二次曲面前房型有晶体眼人工晶体的球差矫正特性分析

为探究二次曲面前房型有晶体眼人工晶体的球差矫正特性,进行了球面和二次曲面有晶体眼人工晶体的设计,并利用像差理论对二者的球差矫正特性进行了研究.基于R.Navarro等人提出的模型眼得到屈光不正眼模型,利用ZEMAX光学软件分别设计了可矫正屈光不正人眼的球面与二次曲面前房型有晶体眼人工晶体.通过对光学传递函数和Zernike球差系数的比较,以及对Seidel球差分布系数的计算分析发现:在保证屈光不正矫正至正常水平的前提下,较之传统球面人工晶体,二次曲面的引入仅对远视眼的球差有矫正作用,并使光学传递函数显著改善|而对近视眼而言,二次曲面人工晶体的球差矫正效果与球面人工晶体相当.这一结论对前房型有晶体眼人工晶体的设计和应用具有重要的理论指导意义.     

基于波前像差的个性化人工晶体设计

在个性化人眼光学结构的基础上,运用ZEMAX软件的优化功能,设计了符合实际人眼光学特性的个性化人工晶体。该人工晶体不仅可以矫正离焦和像散,还引入了非球面可以矫正人眼的球差。文中将个性化人工晶体优化后得到的屈光度与经验公式计算得到的屈光度作了比较,在经验公式0.25D精确度的基础上有了提高,并直观地描述了个性化人工晶体植入前后人眼调制度和分辨率的变化情况。对样本人眼矫正后人眼分辨率最大变化由28 L/mm提高到118 L/mm,调制度由0.02提高至0.51。分析结果表明,个性化植入人工晶体的方法可以提高人眼矫正的精确度,不同人眼的波前特性不同,矫正效果也有相应的差异。     

非球面人工晶体设计及人眼瞳孔对其光学性能的影响

给出一种非球面人工晶体的设计方法。以Holladay角膜模型为基础,设定其球差大小为非球面人工晶体球差值,并在晶体位置发生移动及不同人眼瞳孔直径下,对所设计的非球面人工晶体光学性能与球面人工晶体进行对比分析。结果表明:当晶体植入人眼位置并且瞳孔直径相同时,设计的非球面人工晶体所在人眼光学系统的MTF,对比敏感度及离焦MTF的改善程度都明显优于传统的球面人工晶体,人眼成像质量均随人眼瞳孔直径的增大而下降;当晶体前移时,晶体所在人眼光学系统的MTF均随瞳孔直径的增大而下降,设计的非球面人工晶体仍表现出优于球面人工晶体的光学性能。     

大焦深人工晶体的设计

运用Zemax光学设计软件构建Liou-Brennan眼模型,设计了增大焦深的非球面、折射型多焦点和衍射型多焦点人工晶体,并用点列图和视锐度分析了所设计的人工晶体的光学质量。对于非球面人工晶体,在3mm瞳孔下,当人眼无球差时,最佳视锐度相当高,但焦深仅为1．4m^-1;当人眼球差为0．4λ时,最佳视锐度可达0．9,焦深达2．2m,同时在整个焦深范围内视觉质量均优越。对于衍射型和折射型多焦点人工晶体,在明视条件下,虽然视远和视近时视觉质量良好,但是中间距离的视锐度〈0．5。衍射型多焦点人工晶体只有81％的光能用于成像,远近焦点能量均分,且与瞳孔大小无关;折射型多焦点人工晶体的远近焦点能量与瞳孔大小相关。设计的人工晶体均能增大人眼的焦深,但各有优缺点,临床上应该酌情选用。     

人工晶体倾斜与偏心对人眼视功能的影响

基于Hwey-Lan Liou人眼生理模型,采用光线追迹的方法,分析了相同孔径下具有不同球差的人工晶体(IOL)在眼内的倾斜和偏心对人眼视功能的影响.IOL在眼内无倾斜和偏心时,负球差IOL对人眼视功能的改善优于无球差IOL和传统的正球差IOL;当IOL在眼内倾斜,偏心程度一定时,负球差IOL球差值越大,其倾斜和偏心对人眼视功能的降低越明显;植入无球差IOL的眼的视功能受其倾斜和偏心的影响较小,在IOL偏心1.0 mm,倾斜10°已使人眼有明显视觉不适的情况下,仍能表现出良好的光学性能,对人眼视功能的改善不仅优于正球差IOL,而且优于负球差IOL.     

