入射光的偏振特性对全内反射荧光显微术中荧光激发的影响

基于麦克斯韦的电磁场理论，研究了在全内反射荧光显微术中不同偏振态的入射光所产生的 不同偏振的隐失场以及对不同取向的荧光分子荧光发射的影响.理论分析结果表明，p偏振的 入射场将产生椭圆偏振的隐失场，s偏振的入射场将产生s偏振的隐失场.随着荧光分子三维 取向的不同，这两种隐失场的激发荧光效率也将不同，由此引起荧光发射强度的各向异性分 布.据此特性，可以实现对膜表面分子三维取向的成像. 关键词： 全内反射 荧光显微术 隐失波 偏振态     

全内反射构型下分子在十六烷-水界面取向角度的二次谐波测量

测量了在全内反射条件及非全内反射条件下,两种探针分子在十六烷-水界面上的取向角度.通过详细的偏振分析,发现探针分子在两种构型下的取向角度测量结果一致.表明全内反射条件下,取向角度的测量和偏振分析同样是准确且可行的.     

紧聚焦轴对称矢量光场波前调控及应用

作为光波最重要的本征物理属性之一,光场偏振态在研究光与物质相互作用中占有重要地位。矢量光场的波前调控为其聚焦场提供了更加复杂、更加灵活可控的振幅、相位以及偏振态分布,丰富了光与物质相互作用的手段,为材料表征提供了传统线偏振、圆偏振光场所不可替代的研究方法,具有重要的物理意义和实际应用价值。本文将综述矢量光场最新的研究进展,详细介绍矢量光场的偏振态特性、产生方法,以及紧聚焦轴对称矢量光场波前调控在远场小尺度光斑的产生、磁光记录、单分子/颗粒取向探测、任意三维偏振态的产生、高密度数据存储、信息加密以及矢量光场波前重构等方面的重要应用。     

基于跃迁偶极矩取向特征研究乙醚溶液中分子的各向异性度

利用偏振荧光光谱和偏振激发光谱研究了乙醚溶液中荧光分子跃迁偶极距的取向特征.实验结果表明,在垂直线偏振光照射下,乙醚溶液发射出峰值位于305 nm的荧光谱,对应的最佳激励光波长为256 nm.由偏振激发光谱分析得到荧光体的吸收跃迁偶极矩和发射跃迁偶极矩间夹角α的变化规律,揭示了荧光去偏振过程：在粘性溶液中的荧光分子具有一定的偶极取向,α随激发光波长发生变化,当激发波长接近最佳激发光波长时,吸收跃迁偶极矩和发射跃迁偶极矩间趋于平行,荧光的退偏效果较弱,偏振度最大.研究结果能为分子空间取向特征的理论研究提供参考.     

全内反射荧光显微术

全内反射荧光显微技术是当今世界上最具前途的新型生物光学显微技术之一 ,可以用来实现对单个荧光分子的直接探测。它利用全内反射产生的隐失波照明样品 ,使照明区域限定在样品表面的一薄层范围内 ,因此具有其它光学成像技术无法比拟的高的信噪比和对比度。近年来 ,已被生物物理学家们广泛应用于单分子的荧光成像中。本文系统的介绍了全内反射荧光显微技术的原理、国内外的发展和现状及其在生物学上的应用 ,并对其未来做了展望。     

基于含楔角非线性晶体的高纠缠度纠缠源

连续变量Einstein-Podolsky-Rosen纠缠态光场可由工作在阈值以下的非简并光学参量放大器获得,输入耦合镜、输出耦合镜及非线性晶体等光学元件对于偏振方向相互垂直的两束光场的镀膜参数存在差异,具体表现为输出耦合镜的光学镀膜对偏振方向相互垂直的输出光场的透射率不同。结合实验,详细讨论了镀膜参数差异对纠缠度的影响,为进一步提高纠缠态光场的纠缠度提供了参考。     

正交偏振干涉的矢量光场分析和检测

在大学物理中,光的干涉和衍射现象是描述光的粒子性和波动性非常常见的内容。那么光的干涉需满足相干条件,即两束光具有相同的偏振态、相同的频率和固定的相位差。因此,在标量衍射理论中,完全正交偏振的光不能够发生干涉现象。为拓展和探究正交偏振态下两束光相遇时光场的矢量变化,本文构建了基于马赫-曾德尔配置的正交偏振光(即正交线偏振和正交圆偏振)相干涉而产生的光场,利用检偏器检测光场的矢量特征及条纹分布情况。结果表明正交偏振光相干涉产生了周期性的矢量光场。该研究能够帮助学生更加直观的掌握波片及偏振片调制不同偏振态的光束并实现矢量光场的检测和分析。     

