Разработка методов исследования оптических сред на основе эффекта фотоупругости

• Автор: Шеломова, Ольга Анатольевна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 145 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЭФФЕКТ ФОТОУПРУГОСТИ В ОПТИЧЕСКИХ СРЕДАХ И МЕТОДЫ

ЕГО ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ влияния наведенной оптической анизотропии на работу оптических

систем
1.2. Поляризационно-оптические методы контроля напряженно-деформированного состояния оптических деталей

1.2.1. Полярископические методы

1.2.2. Эллипсометрические методы .1^

1.3. Выбор и обоснование объектов исследования

ГЛАВА 2. ЭФФЕКТ ФОТОУПРУГОСТИ В ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОЙ
ДИАГНОСТИКЕ
2.1. Технические и медико-биологические особенности объекта
исследования
2.1.1. Оптическая система глаза человека
2.1.2. Оптическая неоднородность роговицы глаза
2.2. Тонометрия внутриглазного давления
2.3. Анализ напряженного состояния и распределения двулучепреломления роговицы глаза человека методом отражательной полярископии
Выводы
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО
СОСТОЯНИЯ ФИБРОЗНОЙ ОБОЛОЧКИ ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА
3.1. Разработка модели с равнотолщииной изотропной фиброзной оболочкой
3.1.1. Модель напряженного состояния роговицы при действии внутриглазного давления на фиброзную оболочку глаза сферической формы
3.1.2. Модель напряженного состояния роговицы при действии внутриглазного давления на фиброзную оболочку глаза в форме системы двух незамкнутых сферических оболочек

3.1.3. Модель напряженного состояния роговицы при действии внутриглазного давления и прямых глазодвигательных мышц на фиброзную оболочку глаза сферической формы
3.1.4. Модель напряженного состояния роговицы при действии внутриглазного давления и прямых глазодвигательных мышц на фиброзную оболочку глаза
в форме системы двух незамкнутых сферических оболочек
3.2. Расчет пространственного распределения интенсивности света при интерференции поляризованных лучей
3.3. Влияние напряженно-деформированного состояния роговицы глаза человека на оптические и геометрические характеристики зрительной системы
Выводы
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО
СОСТОЯНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
4.1. Характеристики сред элементов клеевых соединений
4.2. Причины возникновения и особенности напряженно-деформированного состояния оптических клеевых соединений
4.3. Одноосное приближение напряженного состояния в областях подложек вблизи
слоя клея для эллипсометрических исследований
4.4. Экспериментальное исследование наведенной оптической анизотропии оптических склеек методом лучевого зондирования
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение. Результаты лучевого зондирования клеевых соединений

ВВЕДЕНИЕ
Эффект фотоупругости, заключающийся в изменении оптических свойств среды под действием механических напряжений, может оказывать существенное влияние на работу оптических приборов и систем.
В связи с этим представляет интерес исследование влияния оптической анизотропии, вызванной эффектом фотоупругости, в различных оптических средах.
В данной работе в качестве объектов исследования выбраны роговица глаза человека и оптическое клеевое соединение. Эти разнородные объекты объединяет зависимость их оптических свойств от характера внутренних механических напряжений. Теоретические и экспериментальные методы исследования свойств столь отличающихся объектов, основанные на теории эффекта фотоупругости, одинаково эффективно могут быть применены как для биологических, так и для технических сред.
При диагностике глаукомы большое значение приобретает возможность бесконтактного измерения внутриглазного давления (ВГД). Традиционные пути решения этой проблемы, основанные на использовании дорогостоящих оптико-электронных систем, оказываются возможными лишь для ограниченного набора реальных ситуаций, что сужает возможности их практического применения и снижает эффективность борьбы с опасным заболеванием.
Новым подходом к реализации указанной задачи может быть использование экспериментально наблюдаемой картины интерференции поляризованных лучей света, дважды прошедших роговицу. Наблюдаемая картина отображает оптическую анизотропию свойств биоткани, связанную с эффектом фотоупругости. Незначительные изменения физиологических параметров организма приводят к существенному перераспределению интенсивности в наблюдаемой интерференционной картине. Это свойство может быть положено в основу создания приборов для бесконтактного измерения ВГД, что является актуальной задачей, связанной с необходимостью массового обследования населения, превысившего сорокалетний возраст.
Развитие лапароскопической хирургии связано с совершенствованием качества транслируемого изображения средствами эндоскопии. Особенностью конструкции такого рода оптических приборов является наличие большого количества оптических склеек. Каждое из таких клеевых соединений характеризуется присутствием механических напряжений, определяющих оптическую анизотропию. Пространственное распределение неоднородности показателя преломления в значительной степени определяется технологией склеивания.

Хрусталик является неоднородным телом с различной кривизной передней и задней поверхности. Оптическая сила хрусталика изменяется в пределах 9...33 дптр за счет уменьшения радиуса кривизны, главным образом его передней поверхности в процессе аккомодации под действием ресничной мышцы, и взаимного перемещения слоев тела хрусталика, обладающих различными показателями преломления [52, 54, 57, 72]. Перемещение слоев тела хрусталика увеличивает роль его ядра (и,= 1,41) в центральной зоне, благодаря чему в этой зоне возрастает преломляющая сила хрусталика.
Входной зрачок глаза почти совпадает с его реальным зрачком, диаметр которого может изменяться с помощью радужной оболочки, регулируя тем самым величину светового потока, попадающего в глаз [52, 54, 57].
Часто оптическую силу задней поверхности роговицы не учитывают, поскольку показатели преломления биоткани роговицы и внутриглазной жидкости в передней камере близки.
На основании приведенных выше данных роговую оболочку глаза можно представить как отрицательный выпукло-вогнутый мениск с г - 7,7 мм, г г - 6,8 мм, с!. = 0,5 мм и п р = 1,37. Характеристики линзы роговицы при условии ее нахождения в воздухе и при одностороннем контакте с внутриглазной жидкостью приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1.
Основные параметры линзы роговицы
Наименование параметра Условное обозначение Численное значение
п 1 = п X— 1, «2=1,37 п | = 1, «2 =1,37, и3= 1,
переднее фокусное расстояние / 184,994 мм -23,670 мм
заднее фокусное расстояние /' -184,994 мм 31,462 мм
оптическая сила линзы Ф -5,406 дптр 42 дптр
переднее вершинное фокусное расстояние .У Г 188,667 мм -23,707 мм
заднее вершинное фокусное расстояние ,, г Г $ I? -181,750 мм 30,911 мм