一种线性相位反演波前测量方法的原理和性能初步分析

对一种基于线性相位反演的新型波前测量方法的基本原理和性能进行了研究。事先对成像光学系统的自身像差进行定标并记录下定标图像。传感器工作时只需测量出有像差时的一幅远场图像与定标图像的差,就可以用线性矩阵相乘方法得到待测像差对应的泽尼克多项式系数。讨论了这种线性相位反演波前测量方法中确定泽尼克模式复原矩阵的方法。以大气湍流畸变波前像差的测量为例,对这种线性相位反演波前测量方法进行了数值仿真研究。结果表明,这种线性相位反演算法具有空间分辨力高、对小像差测量精度高的特点,但测量动态范围有限。这种线性相位反演波前传感器将适用于自适应光学闭环系统。     

激光原位角膜磨镶手术后不良症状的光学分析

测量了准分子激光原位角膜磨镶(LASIK)手术后人眼的单色像差。并根据术后症状,将所有数据分类为视物星芒状组、单眼复视组、视物雾状组和参考组。视物星芒状组和视物雾状组的三阶和四阶泽尼克(Zernike)像差的均方根(RMS)值明显大于无症状的参考组。术后有不良症状各组的人眼的调制传递函数(MTF)明显低于参考组的调制传递函数。在明视觉条件下,四阶像差特别是对称性的泽尼克球差,对调制传递函数的影响大;而在暗视觉条件下,三阶像差特别是非对称性的泽尼克彗差对调制传递函数的影响大。四阶以上的高阶像差对各有症状组的调制传递函数曲线有影响,而这些高阶像差对参考组的调制传递函数已无明显影响。像差的均方根值和调制传递函数曲线是研究术后不良症状的较有效光学手段。     

角膜手术后眼模型的构建和人工晶状体设计

根据角膜屈光手术前的角膜地形图、眼内各组分的轴向间距和波前像差,运用ZEMAX光学设计软件,构建了术前的个性化眼模型.结合角膜屈光手术后实际测量的波前像差,建立了术后个性化眼模型.运用该模型,为角膜屈光手术眼设计了双球面人工晶状体.研究表明:对于角膜屈光手术后人眼,用术后个性化眼模型计算的人工晶状体度数可靠.该模型还能够为术后眼设计矫正像散和其他高阶像差的人工晶状体,同时可以用来评估角膜手术联合白内障术后人眼的光学性能,以及手术中各类偏差对视觉质量的影响.     

不同因素对可调节人工晶体屈光调节力的影响

首先以Hwey-Lan Liou眼模型为基础，根据等效性原则，保持该眼模型中自然晶状体屈光度不变，对无穷远点成像。然后利用ZEMAX实现光线追迹的方法，将自然晶状体替换为可调节人工晶状体（accommodative intraocular lens，AIOL），结合对人眼成像质量影响的分析，研究了AIOL在眼内的移动度、材料、中心厚度、结构、光学面非球面性等因素对其屈光调节力的影响。结果表明:AIOL移动度对其调节力贡献最大,材料、中心厚度、结构对调节力基本无影响；具有非球面光学面的AIOL调节力相对较大。     

有中心缺陷孔的椭圆孔光子晶体光纤传输特性研究

基于超格子构造法,采用全矢量模型研究了具有中心缺陷孔的椭圆光子晶体光纤的传输特性。着重讨论了中心缺陷孔对光纤中基模的模场分布、双折射特性和色散特性的影响。研究表明：与椭圆孔光子晶体光纤相比。由于中心椭圆缺陷孔的引入,使该光纤具有更高的模式双折射。光纤的传输特性对光纤的结构参量和波长具有较强的依赖关系。随着波长和中心缺陷孔的增加。双折射将增大,其模式双折射在10^-3量级。改变光纤的结构参量,可以获得超宽带的色散平坦或异常的色散特性。分析结果显示,当中心孔的尺寸de／D=0．4时。在波长1．55μm附近,可获得近400nm的色散平坦区。     

带像差校正功能的柔性变焦透镜

快照式光谱成像系统可实时获取运动目标的光谱图像,在动态目标跟踪和识别等领域有着迫切的应用需求。快照式光谱成像系统的光谱分辨率与空间分辨率相互制约,针对现有快照式分光成像系统数值孔径小、难以同时实现高光谱分辨率和高空间分辨率的问题,提出了一种基于Dyson同心结构的新型快照式分光成像系统,它具有数值孔径大、成像性能优和结构紧凑等优点;视场离轴和复杂化设计可在保持光学成像性能的同时,增大机械装调空间,具有很好的工程可实施性。优化设计得到的新型快照式分光成像系统的数值孔径达到了0.3,光谱分辨率优于0.54 nm,空间采样点数为112×24。这种高光谱分辨率和高空间分辨率的快照式分光成像系统可为研究对大视场内快速运动目标进行精确探测识别的快照式光谱成像系统提供重要的理论基础。     

用粒子群算法进行单个非球面透镜的球差校正

为设计出符合球差要求的单个非球面透镜,把粒子群算法应用到单个非球面透镜的球差校正中,构造相应的数学模型,并编程实现算法.设计关于非球面高次多项式的顶点曲率半径,高次多项式各项系数,透镜面之间的距离和玻璃折射率等光学系统结构参数的适应度函数,用这个函数作为评价函数,实现对球差的自动校正.给出用粒子群算法进行单个非球面透镜设计的实例,结果证明:粒子群算法用于非球面透镜的球差校正简单有效,能同时校正不同入射高处的球差,且容易发现一系列好的设计结果.从实际光学设计角度呈现使用这种方法进行单个非球面透镜的自动设计分析.     

