光敏蛋白菌紫质分子及其在光电器件中的应用

紫膜菌紫质是一类新型的光敏蛋白分子,本文在介绍菌紫质分子结构和光致色变特性的基础上,重点讨论了它们在光探测器,全息材料,空间光调制器,光盘,条纹相机等光电器件中的潜在应用。     

紫膜菌紫质的拉曼光谱测试

菌紫质是一种可进行光信息存储与能量转换的生物膜蛋白分子。在光化学循环中 ,它包含的视黄醛产生快速的全反——— 1 3顺式异构化并去质子 ,然后又重新质子化并在反应循环终了转为全反式构型。了解菌紫质的分子构造及光化学反应机制是很有意义的事 ,但由于菌紫质是紫色膜蛋白 ,加之光反应时的荧光问题 ,用普通拉曼技术获得菌紫质的特征峰有一定困难。一般都用时间分辨付里叶变换红外光谱来进行它的测试工作。文本采用传统拉曼技术 ,分别用 5 3 2、785和 1 0 64nm波长激光作激发光源 ,测试了菌紫质的拉曼光谱 ,并得到了菌紫质的大部分特征拉曼谱带。     

利用泵浦—探测方法研究菌紫质光循环

用两套具有不同时间分辨率和激发方式的测量系统对菌紫质（ＢＲ）光循环动力学进行了泵浦－探测研究。一套是单次脉冲氙灯闪光诱导样品，另一套采用重复调Ｑ倍频ＹＡＧ激光，器周期性激发样品。检测光使用Ｈｅ－Ｎｅ激光器６３３ｎｍ红光。用雪崩光电二极管和５００ＭＨｚ数字示波器进行信号检测与波形处理，实验结果表明，菌紫质循环周期〈１５ｍｓ。中间体Ｋ→Ｌ的时间常数为２μｓ，Ｌ→Ｍ的时间常数为５０μｓ，在中间体Ｋ之前发     

紫膜LB膜中的光学相位共轭研究

首次报道了在纯紫膜LB膜中实现光学相位共轭输出的实验现象,并在理论上从简化的菌紫质分子光循环模出发,导出了共轭光强度与总入射光强度之间的关系,最后用拟合方法求得这种紫膜LB膜的饱和吸收强度为0.49W/cm~2,bR分子处于中间体M(410)上的寿命为2.5ms左右.     

菌紫质光致变色吸收特性的二能级理论研究

采用二能级模型(B态和M态)简化菌紫质(bR)光循环过程,建立了菌紫质光致变色吸收特性的数学方程,数值计算了bR膜对570nm单光束和对570nm与412nm双光束的吸收特性.计算表明,bR膜的光吸收特性与入射光波长、入射光强、摩尔消光系数、光密度和M态寿命有很大的关系.bR膜用于光存储时,读出光强和M态寿命是影响bR读出使用时间的两个重要因素.570nm与412nm双光束作用于bR膜时,可以实现以光控光操作,但由于570nm黄光的透过动态范围要比412nm紫光的透过动态范围大得多,因而在实际应用中应以黄光作为信息光,紫光作为控制光.基于bR膜对黄、紫光束的吸收特性,可以将其应用于亮背景滤除、反象器、图象相减、光寻址空间光调制器等光信息处理领域.     

紫光诱导菌紫质中同圆偏振光栅的衍射调制特性

基于琼斯矩阵和菌紫质分子光循环的简化光循环模型,建立了紫光诱导同圆偏振记录光栅的理论模型,采用四波耦合光路测量菌紫质光栅的衍射效率.理论模拟和实验结果表明:加入线偏振的辅助紫光,线偏振再现光与线偏振辅助紫光相互平行时,菌紫质光栅的衍射效率最大;线偏振再现光与线偏振辅助紫光相互垂直时,菌紫质光栅的衍射效率最小;菌紫质薄膜中同圆偏振记录光栅的稳态衍射效率随线偏振再现光偏振方向和线偏振辅助紫光偏振方向之间的夹角按余弦规律变化.线偏振紫光能诱导同圆偏振记录光栅由非偏振光栅转化为偏振光栅.     

