Физики выяснили, при каких условиях человек может видеть инфракрасный свет

Зрение начинается с поглощения фотонов фоторецепторами сетчатки. В большинстве случаев частицы с длиной волны за пределами видимого диапазона просто не регистрируются. Но иногда инфракрасные фотоны всё же дают сигнал — за счёт двухфотонного поглощения. Когда пигмент родопсин одновременно поглощает два фотона из инфракрасного спектра, их суммарной энергии хватает, чтобы глаз воспринял это как вспышку зелёного цвета. Этот эффект ранее замечали учёные, работавшие с инфракрасными лазерами.

Эксперименты с добровольцами

Чтобы детально изучить явление, польские исследователи провели серию опытов с тремя волонтёрами. Участникам расширили зрачки и временно заблокировали способность глаза самостоятельно фокусироваться. Установку подстраивали индивидуально под каждого человека.

В экспериментах использовали лазерные импульсы двух типов: зелёные с длиной волны 520 нанометров (видимый диапазон) и ближние инфракрасные с длиной волны 1040 нанометров. Участники смотрели в одну точку и нажимали на кнопку, как только замечали вспышку. Учёные меняли диаметр пучка и степень расфокусировки, а также проводили тесты в темноте и при зелёном освещении.

Ключевые факторы: диаметр и фокус

Оказалось, что для восприятия инфракрасных импульсов диаметр лазерного пучка имеет решающее значение, тогда как на обнаружение видимых вспышек этот параметр не влияет. Расфокусировка в видимом диапазоне лишь снижает чёткость, но в инфракрасном — приводит к полной потере сигнала. Чем меньше диаметр пучка, тем большую степень расфокусировки допускает глаз, сохраняя способность видеть инфракрасную вспышку.

Двухфотонное зрение принципиально отличается от обычного. Если для видимого света важнее количество фотонов, то для ближнего инфракрасного — интенсивность, то есть энергия, приходящаяся на единицу площади. Чем выше интенсивность, тем вероятнее двухфотонное поглощение. Поэтому точная фокусировка пучка на сетчатке становится критически важной.

Авторы полагают, что их выводы помогут в разработке экранов и сенсоров нового поколения, а также позволят создать новые методы диагностики зрения, основанные на двухфотонном поглощении. Умение предсказывать, как глаз воспринимает инфракрасный свет, может найти применение в офтальмологии и оптоэлектронике.