Propagazione di luce in mezzi disordinati: Misure di trasporto diffusivo tramite imaging stazionario

Nel presente lavoro di tesi è stato effettuato uno studio del trasporto di luce in sistemi diffusivi. Per effettuare tale studio è stato allestito un apparato sperimentale ottimizzato per acquisire profili di trasmissione risolti spazialmente di campioni con geometria a slab. Tramite delle misure su un campione diffusivo di riferimento è stato valutato il funzionamento dell’apparato e sono stati effettuati dei test per ottimizzare il procedimento di misurazione. L’apparato è stato poi impiegato per condurre un’analisi del trasporto in un altro sistema disordinato particolarmente interessante, una scaglia di scarafaggio bianco Chyphochilus. Questa specie presenta una bianchezza unica in natura, per via della particolare struttura ottica insita nelle sue scaglie. Le misure effettuate su questo campione hanno rivelato la presenza di anisotropia di trasporto, elemento che potrebbe rivestire un ruolo centrale nelle eccezionali proprietà macroscopiche della scaglia. Sia l’analisi sul campione diffusivo che sulla scaglia di Chyphochilus dimostrano come l’apparato messo a punto permetta di investigare le proprietà microscopiche e strutturali del processo di trasporto di luce, consentendo di stimare il grado di anisotropia dei sistemi esaminati. L’intero lavoro di tesi è stato svolto presso il laboratorio Europeo di Spettroscopia Non-lineare LENS di Firenze all’interno dell’attività di ricerca del gruppo di ottica dei sistemi complessi di Diederik Wiersma. Il campione di scaglia di Chyphochilus è stato fornito dal prof. Peter Vukusic dell’Università di Exeter, UK.

Dopamine and visually regulated eye growth in chick

Retinal image properties such as contrast and spatial frequency play important roles in the development of normal vision. For example, visual environments comprised solely of low contrast and/or low spatial frequencies induce myopia. The visual image is processed by the retina and it then locally controls eye growth. In terms of the retinal neurotransmitters that link visual stimuli to eye growth, there is strong evidence to suggest involvement of the retinal dopamine (DA) system. For example, effectively increasing retinal DA levels by using DA agonists can suppress the development of form-deprivation myopia (FDM). However, whether visual feedback controls eye growth by modulating retinal DA release, and/or some other factors, is still being elucidated. This thesis is chiefly concerned with the relationship between the dopaminergic system and retinal image properties in eye growth control. More specifically, whether the amount of retinal DA release reduces as the complexity of the image degrades was determined. For example, we investigated whether the level of retinal DA release decreased as image contrast decreased. In addition, the effects of spatial frequency, spatial energy distribution slope, and spatial phase on retinal DA release and eye growth were examined. When chicks were 8-days-old, a cone-lens imaging system was applied monocularly (+30 D, 3.3 cm cone). A short-term treatment period (6 hr) and a longer-term treatment period (4.5 days) were used. The short-term treatment tests for the acute reduction in DA release by the visual stimulus, as is seen with diffusers and lenses, whereas the 4.5 day point tests for reduction in DA release after more prolonged exposure to the visual stimulus. In the contrast study, 1.35 cyc/deg square wave grating targets of 95%, 67%, 45%, 12% or 4.2% contrast were used. Blank (0% contrast) targets were included for comparison. In the spatial frequency study, both sine and square wave grating targets with either 0.017 cyc/deg and 0.13 cyc/deg fundamental spatial frequencies and 95% contrast were used. In the spectral slope study, 30% root-mean-squared (RMS) contrast fractal noise targets with spectral fall-off of 1/f0.5, 1/f and 1/f2 were used. In the spatial alignment study, a structured Maltese cross (MX) target, a structured circular patterned (C) target and the scrambled versions of these two targets (SMX and SC) were used. Each treatment group comprised 6 chicks for ocular biometry (refraction and ocular dimension measurement) and 4 for analysis of retinal DA release. Vitreal dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC) was analysed through ion-paired reversed phase high performance liquid chromatography with electrochemical detection (HPLC-ED), as a measure of retinal DA release. For the comparison between retinal DA release and eye growth, large reductions in retinal DA release possibly due to the decreased light level inside the cone-lens imaging system were observed across all treated eyes while only those exposed to low contrast, low spatial frequency sine wave grating, 1/f2, C and SC targets had myopic shifts in refraction. Amongst these treatment groups, no acute effect was observed and longer-term effects were only found in the low contrast and 1/f2 groups. These findings suggest that retinal DA release does not causally link visual stimuli properties to eye growth, and these target induced changes in refractive development are not dependent on the level of retinal DA release. Retinal dopaminergic cells might be affected indirectly via other retinal cells that immediately respond to changes in the image contrast of the retinal image.

