2.2. Классификация лазеров по степени безопасности

Наиболее известной и чаще используемой является классификация, состоящая из четырёх классов безопасности лазерных систем [7], приведенная в таблице №1.

Таблица №1 Классификация лазеров по степени безопасности

Класс безопасности	Мощность лазера
Класс I	Менее 0.39 мВт
Класс II	Менее 1 мВт
Класс IIIA	Менее 5 мВт и 2.5 мВт/см2
Класс IIIB	Более 5 мВт, но менее 0.5 Вт
Класс IV	Более 0.5 Вт

2.3. Оценка параметров лазерного излучения

Нарушение зрения человека при воздействии лазерным излучением связано с разрушением элементов сетчатки его глаза в результате локального нагрева, который возникает из-за того, что вся энергия лазерного луча фокусируется в пятнышко очень маленького диаметра. Попытаемся оценить энергетические параметры лазерного излучения.

Зная фокусное расстояние глаза и диаметр зрачка, можно рассчитать диаметр пятна фокусировки лазерного излучения на сетчатку. Фокусное расстояние глаза f = 22,785мм. Для лазерного излучения с длиной волны 532 нм диаметр пятна, в которое будет фокусироваться излучение на сетчатке примерно равен 2 мкм. В сетчатке глаза у взрослого человека со 100 % зрением насчитывается около 6-7 млн колбочек. Размеры их очень невелики: длина около 50 мкм, диаметр — от 1 до 4 мкм.

Количество энергии, необходимое для нагревания определенного объема колбочек, можно определить по известной формуле Q = cmΔT, где c – теплоемкость (возьмем теплоемкость воды, равную 4190 Дж/кг·К), m – масса вещества, которую необходимо нагреть, ΔT – изменение температуры при нагревании.

Допустим, что вся энергия излучения W, сфокусированная на сетчатку, затрачивается на нагревание определенного объема V сетчатки глаза (колбочек), то есть W = Q = cmΔT. Масса m связана с плотностью ρ и объемом V соотношением m = ρV = ρlS, где l – длина колбочки, S – площадь пятна фокусировки, ρ – плотность вещества колбочки (примем равной плотности воды). Тогда W = cρlSΔT. Если принять, что за 0,1 секунды происходит нагрев на 0,5 градуса, учесть размеры колбочки, то можно рассчитать затрачиваемое на это количество энергии. Для лазерного излучения с длиной волны 532 нм, W = 0,33 нДж.

С другой стороны, излучение определенной мощности, сфокусированное на сетчатке в пятно диаметром несколько микрометров, есть интенсивность (плотность мощности) , S – площадь пятна фокусировки. Отсюда W = ItS. Тогда ItS = cmΔT. Масса связана с плотностью ρ и объемом V соотношением m = ρV = ρlS, где l – длина колбочки, S – площадь пятна фокусировки, ρ – плотность вещества колбочки (примем равной плотности воды). Таким образом, ItS = cρlSΔT, откуда получаем

.

Если принять, что за 0,1 секунды происходит нагрев на 0,5 градуса, учесть размеры колбочки, то можно рассчитать плотность мощности на сетчатке. Интенсивность будет равна I = 1048 Вт/м².

2.4. Материалы и методы

В эксперименте по моделированию действия лазерного излучения на сетчатку использовались: желатин марки «Фото», дистиллированная вода, глицерин, бихромат аммония, шарик для настольного тенниса, лазерная указка (длина волны 532 нм, мощность 100 мВт), собирающая линза (фокусное расстояние 12 см), светофильтры с разными коэффициентами пропускания. Вся установка показана на рис. 1.

Рис. 1. Экспериментальная установка. 1 – лазер, 2 – светофильтр, 3 – собирающая линза, 4 – модель глаза.

Для создания модели человеческого глаза был использован 10% раствор желатина и воды, который наливался в предварительно разрезанный пополам и скрепленный заново шарик для настольного тенниса. При этом шарик заливался раствором не полностью.

После студенения этого раствора желатина в формочку до её полного заполнения заливался 5% водный раствор желатина, в который был добавлен глицерин в концентрации 100% по массе сухого желатина и 20% бихромата аммония, то есть использовался самопроявляющийся дихромированный желатин (СПДЖ), чувствительный к воздействию света. Таким образом, моделировалась сетчатка глаза.

После студенения этого раствора две половинки шарика снимались и полученная модель глаза помещалась в экспериментальную установку. Далее лазерной указкой в течение разных промежутков времени светили через собирающую линзу на разные участки «сетчатки». Мощность излучения регулировалась светофильтрами с разными коэффициентами пропускания. Время воздействия выбиралось исходя из реальных условий воздействия излучения на глаз человека в случаях его преднамеренного и непреднамеренного ослепления. В эксперименте излучение действовало на «глаз» короткий промежуток времени – доли секунд.