Как физики выяснили, что необходимо для восприятия инфракрасного излучения человеком

Новости МирТесен

При наличии определенных обстоятельств наши глаза могут воспринимать излучение в ближней инфракрасной области спектра. В этом случае сетчатка начинает функционировать как фотодетектор с нелинейными свойствами.

Процесс зрения начинается с поглощения фотонов фоторецепторами, расположенными в сетчатке глаза. Человеческий глаз способен воспринимать излучение в пределах видимого спектра, что соответствует фотонам с длиной волны от 380 до 780 нанометров. В глаза также попадают частицы с иными характеристиками, однако в большинстве случаев организм не способен обрабатывать эти сигналы.

В особых условиях люди могут видеть инфракрасное излучение. Это следствие явления двухфотонного поглощения — пигмент родопсин может поглотить одновременно два фотона из инфракрасного спектра. Их совместной энергии хватает чтобы глаз мог зарегистрировать это как видимый свет. Человек увидит зеленую вспышку из-за воздействия инфракрасного излучения.

Инфракрасные лазеры помогли учёным обнаружить новый эффект. Польские физики в своём исследовании установили, что двухфотонное зрение напрямую связано с диаметром лазерного луча и точностью его фокусировки на сетчатке глаза. Работа опубликована в журнале Optics Letters.

Двухфотонное зрение принципиально отличается от обычного. В видимом спектре ключевым фактором является число фотонов, тогда как в ближнем инфракрасном — интенсивность, то есть энергия, приходящаяся на единицу площади. С увеличением интенсивности возрастает вероятность двухфотонного поглощения.

Для определения воздействия фокуса и диаметра светового пучка, исследователи привлекли трех добровольцев. Эксперименты проводились на их доминирующем глазу с расширенными зрачками, при этом возможность самостоятельной фокусировки глаза была временно ограничена. Параметры экспериментальной установки корректировались с учетом индивидуальных особенностей зрения каждого участника. Ученые применяли импульсы с длиной волны 520 нанометров (зеленый цвет) и 1040 нанометров (невидимый, ближний инфракрасный диапазон). Волонтеры смотрели на определенную точку и нажимали на кнопку, когда видели вспышку света. Физики следили, как волонтеры видят лазерные импульсы при разном диаметре пучка и изменяющейся степени расфокусировки в темноте и освещенной зеленым светом среде.

Все участники эксперимента наблюдали оба лазера. Для инфракрасного зрения размер пучка играл важную роль, но не оказывал влияния на обнаружение вспышек в видимом спектре. Размытие изображения в видимом диапазоне приводит к снижению его резкости, а в инфракрасном – к полной утрате сигнала. Уменьшение диаметра лазерного пучка позволяет увеличить степень его расфокусировки, при которой человек еще видит инфракрасные вспышки.

По мнению исследователей, полученные ими результаты позволят создавать дисплеи и сенсоры нового поколения, а также способствуют развитию методов диагностики зрения, использующих двухфотонное поглощение.