细菌视紫红质膜非线性吸收特性及其光子学应用

对细菌视紫红质膜在两束非同频光照射下的非线性吸收特性进行了详细的理论分析,并讨论了细菌视紫红质膜非线性吸收特性有光子学方面的一些新应用。     

细菌视紫红质的动态透射特性及其应用

细菌视紫红质 (Bacteriorhodopsin,简称 b R)是由嗜盐菌中提取出的一种光敏蛋白质 ,它是一种新型的生物光子学材料。我们测量的 b R膜在黄光和蓝光束分别照射下的非线性透射特性表明 ,在光照开始阶段 ,光的透过率随时间延长而增加 ,然后逐渐达到一个稳定值。黄光和蓝光的透过特性的不同是蓝光达到最大透过率的时间比黄光短。 b R膜在黄光和蓝光双光束同时照射下的非线性透射特性的计算结果表明 ,在某一固定蓝光光强 ,蓝光的透过光强随黄光强度的增加而减小 ,甚至变为零。这说明黄光对蓝光有抑制作用 ,即黄光可以调控蓝光的透过率。这一奇异的透射特性可以用做新出现事物滤波器     

细菌视紫红质用于光子逻辑门的研究

本文对基于细菌视紫红质变种材料D96N的三种基本光逻辑操作进行了研究.随着入射黄光强度的增加,菌紫质对黄光的吸收呈饱和吸收特性,此时紫光的照射将会使此饱和吸收阈值增加.在黄光和紫光对样品的共同作用下,透射光强度会被调制,调制的程度取决于这两束光的相对强度以及被调制光波长.通过观测被调制的525nm检测光强度,我们模拟了几种基本的光子逻辑运算:“非”、“或”和“与”运算.     

非线性光吸收研究的新进展

系统介绍了光吸收的几种非线性效应：饱和吸收，反饱和吸收和饱和吸收－反饱和吸收综合效应。讨论了用于解释这些效应的各种物理模型，分析了介质在不同脉宽的激光脉冲作用下所产生的不吸收机制，反饱和吸收稳态和动态特性，并介绍了非线性光吸收的可能应用。文中所涉及有关饱和吸收的内容是作者所领导的研究组近年来的研究成果。     

细菌视紫红质光开关特性实验研究

介绍实现光子开关材料BR分子的重要性。理论上分析BR分子材料光学特性，实验观测BR分子材料在400nm和632nm光照射下的相互抑制作用，最后分析BR的光子开关特性。     

野生型细菌视紫红质薄膜光谱响应特性的实验研究

细菌视紫红质 (Bacteriorhodopsin ,简称BR)是嗜盐菌细胞膜内的一种光敏蛋白质。BR薄膜材料具有优异的光循环特性和光致变色特性 ,在光信息处理领域中有广阔的应用前景。文章通过紫外 可见光光纤光谱仪测试野生型细菌视紫红质 (BRWT)在经过 5 32nm的YAG激光的泵浦激励后 ,薄膜对探测光的吸收光谱变化情况来着重讨论BRWT的光谱响应特性。采用的样品基态 (B态 )最大吸收波长均为 5 6 2nm ,光密度分别为OD(WT1) 562nm=2 0 4 ,OD(WT2 ) 562nm =1 37。实验结果表明 ,在 5 5 0～ 6 5 0nm波长范围内 ,两个BRWT分子膜对探测光随着探测时间的延长均出现吸收增强的现象。利用双e指数曲线拟合方法分析出 5 5 0～ 6 5 0nm吸收增强的变化过程分为快过程和慢过程 ,其对应的时间常数BRWT1分别约为 11ms和 6 0s ,BRWT2 分别约为 2 4ms和 35s。     

细菌视紫红质近场光存储特性的研究

结合近场光学显微镜，利用菌紫质M态和基态之间的跃迁，对BR—D96N样品作了静态近场光存储特性的研究。结果表明，近场区域内细菌视紫外质在光激发前后对红光的吸收有较大差别，而且激发后无光照时会缓慢弛豫到激发前的状态，具有光致变色特性和热弛豫特性，可望作为近场光存储材料和微光学信息处理器件材料。     

细菌视紫红质膜的光电荷转移 动力学过程的研究

实验测量了细菌视紫红质（bR）分别经波长为1064nm、532nm和355nm,脉冲宽度为10ns的三种不同的脉冲激光照射后产生的不同的光电压信号,着重用532nm脉冲光激发样品,从变化的测量回路的阻抗所得到的不同光电信号情况,研究并分析了细菌视紫红质的光电荷的产生和转移的微观机制。结果表明,其正负脉冲光电压信号是正负两种电荷移动的结果,而正电荷的产生比负电荷的产生和转移的微观机制。结果表明,其正负脉冲光电压信号是正负两种电荷移动的结果,而正电荷的产生比负电荷的产生需要克服更高的能量,同时,正负电荷既具有各自的转移特性又相互影响,如正电荷移动速度慢,负电荷移动速度快,负电荷对正电荷有牵引作用等,这些特性与电极和样品之间形成的界面效应有关,它使得细菌视紫红质的光电压信号的幅值和宽度对外接电阻的关系具有与其他光电响应器件所不同的特性。     

电场作用下紫膜中细菌视紫红质的圆二色性研究

垂直于测量光束的外电场对紫膜水悬浮液中的细菌视紫红质的圆二色性有很大影响。５０Ｈｚ正弦交流电场作用下产生５６８ｎｍ的正的差圆二色性峰，反向电脉冲串作用下产生５５６ｎｍ左右的负的差圆二色性峰，两峰峰位均未显示有随电压的变化而移动；但是，强度随外加电压的半加而增强；撤去电场后该两峰均即该消失。分析认为，电场下细菌视紫红质中存在柔性结构变化，这种结构变化也可用于存储信息。     

