ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СРЕДЕ, МОДЕЛИРУЮЩЕЙ СТЕКЛОВИДНОЕ ТЕЛО ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА

Представлена математическая модель линейных и нелинейных процессов, возникающих при распространении фемтосекундного лазерного излучения в стекловидном теле глаза человека. Методами численного моделирования выполнено решение нелинейного спектрального уравнения, описывающего динамику двумерного ТЕ-поляризованного излучения в однородной изотропной среде с кубичной безынерционной нелинейностью без использования приближения медленно меняющихся огибающих. Для моделирования использованы среды, близкие по параметрам к оптическим средам глаза. Модель распространения фемтосекундного излучения учитывает динамику процесса дисперсионного уширения импульсов во времени и возникновение самофокусировки вблизи сетчатки при прохождении через стекловидное тело глаза. Выявлена зависимость длительности импульса на сетчатке от длительности входного импульса, найдены значения плотности мощности излучения, при которых возникает самофокусировка. Показано, что основным механизмом повреждения при использовании излучения титан-сапфирового лазера является фотоионизация. Результаты работы совпадают с данными, полученными другими учеными, и могут быть использованы для создания российских стандартов по лазерной безопасности для фемтосекундных лазерных систем. 

1. Козлов С.А., Самарцев В.В. Основы фемтосекундной оптики. М.: Физматлит. 2009. 292 с.

2. Femtosecond Laser Pulses: Principles and Experiments. Ed. C. Rulliere. 2nd ed. Springer, 2005. 428 p.

3. Sati P., Verma U., Tripathi V.K. Self-focusing and frequency broadening of laser pulse in water // Physics of Plasmas. 2014. V. 21. N 11. Art. 112110. doi: 10.1063/1.4901952

4. Freitas C., Moreno-Perdomo N., Gentil R., Baptista A.M.G., Macedo A.F. Functional impairment with minimal macular damage in femtosecond laser plasma injury: case report // Arquivos Brasileiros de Oftalmologia. 2013. V. 76. N 5. P. 317–319.

5. Schumacher S., Sander M., Stolte A. Doepke C., Baumgaertner W., Lubatschowski H. Investigation of possible fs-LASIK induced retinal damage // Proc. Ophthalmic Technologies XVI. San Jose, USA, 2006. Art. 61381I. doi: 10.1117/12.645147

6. Sander M., Minet O., Zabarylo U., Muller M., Tetz M.R. Comparison of retina damage thresholds simulating the femtosecond-laser in situ keratomileusis (fs-LASIK) process with two laser systems in the CW-and fsregime // Laser Physics. 2012. V. 22. N 4. P. 805–812. doi: 10.1134/S1054660X12040172

7. Cain C.P., Thomas R.J., Noojin G.D., Stolarski D.J., Kennedy P.K., Buffington G.D., Rockwell B.A. Sub- 50-fs laser retinal damage thresholds in primate eyes with group velocity dispersion, self-focusing and lowdensity plasmas // Graefe's Archive for Clinical Experimental Ophthalmology. 2005. V. 243. N 2. P. 101– 112. doi: 10.1007/s00417-004-0924-9

8. Artal P. Optics of the eye and its impact in vision: a tutorial // Advances in Optics and Photonics. 2014. V. 6. N 3. P. 340–367. doi: 10.1364/AOP.6.000340

9. Whikehart D.R. Biochemistry of the Eye. Butterworth-Heinemann, 2004. 512 p.

10. Wang J., Sramek C., Paulus Y.M., Lavinsky D., Schuele G., Anderson D., Dewey D., Palanker D. Retinal safety of near-infrared lasers in cataract surgery // Journal of Biomedical Optics. 2012. V. 17. N 9. Art. 095001.

11. Hansen A., Geneaux R., Gunther A., Kruger A., Ripken T. Lowered threshold energy for femtosecond laser induced optical breakdown in a water based eye model by aberration correction with adaptive optics // Biomedical Optics Express. 2013. V. 4. N 6. P. 852–867. doi: 10.1364/BOE.4.000852

12. Шполянский Ю.А. Спектрально-временная эволюция предельно коротких импульсов света в прозрачных средах и оптических волноводах с дисперсией и кубической нелинейностью: дис. … докт. физ.-мат. наук. Санкт-Петербург, 2010. 246 c.

13. Daimon M., Masumura A. Measurement of the refractive index of distilled water from the near-infrared region to the ultraviolet region // Applied Optics. 2007. V. 46. N 18. P. 3811–3820. doi: 10.1364/AO.46.003811

14. Мак А.А., Сомс Л.Н., Фромзель В.А., Яшин В.Е. Лазеры на неодимовом стекле. М.: Наука, 1990. 288 с.

15.Либенсон М.Н., Яковлев Е.Б., Шандыбина Г.Д. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика). Конспект лекций. Часть I. Поглощение лазерного излучения в веществе / Под общ. ред. В.П. Вейко. СПб.: СПбГУ ИТМО. 2008. 141 с.

16. Manenkov A.A. Fundamental mechanisms of laser-induced damage in optical materials: today’s state of understanding and problems // Optical Engineering. 2014. V. 53. N 1. Art. 131013V. doi: 10.1117/1.OE.53.1.010901

17. Chimier B., Uteza O., Sanner N., Sentis M., Itina T., Lassonfe P., Legare F., Vidal F., Kieffer J.C. Damage and ablation thresholds of fused-silica in femtosecond regime // Physical Review B – Condensed Matter and Materials Physics. 2011. V. 84. N 9. Art. 094104. doi: 10.1103/PhysRevB.84.094104

18. Docchio F., Sacchi C.A., Marshall J. Experimental investigation of optical breakdown thresholds in ocular media under single pulse irradiation with different pulse durations // Lasers Ophthalmology. 1986. V. 1. P. 83–93.

19. Ezerskaya A.A., Ivanov D.V., Kozlov S.A., Kivshar Y.S. Spectral approach in the analysis of pulsed terahertz radiation // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. 2012. V. 33. N 9. P. 926–942. doi: 10.1007/s10762-012-9907-9 .

20.Пальцев Ю.П. Эффекты воздействия лазерного излучения / В кн: Воздействие на организм человека опасных и вредных производственных факторов. Медико-биологические и метрологические аспекты. Т. 1. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. С. 170–189. 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License