激光光束实时监测与自动准直系统设计

设计了一个激光光斑实时监测与光路自动准直装置,能够实时监测激光光斑并自动准直激光输出方向。基于透镜成像原理,使用CCD探测器获得光斑的二维成像,并根据两点确定一条直线原理和使用压电陶瓷电动调整架实现光路自动准直;监测控制程序采用虚拟仪器开发软件Lab View编写,可以实时监测激光光斑模式与光斑位置抖动情况,并进行反馈控制。经测试,设计装置的调整精度达0.5μrad,反馈控制频率约1 Hz,完全可降低或消除抖动周期在1 s以上的光斑飘移。

基于安全芯片的防伪数码相机

为了改进现有防伪数码相机不能处理通过翻拍伪造数码照片的缺陷,提出了一种新的基于安全芯片的防伪数码相机架构。在拍摄时将所拍摄的区域分成多个小单元,并用对焦测距系统测量各个单元到相机的距离。用安全芯片对图像元数据、图像内容及距离信息进行数字签名,并将签名内容及距离信息都保存在图像文件的元数据里。通过验证数字签名有效且距离信息不完全相等来保证图片的真实可信。该防伪数码相机能同时发现照片在拍摄后被篡改和翻拍问题,所拍摄照片真实可信。

X-Ray Free-Electron Lasers

Recenti sviluppi nella progettazione di impianti di luce di sincrotrone di quarta generazione riguardano la produzione di fasci di luce nella banda dei raggi X con elevate caratteristiche in termini di brillanza, coerenza e impulsi estremamente brevi ( femtosecondo ) . I principali schemi per la produzione della radiazione XFEL riguardano l’impiego di ondulatori con differenti modalità di seeding. L’utilizzo dei fasci di radiazione XFEL nelle linee di luce per applicazioni di imaging, spettroscopia e diffrazione, ha determinato un costante sforzo sia nello sviluppo di dispositivi ottici in grado di selezionare e focalizzare il fascio su dimensioni nanometriche, che nella sperimentazione di tecniche “lensless” in grado di superare i limiti imposti dall’utilizzo di tali dispositivi . I risultati ottenuti nella produzione dei fasci hanno consentito nuove possibilità di indagine nella struttura dei materiali su distanze atomiche nella definizione, senza precedenti di dettagli su scale temporali del femtosecondo, permettendo lo studio, non solo di strutture atomiche in condizioni di equilibrio stabile quanto di stati della materia velocemente dinamici e di non equilibrio. CXDI e Spettroscopia Strutturale Ultraveloce risolte in tempo sono alcune delle tecniche in cui l’utilizzo della radiazione XFEL apre nuove possibilità di indagine agli stati transienti della materia permettendo la ricostruzione della dinamica di processi chimico –fisici su intervalli temporali finora inaccessibili .

Studio dell'influenza dei parametri di processo nella tempra laser di acciaio C48

Il presente lavoro di tesi si propone di analizzare l’influenza dei parametri caratteristici di una macchina laser temprante. Il materiale su cui sono state effettuate le prove è un acciaio C48 . Il lavoro è suddiviso nelle seguenti fasi : Studio delle sorgenti laser Prove in laboratorio Preparazione e studio metallografico dei campioni Analisi dei risultati Nei primi tre capitoli verranno esposte, in maniera più o meno dettagliata, le nozioni teoriche riguardanti le sorgenti laser, sul quale verte il lavoro di tesi. Nel dettaglio verranno descritte: la natura fisica delle sorgenti laser, ossia delle onde elettromagnetiche, le loro proprietà, la sorgente più comune dal punto di vista industriale, i sistemi di trasporto e di focalizzazione del fascio in fibra ottica e l’interazione laser-materia, che rappresenta il punto di partenza delle lavorazioni mediante laser. Successivamente, nel capitolo 4, l’esposizione verterà sul particolare impiego del laser nelle operazioni di tempra. nel capitolo 5, verrà descritta l’attività svolta: le specifiche della macchina, i parametri dell’impulso utilizzati, i risultati numerici delle misurazioni e le foto delle zone temprate. Per rendere più chiaro il seguito, passerò ad una piccola parte introduttiva, che verrà poi approfondita nel dettaglio successivamente, sui principali campi d’impiego della tecnologia laser, le applicazioni industriali ed i componenti di una generica stazione di lavorazione mediante laser.

Dispositivi ottici per la misura di corrente e di tensione

In questa tesi vengono analizzati i principi fisici che stanno alla base dei dispositivi ottici di misura di tensioni e di correnti e, in particolare, vengono presentate le differenti soluzioni tecnologiche investigate dai produttori. La trattazione si concentra principalmente sulle tecniche di misura polarimetriche, che riguardano mutamenti indotti nello stato di polarizzazione della luce, mentre essa viaggia attraverso una fibra ottica, a causa di fenomeni esterni di interesse (come campi magnetici o elettrici). Le tecniche ottiche di misura, in futuro, avranno ruoli sempre più predominanti nel settore della fornitura di energia elettrica, dove offrono miglioramenti in sensibilità e prestazioni, rispetto ai convenzionali sistemi, riducendo inoltre i costi grazie alla minima richiesta di isolamento. Esistono, però, ancora dei problemi da risolvere come l'influenza della temperatura ambientale nella misura o l'affidabilità dei dispositivi per lunghi funzionamenti.