部分相干光经柱面球差透镜聚焦所产生的焦移

利用Collins公式得出光强均匀部分相干光经柱面球差透镜聚焦后的轴上光强分布,并通过数值模拟的方法研究了入射光的菲涅耳数、相干度和透镜的球差对轴上点光强分布的影响.结果显示,当菲涅耳数较小、空间相干度较小的部分相干光经无球差透镜聚焦时,轴上点光强分布会产生焦移现象,而当部分相干光被球差透镜聚焦时,也会有焦移现象产生.     

球差透镜聚焦部分相干光束获得局域空心光束

基于Collins公式,研究了空间相干度为零阶贝塞耳函数的部分相干光通过球差透镜后在几何焦平面附近的光强分布情况.研究表明,通过改变部分相干光的光谱相干度,球差系数可以得到平顶光束和局域空心光束.球差系数决定了最佳聚焦点的位置.当球差系数为正时,最佳聚焦点随着球差系数的增大向远离透镜的方向运动,甚至超过几何焦点;当球差系数为负时,最佳聚焦点随着球差系数绝对值的增大向靠近透镜方向移动.另外,在正负球差绝对值相等时,光强分布以几何焦点相对称.     

部分相干修正贝塞尔高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

由部分相干光的传输理论出发,对部分相干修正贝塞尔高斯光束通过球差透镜聚焦后轴上光强分布进行了研究.数值计算表明:当光谱相干度较小时,正、负球差对应的最佳聚焦点位于无球差时对应的最佳聚焦点的两侧;当光谱相干度较大时,正、负球差对应的最佳聚焦点将位于无球差时对应的最佳聚焦点的左侧.研究进一步表明,最佳聚焦点随着透镜菲涅耳数的增大向几何焦点方向靠近,并趋于一个定值.当光束菲涅耳数为1时,无球差时对应的最佳聚焦点逐渐趋于0.908,该值与光谱相干度无关,当透镜具有球差时,该值与光谱相干度有关.     

基于固定校正板和透镜阵列的机载共形窗口像差校正

为了校正大扫描视场机载共形窗口引入的像差,提出一种基于固定校正板和透镜阵列的静态校正方法。首先使用固定校正板校正静态像差;然后在像面前安置固定的透镜阵列,利用透镜阵列中的各个透镜单元分别校正不同扫描角度的动态像差;最后基于所提方法设计应用在机载共形光学系统中的像差校正器。设计结果表明,所提方法在±42°的扫描视场范围内能够良好地校正共形窗口引入的像差。与其他动态或静态校正方法相比,所提方法可以实现大扫描视场机载共形光学系统像差的校正,同时降低机载共形光学系统的质量,提高系统的稳定性。     

非球面眼镜片的像差分析和设计

根据非球面眼镜片的赛德尔 (Seidel)初级像差理论 ,分析讨论了在消像散条件下校正球差、彗差和畸变的可能性 ,指出适当优化镜片的形状因子 ,能够获得畸变低于球面镜片的点焦 (即消像散 )非球面镜片。以± 6 .0m- 1 镜片为例 ,给出了校正畸变、点焦、无拐点非球面镜片的设计方法与结果 ,通过性能评价和比较 ,指出非球面镜片的像差校正情况与初级像差理论的分析结果基本一致     

10m大口径薄膜衍射主镜的色差校正技术研究

分析了薄膜衍射主镜的成像性能及色散特性,利用含有衍射面的反射式消色差光路校正了衍射主镜的强色散,使成像系统的工作波段达到40nm、视场达到0.02°,设计了10m口径、115.73m总长的短结构合成孔径薄膜衍射成像系统.结果表明,消色差光路将两边缘波长0.58μm与0.62μm之间的焦距差由5.34m减小到17.27μm.该研究提供了一种薄膜衍射主镜成像系统的设计方案,可为超大口径薄膜衍射成像系统的工程化研究提供参考.     

远视性弱视眼镜中心偏移的像差分析

利用光学设计软件Zemax构建了轴长和角膜前表面曲率不同比例的五种+6.00m-1的远视模型及框架眼镜矫正模型,分析镜片中心产生偏移时的像差情况.结果表明:对于+6.00m-1的远视性弱视而言,当镜片中心偏移大于4mm时,其产生的球差、像散和畸变开始对矫正视力产生影响.镜片偏移带来的球差在轴性远视所占比例高的模型中表现明显,而畸变和像散在各种模型中的作用没有明显差异.在远视性弱视矫正过程中,需要检测角膜曲率及轴长数据,分析其在屈光不正形成中所占的比例,合理选择个性化定制的非球面镜片,从而保证弱视的治疗效果.