То, что мы называем зрением, начинается с поглощения фотонов фоторецепторами сетчатки. Человеческий глаз видит излучение в видимом диапазоне длин волн, то есть регистрирует фотоны с длиной волны 380-780 нанометров. Однако попадают в глаз частицы и с другими параметрами, но человеческое тело не может обработать эти сигналы в большинстве случаев.
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.
Эффект заметили ученые, работавшие с инфракрасными лазерами. В новой работе польские физики выяснили, что эффективность двухфотонного зрения напрямую зависит от диаметра лазерного пучка и точности его фокусировки на сетчатке глаза. Работа опубликована в журнале Optics Letters.
Двухфотонное зрение отличается от обычного. Если в видимом спектре важно количество фотонов, то в ближнем инфракрасном — интенсивность, энергия, которую от излучения получает единица площади. Чем больше интенсивность, тем больше вероятность двухфотонного поглощения.
Чтобы выявить влияние фокуса и диаметра пучка, ученые использовали трех волонтеров. Эксперименты провели на их ведущих глазах с расширенными зрачками, временно заблокировав для глаза возможность подстраивать фокус самостоятельно. Экспериментальную установку донастраивали под особенности глаза каждого участника. Ученые использовали импульсы с длиной волны 520 нанометров (зеленый) и 1040 нанометров (невидимый, ближний инфракрасный диапазон). Участники эксперимента смотрели в одну 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.
Участники эксперимента видели оба лазера. Для инфракрасного зрения диаметр пучка имел критическое значение и никак не влиял на обнаружение вспышки в видимом диапазоне. Расфокусировка в видимом диапазоне приводит к потере четкости изображения, а в инфракрасном — к полной потере сигнала. Чем меньше диаметр лазерного пучка, тем больше может быть степень расфокусировки, при которой человек еще видит инфракрасные вспышки.
Ученые считают, что выводы их исследования помогут проектировать экраны и сенсоры нового поколения, а также разовьют методы диагностики зрения, основанные на двухфотонном поглощении.