细菌视紫红质膜快速光开关的实验研究

建立了“脉冲激光－连续探测光－连续擦除光”的实验系统。在532nm的调Q脉冲激发光和不同波长的连续探测光作用下，研究了细菌视紫红质（BR）膜的光循环过程中的快速响应特性及各中间态的快速光吸收特性。观察到了微秒量级的快速光开关现象，并分析了激发光脉冲作用结束时，各中间态上细菌视紫红质分子的分布。     

反饱和特性化合物锌四苯并卟吩巴豆酸苯氧树脂的光吸收谱测定

报道一种新型的有机材料锌—四苯并叶吩—巴豆酸—苯氧树脂(缩写为Zntbp—CA—PhR)体系薄膜样品的吸收谱的测定，及其主要吸收谱带在激光作用下的变化情况及动力学过程。实验观察到此种材料显著的饱和及反饱和吸收现象，并观察到它的再反饱和过程，定性分析了变化过程中的物理机制。这种特征在可见光波段一个较宽的区域内都会出现。所获结果为此种有机材料在光谱域信息存储和光学限制等方面的应用提供了理论和实验依据。     

Nonlinear Optical Interactions in Bacteriorhodopsin Using Z-Scan

Nonlinear refractive index coefficient n₂ of bacteriorhodopsin suspensions in water is measured by the Z-scan technique with a low power continuous wave laser at 647.1 manometer wavelength. Our results indicate that both the magnitude and the sign of n₂ depend strongly on the light intensity. Negative values for n₂ are obtained for on axis laser irradiance at the focus above 3 W/cm². The observed self-defocusing phenomena can be attributed to the index change due to the light induced transition between the photochromic states. The results elucidate the origin of n₂ and offer a plausible explanation for the differences in the reported n₂ measurements.Presented at the International Commission for Optics Topical Meeting, Kyoto, 1994.     

Theoretical Analysis of Photon-Mode Super-Resolution Optical Memory Using Saturable Absorption Dye

The possibility of a super-resolution optical memory using a saturable absorption dye mask layer is theoretically discussed. An equation which estimates the transmittance change of the mask layer has been derived. The numerical simulation shows that an efficient super-resolution is performed when the initial optical density of the mask layer is high.     

新型超硬材料β—C3N4的研究进展

βＣ３Ｎ４材料的研究是继非晶、准晶及Ｃ６０之后，凝聚态物理与材料科学领域中又一新的研究热点．βＣ３Ｎ４是一种新型假想材料，理论上预言它可能具有可与金刚石比拟甚至更大的体弹性模量和较为特殊的电学及光学性能．现在的研究工作主要集中在高含氮量的ＣＮｘ薄膜的制备上，已经获得了直径为微米量级的βＣ３Ｎ４的多晶颗粒和原子比Ｎ／Ｃ＞１的薄膜，且由衍射计算出的晶体结构参数与理论计算值基本相符，探索简便易行的合成βＣ３Ｎ４的方法和开发βＣ３Ｎ４的潜在应用将是今后此项研究的主要方向．     

Optical Nonlinearity of Emerging ZrS2 and HfS2 Semiconductors

Compatible with existing processing technology, chemical vapor deposition method is used to synthesize ZrS₂ and HfS₂ films a a large scale. The nonlinear optical properties are characterized by Z-scan measurement with femtosecond pulses at 800 nm. The results show that saturable absorption happens in ZrS₂ owing to the larger ground state absorption than the excited state absorption, while reverse saturable absorption appears in HfS₂ due to the two-photon absorption. The figure of merit values of ZrS₂ (≈4.30 ± 0.12 × 10⁻¹⁵ esu cm) and HfS₂ (≈6.0 ± 1.4 × 10⁻¹⁵ esu cm) are much larger than those of MoS₂ and graphene in ultrafast nonlinear optical performance at the wavelength of 800 nm.     

细菌视紫红质能化态时表面电位的非线性光学机制

用荧光标记物1，8-ANS与细菌视紫红质结合，测得紫膜细菌视紫红质在能化态时的表面电位远大于非能化态时的对应值。在细菌视紫红质分子的激光四波混频实验中，应用激子表象理论，获得了紫膜能化态时的激子饱和密度和激子长度，说明在bR—ANS络合物中，细菌视紫红质中色氨酸残基对ANS的激发能量转移效率提高，能化态时表面电荷密度增加，从而使非辐射共振转移变为激子转移，也证明了紫膜能化态时表面电位的非线性光学机制。     

非对称量子阱中非线性光学吸收系数的计算

非对称量子阱中的非线性光学效应因其潜在的实用价值而引起人们的广泛关注,而量子阱内带间的光学吸收问题对研究远红外光学探测器件具有重要的理论指导意义.以Pschl-Teller势阱为例研究了影响非对称量子阱中的非线性光学吸收系数的因素.考虑到带间的电子弛豫,用量子力学中的密度矩阵算符理论导出了Pschl-Teller势阱中的线性与三阶非线性光学吸收系数的表达式.因该势阱中有两个可调参数,通过调节系统的参数,发现该系统的非线性光学吸收系数呈规律性的变化.以典型的GaAs/AlGaAs非对称量子阱为例作了数值计算,通过调节系统的参数,数值计算结果表明,入射光强以及系统的非对称性对量子阱的非线性光学吸收系数有较大的影响,从而为实验上研究非对称量子阱的非线性光学效应提供了必要的理论依据.