lunghezze d’onda entrano nell’occhio e vengono assorbiti dalla retina, l’energia luminosa viene rapidamente convertita in energia termica.

Proprio come l'uso di una lente d'ingrandimento per mettere a fuoco la luce del sole può incendiare la carta, l'energia del laser è altamente concentrata sulla retina e produce un effetto termico. Questo effetto termico farà aumentare bruscamente la temperatura del tessuto retinico, portando alla denaturazione delle proteine ​​e alla distruzione della struttura cellulare. Inoltre, questo danno termico è irreversibile. Una volta che la struttura delle cellule della retina viene distrutta, le loro normali funzioni visive come la fotosensibilità e la trasmissione del segnale non possono essere ripristinate, con conseguenti danni permanenti alla vista. Pertanto, è assolutamente necessario indossare occhiali di protezione laser.

Inoltre, i laser con lunghezze d'onda nella banda degli infrarossi (come i laser Nd:YAG a 1064 nm) possono essere assorbiti dal cristallino oltre che dalla retina. Quando la lente assorbe l'energia laser, produce anche un effetto termico, causando l'opacità della lente, che è la cataratta. Questa cataratta indotta dal laser è anche una lesione oculare permanente, che influenzerà la trasparenza e il potere di rifrazione del cristallino, portando a una diminuzione della vista.

B. Caratteristiche strutturali dell'occhio

L'occhio stesso è un sistema ottico complesso e la cornea e il cristallino possono focalizzare la luce esterna sulla retina. Questo processo di messa a fuoco è molto importante per la normale imaging visivo, ma rende anche più facile che i laser danneggino la retina.

Quando un raggio laser entra nell'occhio, il sistema ottico dell'occhio focalizzerà il laser sulla retina come se si concentrasse la luce normale. Ciò equivale a focalizzare attivamente l'energia del laser sulla retina, un'area molto sensibile. Anche un laser relativamente debole aumenterà notevolmente la sua intensità energetica sulla retina dopo essere stato focalizzato dall'occhio, aumentando così il rischio di danni alla retina.

La retina è la parte fondamentale dell'occhio che riceve i segnali luminosi e li converte in impulsi nervosi. La retina è un tessuto sottile e i fotorecettori in essa contenuti sono molto delicati e sensibili ai cambiamenti ambientali.

Non ha una forte capacità di rigenerazione come la pelle e altri tessuti. Una volta che le cellule della retina vengono danneggiate dal laser, è difficile per il corpo umano riparare queste cellule danneggiate attraverso la rigenerazione. Ad esempio, le cellule dei coni sono principalmente responsabili della visione dei colori e dell'elevata acuità visiva. Il loro danno può portare ad una percezione anomala dei colori e ad una diminuzione della vista. E poiché il tessuto nervoso retinico è difficile da recuperare una volta danneggiato, questo danno è spesso permanente.

In sintesi, sia che si basi sulle caratteristiche energetiche del laser (elevata densità di energia, assorbimento e conversione di energia) o sulle caratteristiche strutturali dell'occhio umano (l'occhio è un sistema ottico complesso), il danno all'occhio umano causato da il laser è permanente e non può essere ripristinato. Pertanto, quando si eseguono operazioni laser, occhiali di protezione laser devono essere indossati, un requisito anche per l'industria dei laser.