全内反射荧光显微术

全内反射荧光显微技术是当今世界上最具前途的新型生物光学显微技术之一，可以用来实现对单个荧光分子的直接探测。它利用全内反射产生的隐失波照明样品，使照明区域限定在样品表面的一薄层范围内，因此具有其它光学成像技术无法比拟的高的信噪比和对比度。近上来，已被生物物理学家们广泛应用于单分子的荧光成像中。本文系统的介绍了全内反射荧光显微技术的原理。国内外的发展和现状及其在生物学上的应用，并对其未来做了展望。     

基于全内反射光子晶体多模波导偏振无关型光分束器

研究了全内反射在光子晶体多模波导中的作用,利用常规的耦合模理论对对称入射时的多模干涉行为和自映射现象进行了讨论和分析.研究表明,输入光场依然能沿着多模导光区高效的传输,这种结构中的光场传输是由全内反射和布喇格反射的联合作用而决定的.设计了一种全内反射偏振无关型光分束器,这种分束器在集成光学中具有重大的潜在应用价值.     

固体浸没透镜出射光场偏振特性研究

在固体浸没透镜近场光存储中, 光的偏振对近场光场分布具有很大的影响. 采用三维时域有限差分法, 对聚焦线偏振高斯光束通过固体浸没透镜后焦平面上各分量场分布及距离焦平面不同位置光斑图样进行了模拟. 结果表明在焦平面上及距离焦平面较近的近场区域, 出射光场在与入射光偏振垂直方向出现显著的场增强现象, 从而使光斑图样呈近似椭圆分布; 而在距焦平面较远的远场区域光斑图样趋向圆形对称分布.     

Proposition of Single Molecular Orientation Determination Using polarization Controlled Beam by Liquid Crystal Spatial Light Modulators

We have proposed a method to control the three-dimensional electric field in the focus of an optical microscope using two non-twisted liquid crystal spatial light modulators, and to detect the molecular orientation of a single molecule. The three-dimensional electric field is generated by focusing the beam with two dimensional spatial distribution of polarization. The possibility of detection of three-dimensional single molecular orientation was shown by numerical calculations. © 2005 The Optical Society of Japan     

Rapid determination of the three-dimensional orientation of single molecules

A technique is proposed for determination of the three-dimensional orientation of the transition dipoles of single molecules by use of polarization-sensitive detection of fluorescence through a high-N.A. objective. Molecular orientation can be determined uniquely and rapidly based on the counts from three detectors that are sensitive to different polarizations of light.     

多棱镜分光系统的多光束光轴平行度校准

闪电场景模拟系统中需要不同强度分布的光轴平行的多路光束,多棱镜分光系统能够实现平行光束增宽和强度分布调制。为获取彼此平行的多路光束,采用五棱镜扫描法完成等间隔分布的四棱镜分光系统的多光束光轴平行度检测,通过ＣＣＤ采集返回的与特定光轴位置信息有关的光点光强分布,并编制相关的软件计算质心偏差,为分光棱镜的定位装校提供直观准确的反馈信息,装校装置具有简单方便的特点。装校后的四棱镜分光系统在x、y、z 3个方向上的光轴匹配精度分别小于３、４和４．５,4束平行光的光强之比约为８∶４∶２∶１。进一步提高ＣＣＤ分辨率和增大成像物镜Ｌ的焦距后,光轴的匹配精度可以达到秒量级。     

The influence of unipolar axial magnetic field on the behavior of vacuum arcs

The behavior of vacuum arcs under the influence of unipolar axial magnetic field (AMF) has been investigated. In experimental investigations, the vacuum arc mode is studied at different arc currents by using high-speed charge-coupled device (CCD) video images. In spite of the AMF, first sign of arc constriction appears at relatively small currents of about 15 kA (RMS). Three different arc modes were found. Based on generalized Ohm's law, the current density distribution in the vacuum arc with unipolar axial magnetic field is computed using three-dimensional finite-element method (FEM) software. The calculated current distribution is confirmed by the vacuum arc appearance taken from CCD video film. The distribution of AMF can be optimized by such experiments and theoretical analysis.     