菌紫质分子膜图象信息存储的实验研究

本文讨论了新型细菌视紫红质基因变种材料的光循环过程及其光致变色特性。利用B态P态之间的光致变色实现信息的存储与读出，建立了细菌视紫红持生物分子膜高分辨图参信息读写实验系统，并在菌紫质分子膜器件上实现了400L／mm高分辨的图象信息存储。     

辅助紫光提高菌紫质全息衍射效率的实验和理论研究

由于菌紫质样品的饱和吸收特性，在全息记录中，当记录光强大于样品的饱和光强时，全息光栅透过率随记录光相位差的分布远离余弦型，因此衍射效率的稳定值很低.菌紫质样品在红光和紫光共同作用下存在着双光束互补抑制效应，紫光可以抑制红光的透过率，提高红光的饱和光强，使记录区域由非线性区移至线性区，从而使全息光栅透过率随记录光相位差的分布变为余弦型，可以有效地提高全息衍射效率.实验证明，辅助紫光大大提高了菌紫质样品全息衍射效率的稳定值.根据此原理，建立了三光束全息光存储系统，在红光记录全息图的同时加入辅助紫光，可以使全息图衍射效率及衍射像的像质得到提高. 关键词： 菌紫质 全息存储 衍射效率 饱和吸收     

菌紫质在银膜表面的共振增强Raman光谱

本文用表面共振增强Raman方法,研究了菌紫质在不同条件下吸附在镀银玻璃上的Raman光谱,结果表明菌紫质吸附在银膜上,代表菌紫质分子循环中间体M412特征谱带的1565cm-1Raman位移明显增强,说明银膜对M412态有一定表面共振增强作用。     

菌紫质高密度偏振全息光数据存储实验研究

实验研究了基因改性菌紫质BR_D96N薄膜在不同偏振光记录下的全息存储特性，比较了不同 偏振态记录光和读出光对衍射像光强及信噪比的影响. 实验结果表明，与其他偏振全息记录 相比，正交圆偏振光记录可实现衍射光偏振状态与散射噪声偏振状态的分离，得到高信噪比 的衍射像，同时还具有高的衍射效率. 以 He_Ne 激光器（633nm，3mW）为记录和读出光源 ，用空间光调制器作为数据输入元件，CCD作为数据读出器件，采用傅里叶变换全息记录的 方法，在 BR_D96N 薄膜样品60μm×42μm的面积上进行了正交圆偏振全息数据存储，达到 了2×10⁸bit/cm²的存储面密度，并实现了编码数据的无误读出与 还原. 关键词： 菌紫质 偏振全息 光致变色 光致各向异性 高密度光存储     

基于菌紫质F态的永久光存储研究

在线偏振飞秒激光激发下, 菌紫质通过双光子光化学反应可以生成具有永久光致各向异性的蓝移产物F₅₄₀态. 基于F₅₄₀态的永久光致各向异性, 通过调控飞秒激光空间光场分布, 可以在菌紫质薄膜中实现永久光信息存储. 本文使用纯相位型空间光调制器调制飞秒激光光场, 在物镜焦平面上生成光学点阵图案, 可以将信息快速记录在菌紫质薄膜中. 同时, 通过改变入射激光偏振方向, 可以实现偏振复用光存储, 这在高密度光存储和数据加密领域具有潜在应用.     

基于菌紫质薄膜的相移器及其应用

设计了一种基于菌紫质光致各向异性的相移器,并把它用于相移干涉计量。取向随机分布的极性菌紫质分子对线偏振诱导光的选择性吸收导致分子取向分布不均匀,使其呈现宏观的各向异性,这种各向异性与诱导光的偏振特性密切相关,圆偏振光经过各向异性的菌紫质薄膜后,出射光的偏振特性完全由偏振诱导光决定。基于上述原理设计了一种新型的相移器,用琼斯矩阵法推导了基于相移器的相移干涉原理。该相移器在工作过程中不需要移动Mach-Zender干涉仪内部的任何器件,仅需要改变外部控制光路中诱导光的偏振取向就可以控制参考光的相位,有助于提高设备的抗振能力。用最小二乘法对相移干涉结果进行重建,得到了和实际相位一致的结果,验证了相移器的可行性。     

基于菌紫质的光开关原型器件研究

本文分析和讨论了细菌视紫红质的饱和吸收特性及互补抑制特性,在此基础上进行了细菌视紫红质光开关的实验研究。研究证明了被激发到M态的细菌视紫红质分子对紫光有较大的吸收,而处于基态的分子则对黄光有较大吸收。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必,时菌紫质对紫光呈较大吸收,而较强的紫光照射将会使此饱和吸收阈值增加,使得菌紫质对黄光的吸收又增大,从而黄光和紫光表现出互补透射特性。利用紫光和黄光控制菌紫质分子在M态和基态上的分布,我们实现了对不同的波长光和选通或者关闭,即光开关模型。     

