激光单分子探测的实验研究

单分子探测技术是一项超高灵敏度的探测技术，在生物、医学和环境等领域有着广泛的应用。在这里，本文简要介绍了基于激光诱发荧光方法的单分子探测谱仪的原理和装置，以及用ＣＣ５染料分子在该探测谱仪上进行的若干实验研究结果，包括样品流速的影响、能量特性、浓度线性、检测限等方面，并讨论了光漂白现象对实验结果的影响。     

双光子激发钠分子荧光寿命的测量

本文研究了钠分子高位三重态荧光寿命的测量方法。利用倍频晶体模拟等频双光子激发过程和对荧光衰变曲线求卷积的数值计算方法。有效地消除了测量仪器响应函数的影响,测量了Na_2高位三重态2~3∏_g→a~3∑_u~+的荧光寿命。     

双光子激发时间分辨荧光光谱测量技术

建立了一台基于高重复频率扫描相机的双光子激发时间分辨荧光光谱测量系统，能够同时测量样品的荧光光谱和寿命. 该系统的时间分辨率为6.5—200ps，光谱分辨率为1—3nm，能够实现快速数据采集以及可靠和可重复的寿命和光谱测量. 利用标准荧光染料(若丹明6G、香豆素314)及其混合溶液对该系统进行了测试，所得到的荧光光谱分布和寿命值与文献报道一致. 实验结果表明，该系统能有效区分多组分荧光团. 这为鉴别多荧光团或多组分生物组织提供了一种独特的对比方法，可用于多光谱分辨荧光寿命成像和荧光共振能量转移成像等方面. 关键词： 荧光寿命 荧光光谱 双光子激发 高重复频率扫描相机     

双光子激发SO2气体激光诱导色散荧光光谱研究

以脉冲染料激光器579 nm激光为激发源,采用双光子激光诱导色散荧光光谱方法,对SO2分子第一激发带A对称电子态的激发及复杂退激发过程进行了实验研究.基态SO2分子吸收两个579 nm光子被激发至A1A2态,通过能量内转换或碰撞弛豫实现在A1 A2,B1 B1与a3B1态多个振转能级的再布居.三个电子态基振动能级向基态X1A1不同振动能级跃迁形成了305和425 nm处荧光包络与以347nm为中心的规则序列.另外,还观测到了SO2分子的三光子激发过程X1A1 →C1B2,此激发产生了200～278nm处的荧光包络和425nm处的谱线叠加现象.由实验数据计算出了SO2分子有关电子态的对称振动和弯曲振动模式的基振动角频率及非谐性常数.     

一种新型双光子激发荧光开关

本刊讯绿色荧光蛋白是近几十年来生物医学研究热点，并在2008年获得诺贝尔化学奖。实际上，通过基因重组可以得到蓝、绿、橙和红等各种不同颜色的荧光蛋白，还可以得到具有光响应或光开关的荧光蛋白。与普通荧光蛋白比较，光响应荧光蛋白表现出光致变色荧光或光致可逆荧光特征。     

激光单分子探测技术的研究

文中介绍利用激光激发分子荧光的方法探测液体中单个染料分子的新技术，以及作者自行设计和研制的激光单分子探测谱仪。通过探测“光子爆发”，把单个染料分子的荧光同很强的背景杂散光区别开来。进一步用８２ＭＨｚ高重复频率的锁模激光器和时间门符合技术，成功地消除了Ｒａｍａｎ散射光。目前该谱仪达到的检测限为灵敏区内仅有～７个Ｒ６Ｇ分子。     

单分子的荧光特性及其在生物学上的应用

近年来,单分子探测在许多学科领域的研究取得了显著的进展。它为科学家提供了一种新的手段来研究这些领域的前沿课题。光学和光谱技术是单分子探测最常用的方法之一。单个分子的荧光强度的涨落及其荧光的偏振特性是单分子荧光的重要特征,在单分子探测的广泛应用中,人们正是利用这种单个分子的重要特征来研究和推测生物大分子的结构和功能。文章简要介绍了单分子的荧光特点、探测方法及其在生物学中的应用。     

H2O和HLi分子的双光子激发

用全相对论量子力学计算H2O和HLi的双光子偶极激发。为对比起见,同时用非相对论的对称匹配团族-组态相互作用法(SAC-CI)计算其单光子激发。对于无对称中心的H2O和HLi,符合相应群的对称选择原则。双光子跃迁几率一般比单光子跃迁的小3～5个数量级。在计算双光子偶极激发时,应采用同时包含了空间的对称性和时间反转对称性的全相对论。     

多色双光子激发荧光显微技术实验研究

双光子激发荧光(two-photon excited fluorescence, TPEF)显微是一种非线性光学显微技术, 具有高的时间分辨率和空间分辨率、高的信噪比和固有的三维层析分辨能力等优点. 传统的TPEF显微一般采用波长可调谐的超短脉冲激光器作为光源. 在实际应用中, 利用TPEF显微技术研究含有多种荧光团或未知成分的待测样品, 往往需要多次改变激发光的波长以获得对各种荧光团的最佳激发. 为了同时获取不同荧光团的荧光信号, 利用超连续谱激光光源实现了多色TPEF显微成像, 实验中无需调节波长, 能够同时获得具有两种不同发射波长的荧光标记的铃兰根茎切片样品的TPEF图像. 实验结果表明, 与传统的TPEF显微相比, 该方法能够同时获取含有多种荧光团的待测样品的高对比度TPEF图像, 具有系统结构简单、操作简便、信息量大等优点, 在生物医学和材料科学等领域具有广阔的应用前景.     

