Photoreversibility and Biocompatibility of Polydimethylsiloxane‐Coumarin as Adjustable Intraocular Lens Material

Polydimethylsiloxane (PDMS) constitutes an interesting material for a variety of biomedical applications, especially as intraocular lenses (IOLs), for its excellent transparency. In this work, a photoreversible PDMS‐coumarin network, whose shape and properties can be adjusted postoperatively in a noninvasive manner, is developed. The synthesis of PDMS‐coumarin is achieved by amidation of a coumarin acid chloride derivative with amine‐functionalized PDMSs. Under exposure of λ > 300 nm, these polymers can be cured by dimerization of coumarin. The cured polymers can be uncrosslinked via photocleavage of cyclobutane dimers upon illumination at λ < 290 nm. The diffusion of linear PDMSs in a crosslinked network and the controlled shape modification are studied, which demonstrate that these polymers are good candidates for adjustable IOL application. IOL disks prepared from these materials show high hydrophobicity and good transparency. In vitro cytotoxicity, lens epithelial cell adhesion assays, and rabbit host reaction against implanted disks demonstrate the biocompatibility of the polymer.

     

A Similarity Solution for Oil Lens Redistribution Including Capillary Forces and Oil Entrapment

Redistribution of a LNAPL lens (oil) at the phreatic surface is described using a multi-phase flow model, with emphasis on the effect of oil entrapment by water. The flow process is analyzed under the assumption that the vertical capillary and gravitational forces balance. Vertical integration leads to explicit functions which approximate the relations between the free oil volume per unit lateral area and the vertically averaged oil relative permeability on the one hand and the vertical position of the interface between zones with either two or three phases on the other hand. A linear relation between the trapped and free oil volume per unit lateral area approximates the vertically integrated nonlinear expression for the trapped oil saturation. The resulting differential equation admits a similarity solution describing the lateral spreading of free oil and the amount and location of trapped oil. Comparison with illustrative numerical computations, which are based on the nonreduced flow model in a two-dimensional planar or axisymmetric domain, shows that the analytical solution provides a good approximation of the free oil distribution at all later times.     

基于ybar-y图的光学结构计算方法研究

本文基于y_bar-y图, 建立了计算光学系统一阶结构的数学模型, 并利用粒子群优化算法对模型进行了求解, 可以自动优化出各种光学系统的一阶结构. 编写了一套含图形用户界面(GUI)的软件, 将光学系统的基本设计要求进行处理后导入GUI, 求解之后利用商用光学设计软件如ZEMAX等, 将一阶结构转换为实际透镜结构, 然后经过透镜优化, 就可以设计出满足要求的光学系统. 根据本文所提出的光学结构计算方法, 首先进行了1300万像素手机摄像物镜的设计, 该物镜使用了4片非球面, 各项性能指标能够满足设计要求. 然后设计出一套头盔显示光学系统的目镜, 使用了两片非球面透镜实现了90°的视场角, 其他的性能指标也都满足要求. 两类光学系统的设计实例验证了该方法是一种可靠的光学系统一阶结构获取方法.     

基于简单透镜列阵的可调焦激光均匀辐照光学系统研究

本文对基于简单透镜列阵的大口径激光均匀辐照光学系统的调焦能力进行了研究, 结果表明, 改变透镜列阵与靶镜之间的距离即可方便地改变靶面上光斑的大小. 文中详细分析了相关参数对调焦能力的影响, 并在此基础上设计出一个实用的光学系统. 用数值方法模拟了激光束通过光学系统后的传输, 发现尺寸不同的靶面光斑具有基本一致的强度结构特征. 定量地分析了光斑内部散斑间隔、调制对比度、顶部不均匀度及能量集中度等描述光斑均匀辐照质量的指标, 并研究了它们随靶面离焦量的变化关系.     

可调焦胶囊内窥镜光学系统设计

为解决胶囊内窥镜分辨率与景深相互制约的问题,将一种单液体、电控、可变焦液体透镜应用到内窥镜光学系统中进行光学设计,在保证分辨率的同时,扩大了系统景深.采用CODE V软件进行设计,建立系统初始结构,构造液体透镜模型,基于液体透镜中液体的体积不变,曲率、孔径和厚度可变的结构约束特点,在MATLAB中计算出不同物距下透镜的曲率、孔径和厚度数据,将其导入CODE V的系统模型中,并提出了相应的优化流程.设计并优化带有液体透镜的胶囊内窥镜系统,实现了系统在3~100mm景深范围内的清晰成像,视场角大于110°,全视场范围内调制传递函数在40lp/mm频率下均大于0.3.     

基于大功率LED扩展光源的均匀光斑光辐射模拟器设计

基于边缘光线原理和光学扩展量守恒思想,结合复合抛物面聚光器和轴对称自由曲面透镜,设计并研制了大功率发光二极管扩展光源的反射/折射准直器.运用Tracepro软件对系统进行光束追迹模拟仿真和实验,研制出均匀光斑的光辐射模拟器.模拟器输出发散角为±12°光束,测量距离出射面50cm处光屏的光斑,在尺寸为14cm×14cm的光照范围内,测得光斑水平方向中心线上的光度均匀度优于4.1%,竖直方向中心线上的光度均匀度优于3.8%.     

镜面偏心测量光学系统设计及其杂光分析

为了解决现有镜面偏心测量设备存在的问题,本文研究了一种采用切换镜头和调焦相结合的方法来设计的镜面偏心测量光学系统,使用这个光学系统,既能使被测镜面的曲率半径扩展到-∞~+∞范围,又能保证测量精度。通过Lighttools软件对这个光学系统进行光线追迹,分析其杂光分布,结果表明:准直镜头内部多次反射产生的杂光强度很低,可以忽略。而当被测镜头中存在相邻球心像距的镜面时,产生的杂光强度比较大,在后续的图像处理过程中,必须增强目标图像的对比度。利用研制的镜面偏心测量设备进行测量实验,结果进一步验证了杂光分析的正确性。     

采用GRIN透镜的数字式光纤加速度计系统设计

为使测量加速度计的传感器小型化，且不受电磁干扰，根据GRIN透镜在1／4波节处具有入射光线与出射光线成中心对称的特性^[1]，首次提出并研制了采用GRIN透镜制成的微型光纤加速度计。闭环负反馈电路设计技术被应用于该加速度计中，使之成为一个具有调宽脉冲再平衡性能的新颖加速度测量系统。对该系统进行的数字仿真和精度定量分析表明：该光纤加速度计具有测量线性范围宽，精度高的特点，可广泛应用于惯性测控系统中。     

高精度半导体激光打标机F-θ镜头设计

为保证半导体激光打标机F-θ镜头的扫描质量，实现系统像高与扫描角的线性变化，需对F-θ镜头给予一定的畸变量，并使其满足等晕条件。分析F-θ镜头工作原理及像差要求，根据1 064 nm半导体激光打标机的光源成像要求选择合适的玻璃材料，合理分配每片透镜的光焦度，以保证等晕成像；根据F-θ镜头线性成像要求，计算系统总畸变量为1.6%，系统总畸变量为系统的实际桶形畸变与相对畸变量之和；在光学系统优化设计时，引入这两项优化参数，优化过程中观察系统成像变化情况。设计结果表明:系统MTF曲线接近衍射极限，F-θ镜头相对畸变小于0.36%，各视场均方根半径均小于艾里斑直径，并且整个系统70%的能量集中在直径为16 μm的圆内，系统总畸变量为1.58%，满足设计指标要求。