利用菌紫质薄膜进行角度复用和偏振复用全息存储实验研究

全息光存储以其高密度、大容量、高速并行数据存取而成为光存储领域的一个重要研究方向。生物光致变色材料———菌紫质是一种新型可擦重写全息记录介质。实验证明了使用菌紫质薄膜进行角度复用和偏振复用全息存储的可行性。利用菌紫质的光致变色特性,采用90°角度复用全息存储光路,在BR-D96N薄膜样品同一位置上实现了6幅全息图存储,并分别读出了无串扰的再现像。利用菌紫质薄膜的光致各向异性进行了偏振复用全息存储,在BR-D96N薄膜样品的同一位置上存储了两幅正交偏振光记录的图像,用原参考光再现和偏振片选择,可分别读出这两幅图像。     

光致变色菌紫质薄膜的动态光学响应特性

用二能级光致变色模型,理论分析了菌紫质薄膜在570nm单光束和570nm与412nm双光束作用下光致变色的动态光学响应特性.计算表明,M态寿命越长,入射光强越大,则透过光的响应越快,入射光透过率饱和值越大.在双光束的作用下,可以用570nm的黄光调制412nm紫光的透射光强,实现以光控光操作.根据计算结果分析了bR膜在运动探测应用中的特点.     

不同记录光强下辅助紫光对菌紫质薄膜全息衍射效率的影响

具有光致变色效应的菌紫质薄膜可用作可擦重写型全息记录介质. 在全息记录过程中,由于菌紫质薄膜对记录光的散射和反射引起记录光栅对比度下降,当记录光较弱时,这种影响较小,可以忽略;但当记录光较强时,散射和反射光对记录光栅的影响很大,必须考虑它们对光栅对比度的影响才能对实验结果进行合理的解释. 实验发现在不同的记录光强下辅助紫光对衍射效率动力学曲线的影响不同,当记录光强较弱时,加入辅助紫光可以提高衍射效率的稳定值、抑制峰值;而当记录光强较强时,加入辅助紫光除了提高衍射效率的稳定值外,还可以提高衍射效率的峰值. 关键词： 菌紫质 衍射效率 干涉条纹对比度     

菌紫质同线偏振全息记录时再现光偏振方向对衍射效率的调制

当用相同偏振方向的物光和参考光在菌紫质薄膜上记录光栅时,再现光的偏振方向会影响其衍射效率.采用琼斯矩阵方法对此进行了理论分析,结果显示,再现光的偏振方向对衍射光的光强产生余弦调制;当再现光的偏振方向平行或垂直于记录光的偏振方向时,衍射光仍为线偏振光,其他情况下衍射光均变成椭圆偏振光.再现光偏振方向对衍射效率峰值的调制为正向余弦调制,对衍射效率稳定值的调制为反向余弦调制(与前者在相位上相差π).加入辅助紫光可抑制光栅的饱和,从而使得再现光偏振对衍射效率稳定值的调制由反向余弦调制变为正向余弦调制,并且提高了衍 关键词： 菌紫质 光致各向异性 衍射效率 琼斯矩阵     

基于细菌视紫红质光子逻辑门的实验研究

研究了基于细菌视紫红质(简称BR或菌紫质)变种材料D96N的3种光逻辑操作.在633nm激发光照射下，菌紫质分子会被激发到M态，处于M态的菌紫质对412nm的紫光呈较大吸收，会抑制同时入射的紫光.选择合适的紫光强度，通过CCD观测被抑制的412nm检测光透射强度分布，模拟了“非”、“或非”、“与非”几种基本的光子逻辑操作. 关键词： 细菌视紫红质 光子逻辑门 互补抑制     

细菌视紫红质LB膜的偏振傅里叶变换红外掠入射反射吸收光谱研究

细菌视紫外红质ＬＢ膜的偏振傅里叶变换红外反射吸收光谱用自制的掠角与反射吸收装置测得，谱图表明，菌紫质ＬＢ膜中ｂＲ分子的有序性很好，ｂＲ分子α螺旋轴的取向倾向于膜与平面垂直。     

光计算

研究了基于细胞视紫红质(简称BR或菌紫质)变种材料:D96N的3种光逻辑操作,在633 nm激发光照射下,菌紫质分子会被激发到M态.处于M态的菌紫质对412 nm的紫光呈较大吸收,会抑制同时人射的紫光。选择合适的紫光强度,通过CCD观测被抑制的4 12 nm检测光透射强度分布,模拟了"非"、"或非"、"与非"几种基本的光子逻辑操作。