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.     

双焦透镜对Bessel光束传输的影响

研究非轴对称象散光学元件双焦透镜对无衍射Bemel光束的聚焦特性.基于空间域中的广义惠更斯.菲涅耳衍射理论衍射积分,用4×4阶矩阵来描述非轴对称光学系统,导出Bessel光通过双焦透镜更为普遍和广义的光强分布表达式,并对其光强进行数值模拟.分析双焦透镜在x,y面上的焦距取不同值时对Bessel光的影响.导出的广义光强分布表达式包括了普通透镜、双焦透镜和柱透镜的所有情况.研究发现,当象散越大,图形畸变程度越大,导致得到的光学bottle beam的光束质量下降,bottle壁变形,囚禁微观粒子的能力也随之下降.     

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     

纳米磁流体场致弛豫特性的研究

研究了在不同强度的外磁场作用下磁流体的弛豫特性。光束垂直于磁场方向透过磁流体样品盒,记录光强随磁场通、断而上升、下降的重复变化情况。结果表明,在相同强度的磁场作用下,磁流体中磁性颗粒的体积分数越大,则光强的下降弛豫时间越小而上升弛豫时间却越大。对于同一样品,场强越大,透射光强的下降弛豫时间和上升弛豫时间就越大,且随着磁场通、断次数的增加,光强的下降弛豫时间和上升弛豫时间逐渐增大,最后趋于稳定值。对研制和改良新型光子学器件具有一定的指导意义。     

多壁碳纳米管光限幅特性的研究

用化学气相沉积法制备了多壁碳纳米管,并将其溶解在甲苯溶液中.用波长为1064nm的皮秒脉冲激光测量该样品的透过率,发现了非常明显的光限幅特性.当入射光强较小时,透射光强度随入射光强度的增大而增大,输出与输入为线性关系;随着入射光强的增大,透射光强增长的速度明显变慢,并逐渐趋于饱和.当入射光强度较小时,样品的透过率接近100%;而当入射光强为8GW/cm²时,非线性透过率达到30%.根据三光子吸收理论计算,理论拟合与实验结果非常符合,说明多壁碳纳米管的三光子吸收产生了光限幅效应.实验测 关键词： 多壁碳纳米管 光限幅 三光子吸收     

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     

入射光强比对Ce∶KNSBN晶体两波耦合特性影响的研究

实验测量了 Ce∶KNSBN双光束耦合信号光有效增益 G随入射光强比 m的变化关系 .用中间段光折变理论对此变化关系进行了参量理论分析 .结果表明 ,理论和实验结果定性符合     

柱透镜聚焦高阶Bessel光束产生焦散光束

研究了高阶Bessel光束经过柱透镜后的光场分布特性.在广义惠更斯-菲涅尔衍射积分理论基础上,推导出高阶Bessel光束透过柱透镜后的衍射光场分布表达式;并利用MATLAB和MATHCAD模拟了不同传播距离处的光强分布.实验上,利用轴棱锥和螺旋相位板产生不同阶数的高阶Bessel光束,并使产生的高阶Bessel光束经过柱透镜,最后用CCD记录下不同距离处的衍射光场.研究结果表明,高阶Bessel光束经过柱透镜形成唇状的焦散光束.     

高斯光束经表面有缺陷的厚非线性介质的传输特性

光学元件上存在的缺陷会对传输光束产生局域振幅和位相调制. 基于衍射理论模型和分步傅里叶算法,模拟分析了高斯光束经过表面有缺陷的非线性介质的传输过程中于介质内及从介质出射后在自由空气的传输特性, 并详细研究了在厚介质前表面有缺陷的情况下,介质中和自由空气中的光强分布演化规律. 研究表明,介质厚度越长、介质的非线性折射率越大,光束整体聚焦越厉害, 聚焦点离介质后表面越近.光束受调制点的位置离中心越近,光束分裂成丝产生的局部光强越大, 且介质表面存在缺陷将使通过的光束在介质后表面处产生一个很大的光强, 相位调制型缺陷产生的这一光强点比振幅调制型缺陷产生的光强点更强.     

入射光强比对Ce:KNSBN晶体两波耦合特性影响的研究

实验测量了Ce:KNSBN双光束耦合信号光有效增益G随入射光强比m的变化关系.用中间段光折变理论对此变化关系进行了参量理论分析.结果表明,理论和实验结果定性符合.     