电子学全息干涉术用于温度场测量

探讨了用电子学全息干涉术（双称数字全息干涉术）测量温度场分布及其变化的可行性，利用所设计的全息干涉实验光路，对一电烙铁头部周围温度场分布进行了实时全息记录，进而利用一维快速傅里叶变换及数字滤波处理再现出了反映温度场分布的全息干涉条纹图样，实验结果表明，与传统的光学全息干涉术相比，电子学全息干涉术借助于高分辨率CCD记录及高速计算机数字处理技术，从而可实现光学全息图的数字化记录、存储和重现。同时，利用再现物场相位倍增原理还可实现对干涉条纹数目的倍增，或利用物场相位分布的直接计算精确获取任意两点间的相位差，从而提高测量精度。此外，由于能够在不改变光路的前提下以较高的重复频率完成光学全息图的记录，电子学全息干涉术可以用于记录三维物场的变化并接近实时地再现和测量三维物场的变化规律，因此是一种极有发展前途的新型实时全息干涉计量技术。     

Nonsequential double ionization of the aligned hydrogen molecule in strong field

This paper studies the nonsequential double ionization(NSDI) process of diatomic molecules aligned parallel and perpendicular to an intense linearly polarized laser field by using a three-dimensional semiclassical model.With this model,it achieves insight into the ion momentum distribution under the combined influence of a two-centre Coulomb potential and an intense laser field,and this result shows the significant influence of molecular alignment on the ratio between double and single ionization rate.Careful investigations show that the NSDI process for different alignment molecules has a close relation to the laser intensity and the different bounding electron distribution has a significant influence on the final ion momentum distribution.     

静电六极装置电场分布的数值计算方法及在N2O分子转动态选择、取向中的应用

阐述求解极性分子转动态选择及取向静电六极装置中势能分布、电场分布的数值计算方法.为了获得电场分布公式,需通过数值迭代求解势能满足的Laplace方程,获取数值分布点,通过数值分布点,由待定系数的多级展开势能解析表达式进行最小二乘拟合获得势能分布公式,由势能对空间向量的微分获得电场分布.分子在六极电场中的运行轨迹采用经典Newton方程描述,并通过四阶龙格-库塔方法(Four Order Runge-Kutta Method)实现数值求解,其中能量处理采用量子力学方法.应用此方法给出静电六极装置的电场分布公式,运用获得的电场分布公式计算和讨论电场对极性分子N₂O的静电六极转动态选择、取向所带来的影响.     

车载光电系统电视摄像机光学系统设计及杂散光分析

设计了一款双视场电视摄像机,小视场用于对目标的跟踪,大视场用于捕获和观察目标,两视场光学系统的传递函数MTF在50 lp/mm频率处均大于0.6,点列斑直径均小于像元尺寸5.5 μm,畸变均小于0.1%。两视场共用一个面阵CCD成像器件,通过分光棱镜分光。由于在该光学系统中分光棱镜表面反射会产生杂散光,形成鬼像。因此,利用LightTools软件对系统进行了杂散光的仿真分析。分析结果表明:大视场的半视场角在5.7°～7.6°之间和小视场的半视场角在2.6°～3.5°之间的入射光线被分光棱镜下表面反射后,以及小视场的半视场角在-2.7°～-3.5°之间的入射光线被分光棱镜后表面反射后, 变成杂散光,聚焦到像面, 形成鬼像,采用在分光棱镜后方设置消杂光光栏的方法来抑制杂散光。验证结果表明,仿真分析准确,提出的消杂光措施有效。     

Determination of the three-dimensional orientation of single molecules

A simple method for real-time determination of the full three-dimensional orientation of the emission dipole of single molecules is presented. Introduction of a pi phase step in the back focal plane of the collector lens breaks the inherent symmetry, allowing the longitudinal dipole component to be measured. Experimental tolerances and the consequence of a nonzero bandwidth emission spectrum are also discussed. The scheme also allows for the longitudinal component of an electric field to be found experimentally.     

Orientational imaging of single molecules by annular illumination

The absorption dipole orientation of single fluorescent molecules is determined by mapping the spatial distribution of the squared electric field components in a high-numerical-aperture laser focus. Annular illumination geometry and the vicinity of a plane dielectric/air interface strongly enhance the longitudinal field component and the transverse fields perpendicular to the polarization direction. As a result, all three excitation field components in the focus are of comparable magnitude. The scheme holds promise to monitor rotational diffusion of single molecules in complex environments.