Femtosecond pulse duration measurement by two-photon fluorescence detection

The two-photon absorption induced fluorescence in a methanolic rhodamine 6G solution is used to measure the pulse duration of a cw femtosecond Kerr–lens mode-locked Ti:sapphire laser by a Michelson-interferometer-type autocorrelator arrangement. Interference-free autocorrelation traces are obtained by correlating perpendicular polarized pulses. The two-photon polarization parameter of rhodamine 6G is determined by contrast ratio measurement. The time resolution limits are discussed.     

Light quenching of tetraphenylbutadiene fluorescence observed during two-photon excitation

We observed the steady-state and time-resolved emission of tetraphenylbutadiene (TPB) whea excited by simultaneous absorption of two photons (514 to 610 nm). The intensity initially increased quadratically with laser power, as expected for a two-photon process. At higher laser powers the intensity increases in TPB were subquadratic. The intensity and anisotropy decay times of TPB were unchanged under the locally intense illumination. Importantly, the time zero anisotropy of TPB was decreased under conditions where the intensity was subquadratic. Furthermore, the subquadratic dependence on incident power was not observed for two-photon excitation of 2,5-diphenyloxazole (PPO), for which the incident wavelength does not overlap with the emission spectrum. These results are consistent with stimulated emission (light quenching) of TPB at high laser intensities. The phenomenon of light quenching may be important for other fluorophores used in biochemical research, particularly for the high local intensities used for two-photon excitation.     

Crossed-coil detection of two-photon excited nuclear quadrupole resonance

Applying a recently developed theoretical framework for determining two-photon excitation Hamiltonians using average Hamiltonian theory, we calculate the excitation produced by half-resonant irradiation of the pure quadrupole resonance of a spin-3/2 system. This formalism provides expressions for the single-quantum and double-quantum mutation frequencies as well as the Bloch-Siegert shift. The dependence of the excitation strength on RF field orientation and the appearance of the free-induction signal along an axis perpendicular to the excitation field provide an unmistakable signature of two-photon excitation. We demonstrate single- and double-quantum excitation in an axially symmetric system using 35Cl in a single crystal of potassium chlorate (omega(Q) = 28 MHz) with crossed-coil detection. A rotation plot verifies the orientation dependence of the two-photon excitation, and double-quantum coherences are observed directly with the application of a static external magnetic field.     

钾蒸汽中双光子激发产生2~3∏_g—α~3∑_u~+扩散带受激辐射

本文报道了在K_2-K中通过双光子共振激发原子或双光子激发分子产生2~3∏_(?)—a~3∑_u~+扩散带辐射的实验结果,并对激发机制以及扩散带辐射随激发能量和温度的变化进行了讨论.     

Sensitive detection of H2 molecules by two-photon excited laser-induced fluorescence

The sensitive detection of H₂ molecules was demonstrated by means of twophoton excited laser-induces fluorescence spectroscopy with a narrow-band ArF excimer laser. A detection limit of 2×10¹⁴ cm^–3 was obtained with an excitation power of 150 kW. This is already comparable with that obtained by the coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS). This technique was successfully applied to measure a spatial distribution of H₂ in a town-gas burner.     

飞秒激光双光子微细加工技术及研究现状

飞秒激光双光子微细加工技术以其特有的高精度三维微加工优势,成为微型机械加工领域新的发展方向之一。介绍了飞秒激光双光子微细加工技术的原理和应用的现状。结合目前已有的微细加工技术,对双光子微细加工技术的特点加以评述。简要报道了利用飞秒激光双光子微细加工技术的一些研究进展。探讨了飞秒激光双光子微细加工技术今后的发展方向及其存在的基本问题。     

单分子光子源光子统计的非平衡探测

研究了在Hanbury Brown Twiss探测方式下，非平衡探测系统对光子统计测量的影响。通过记录2个单光子计数器响应的单分子光子源输出的每一个事件，分析具有泊松统计背景的实际单分子光子源的光子统计特性，讨论并给出了非平衡探测系统的单分子光子源Mandel参数。研究表明：非理想的50／50分束器、非理想的线性传输效率和非理想的探测器都会使单分子光子源Mandel参数的实际测量结果小于平衡系统的Mandel参数，最后给出了单分子光子源Mandel参数的非理想探测的校正表达式。