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     

Surface-plasmon-polaritons-assisted nanolithography with dual-wavelength illumination for high exposure depth

We propose a new direct writing nanolithography approach using a plasmonic focusing device and a nano silver mirror with dual-wavelength illumination for high exposure depth. Arrays of pyramid aperture are used to focus the incident light beams into 80 nm light spots. The pyramid combined with a thin silver film coated on the substrate constructs a surface plasmon polaritons (SPP) coupling cavity, which amplifies the intensity of the light field in it by SPP effect and resonance. The transmission depth of the standing wave formed by forward and reflected light could reach hundreds of nanometers. Two lasers with different wavelengths are used as illumination sources to homogenize the light field through complementation between the two standing waves. Simulation results show by using 355 nm and 441 nm wavelengths, a space of 44 nm at the bottom of the photoresist could be obtained after exposure and development. The feature size of resist patterns could be further scaled down, depending on the optimization of parameters of photoresist exposure and development, illumination wavelengths, etc.     

基于BR的非线性特性光子开关的研究

本文介绍了实现光子开关的材料BR分子的重要特性,从理论上分析了BR分子材料光学特性.从实验上观测了BR分子材料在400nm和632nm光照射下的相互抑制作用,并分析了BR的光子开关特性.     

简单结构超表面实现波长和偏振态同时复用全息显示新方法

本文基于衍射光学设计理论,提出了仅用一种简单结构实现波长和偏振态同时复用全息显示新方法.构建了不同入射条件下超表面微元的结构参数与透过相位之间的映射关系,建立了科学的评价函数,优化得到超表面每个像素点处最优的单一结构超表面微元尺寸.仿真结果表明,本文设计的超表面实现了波长为532 nm的x线偏振光和波长为633 nm的y线偏振光入射显示不同形状字符的功能.     

照度对测量三代微光像增强器MTF的影响分析

通过探讨像增强器MTF测试仪用光源的出射光照度对测量结果的影响,对透过测量狭缝的光强分布进行了分析.调节狭缝面的入射光照度,对不同照度作用下的调制传递函数进行了对比测量,经与微光像增强器的饱和输出亮度比较,得出:三代微光像增强器的MTF测试值随入射光照度分布呈抛物线分布,其最大值与微光像增强器的自动亮度控制特性有关.适当选择入射光照度,可确保被测像增强器既有足够的输出信噪比,而不进入饱和区域.     

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.     

Compound Vortex Metalens with Linearly Polarized Encryption

In view of the rapid development of nano-fabrication technology and the wide application of composite vortex fields, a kind of compound vortex metalens with polarization encryption is proposed. The proposed compound vortex metalens can simultaneously generate compound vortex beams with double annular strengths, unequal topological charges, and specific polarization states in different radial regions, which have the characteristic of higher dimensional singularity. The compound vortex metalens consisting of rectangular nanoholes works under linearly polarized light illumination, and the topological charges of the generated compound vortex beam can be modulated through rotating nanoholes. Simulation results and theoretical analysis verify the reliability of polarization-coded compound vortex beam metalens. The variation of polarized encrypted transmission field with the incident polarized angle shows the broader performance of polarization encryption compound vortex metalens. The multiple singularities and polarization encryption properties of the generated compound vortex beams combining with the integrated metasurface will be helpful for broadening the applications of singular beams.     

Influence of incident light polarization on photonic nanojet

Dielectric microspheres can confine light in a three-dimensional (3D) region called photonic nanojet is shown when they are illuminated by different polarized beams. The influence of incident light polarization on photonic nanojet using the finite-difference time-domain (FDTD) method is demostrated. The axial field intensity profiles of photonic nanojets for both the linear and circular polarization incident beams are very similar. Azimuthal polarization incident beam induces a doughnut beam along the optical axis, while the radial polarization incident beam permits one to reach an effective volume as small as 0.7(λ/n) 3 .     

基于双AOTF的新型成像光谱偏振探测系统

声光可调谐滤波器(AOTF)具有体积小、波长稳定性好、扫描范围宽、调制速度快等优点,在光谱成像中被广泛应用,但单独采用AOTF的成像光谱偏振探测还较少。为此提出只采用两个AOTF的成像光谱偏振探测新方法。该方法首先通过分束镜将入射光分成两束,两束光分别通过两个AOTF,而两个AOTF的正一级衍射光的偏振方向互成45°,由于AOTF的正一级衍射光的偏振方向互相垂直,因此两个AOTF的正负一级分别可得到0°,45°,90°和135°的光强,在测量中需保持两个AOTF的滤光所对应的波长完全相等。最后通过对两个AOTF的正负一级衍射成像,最终得到Stokes偏振信息中S₀(0°和90°光强和)、S₁(0°和90°光强差)和S₂(45°和135°光强差),结合相应的理论公式对被测目标的线偏振度(DoLP)和线偏振角(AoLP)实现成像。再通过对AOTF的射频驱动进行扫频,实现对被测目标不同波长偏振成像,最终实现成像光谱偏振探测。并通过对500,550和600 nm偏振成像进行实验验证。该方法具有无运动部件、无需转动、一次测量同时获得成像光谱偏振信息的优点。