Repeatability and validity of lens densitometry measured with Scheimpflug imaging

Purpose To assess the repeatability and validity of lens densitometry derived from the Pentacam Scheimpflug imaging system. Setting Eye Clinic, Queensland University of Technology, Brisbane, Australia. Methods This prospective cross-sectional study evaluated 1 eye of subjects with or without cataract. Scheimpflug measurements and slitlamp and retroillumination photographs were taken through a dilated pupil. Lenses were graded with the Lens Opacities Classification System III. Intraobserver and interobserver reliability of 3 observers performing 3 repeated Scheimpflug lens densitometry measurements each was assessed. Three lens densitometry metrics were evaluated: linear, for which a line was drawn through the visual axis and a mean lens densitometry value given; peak, which is the point at which lens densitometry is greatest on the densitogram; 3-dimensional (3D), in which a fixed, circular 3.0 mm area of the lens is selected and a mean lens densitometry value given. Bland and Altman analysis of repeatability for multiple measures was applied; results were reported as the repeatability coefficient and relative repeatability (RR). Results Twenty eyes were evaluated. Repeatability was high. Overall, interobserver repeatability was marginally lower than intraobserver repeatability. The peak was the least reliable metric (RR 37.31%) and 3D, the most reliable (RR 5.88%). Intraobserver and interobserver lens densitometry values in the cataract group were slightly less repeatable than in the noncataract group. Conclusion The intraobserver and interobserver repeatability of Scheimpflug lens densitometry was high in eyes with cataract and eyes without cataract, which supports the use of automated lens density scoring using the Scheimpflug system evaluated in the study

Imaging of human lens lipids by desorption electrospray ionization mass spectrometry

The lipid composition of the human lens is distinct from most other tissues in that it is high in dihydrosphingomyelin and the most abundant glycerophospholipids in the lens are unusual 1-O-alkyl-ether linked phosphatidylethanolamines and phosphatidylserines. In this study, desorption electrospray ionization (DESI) mass spectrometry-imaging was used to determine the distribution of these lipids in the human lens along with other lipids including, ceramides, ceramide-1-phosphates, and lyso 1-O-alkyl ethers. To achieve this, 25 μm lens slices were mounted onto glass slides and analyzed using a linear ion-trap mass spectrometer equipped with a custom-built, 2-D automated DESI source. In contrast to other tissues that have been previously analyzed by DESI, the presence of a strong acid in the spray solvent was required to desorb lipids directly from lens tissue. Distinctive distributions were observed for [M + H]+ ions arising from each lipid class. Of particular interest were ionized 1-O-alkyl phosphatidylethanolamines and phosphatidylserines, PE (18:1e/18:1), and PS (18:1e/18:1), which were found in a thin ring in the outermost region of the lens. This distribution was confirmed by quantitative analysis of lenses that were sectioned into four distinct regions (outer, barrier, inner, and core), extracted and analyzed by electrospray ionization tandem mass spectrometry. DESI-imaging also revealed a complementary distribution for the structurally-related lyso 1-O-alkyl phosphatidylethanolamine, LPE (18:1e), which was localized closer to the centre of the lens. The data obtained in this study indicate that DESI-imaging is a powerful tool for determining the spatial distribution of human lens lipids. © 2010 American Society for Mass Spectrometry.

Scheimpflug imaging of the post lens tear film during contact lens wear

A new imaging methodology is described to visualise the post lens tear film (PLTF) during contact lens wear. A rotating-Scheimpflug camera in combination with sodium fluorescein allows evaluation of the PLTF for different contact lens modalities, including mini-scleral, rigid gas permeable (RGP) and soft contact lenses. This imaging technique provides an extension of the instrument’s current functionality. The potential advantages and limitations of the technique are discussed.

Imaging of dipole sources and transfer of modulated signals using phase conjugating lens techniques

The authors discuss the imaging properties and transfer of amplitude and phase-modulated signals through a phase conjugating lens (PCL). The authors outline the mechanisms of the near-field and far-field subwavelength imaging of Hertzian dipole sources using PCL, particularly the authors show that one-dimensional subwavelength resolution of multiple sources is possible in the far-field using a PCL augmented with specially designed scatterers located in both the adjacent vicinity of the sources and in the mirror symmetric positions in the image plane. These scatterers enable evanescent-to-propagating spectrum and its dual, propagating-to-evanescent, field conversion. Thus, the subwavelength information encoded into propagating waves on the source side can be extracted on the image side. Next, for the first time the transfer of amplitude and phase modulated signals through a PCL augmented with evanescent-to-propagating spectrum conversion is discussed and it has been demonstrated that multiple amplitude or phase modulated dipole sources can be distinguished in the far-field with subwavelength resolution without the necessity for numerical post-processing of the received data. From the study conducted here, it is concluded that a system of transmitters/receivers augmented with a PCL and appropriate scatterers operates without the need for any numerical processing of the receive data in order to separate channel information from very close proximity stations.