面向医学与生物科学重大需求的生物光子学

1 生物光子学的定义 聚焦于医学和生物科学挑战的生物医学光子学,是一门基于光子学技术与方法,面向生物科学和医学应用的学科。挑战是指想做却还没能做的事情,在生命科学领域存在诸多挑战,许多基本的生命机制不明,所以需要一些技术了解生命是如何工作的,生物光子学研究就有着很多不可替代的优势。生物光子学,从科学（Science）原理来讲,是研究光子与生物组织的基本相互作用;从技术（Technology）角度来看,提供观察和操纵生物系统的方法,主要是用光子学的技术手段来研究生命。     

国际生物光子和生物光子学会简讯

由中国生物物理学会光生物物理专业委员会、国际生物物理研究所和北京生理学会联合主办的"国际生物光子和生物光子学会议(ICBB)"于2003年10月12?6日在北京召开.这是第一次在中国举办的生物光子和生物光子学国际学术研讨会.由于受上半年"非典"的影响，原来预计的参加会议人数有所减少，但仍有38位国外科学家参加了会议.他们分别来自美国、德国、瑞士、荷兰、澳大利亚、俄罗斯、印度、日本、韩国.我国大陆以及香港和台湾地区.大陆共有70位学者参加会议，使本次会议达到了百人的规模，共收到会议论文102篇.     

“生物医学光子学研究进展”专刊介绍

正生物医学光子学是光子学与生命科学相互交叉渗透而形成的一门跨学科专业,涉及生物、物理、医学、光子学、材料学等方面。生物医学光子学是近年来受到国际生物医学界和光学界关注的一个研究热点。在国际上已经成立了国际生物医学光学学会(International Biomedical Optics Society),简称IBOS。随着生物科技的逐步发展,基于分析的生物医学要求更加灵敏、快速和简便的操作,光子学因为它的非接触性和灵敏简便,具有得天独厚     

《中国光学》“生物医学光子学研究进展”专题征稿

<正>生物医学光子学是光子学与生命科学相互交叉渗透而形成的一门跨学科专业,涉及生物、物理、医学、光子学、材料学等方面。生物医学光子学是近年来受到国际生物医学界和光学界关注的一个研究热点。在国际上已经成立了国际生物医学光学学会(International Biomedical Optics Society),简称IBOS。随着生物科技的逐步发展,基于分析的生物医学要求更加灵敏、快速和简便的操作,光子学因为它的非接触性和灵敏简便,具有得天独厚的优势,在组织成像、分子影像、基因测序、生物芯片等多个领域,生物     

细菌视紫红质的光学性质及其光子学应用

文章介绍了新型的生物光学材料－－细菌视紫红质的光学性质及其在光子学领域中的应用，也报道了我们新取得的一些应用成果。     

未来十年纳米光子学若干重点发展领域

纳米光子学已经对人们的日常生活产生了重要影响,并且纳米光子学器件产品有强大的市场需求,因此其研究结果可以很快转化为商品。文章介绍了在未来5到10年内对光子工业有重大影响并且有望进入商品市场的11个纳米光子学领域,其中包括：纳米尺度量子光子学、全光路由、用于增强磁存储的表面等离子体光子学、用于诊断治疗和药物输送纳米光子学、纳米成像、分子尺度上的化学与生物传感器、纳米标签、纳米尺度上操控光场的分布(光伏器件和LED/OLED)、原型试制的新技术、量身定制光学特性的纳米光子材料以及太赫兹技术等,希望文章能对中国的纳米光子学研究及其工业化应用有一定帮助。     

表面等离子体亚波长光学前沿进展

目前表面等离子体激元(surface plasmon polaritons，SPPs)在光存储、光激发、显微术以及生物光子学等领域中的应用前景受到了广泛的关注．文章介绍了SPPs的基本性质和表面等离子体亚波长光学(surface plasmons subwavelength optics)研究中的热点问题及发展方向．     

人工光子学器件的逆向设计方法与应用(特邀)

人工设计的光子学器件在超分辨、生物传感、光通信等领域都取得了卓越的成就.传统光子学器件的设计往往是通过分析物理模型和建立数值模拟方法实现的,但是基于数值模拟方法的结构设计很大程度上依赖于经验模型,同时在结构优化的过程中需要计算大量的参数组合,因此通常只能在有限的参数空间得到次优的结果.光子学器件的逆向设计有效的解决了上...     

光子学玻璃的应用及其性质

光子学发展到目前阶段, 已经基本上成为与现代电子学平行发展的一门新兴学科。其中的光子学玻璃就是当代特种玻璃的一个重要发展, 也是光子学材料中最重要的一类, 它包括的几个主要方面是激光玻璃和玻璃光纤, 光功能玻璃和非线性光学玻璃, 光波导玻璃和光子存储玻璃等, 内容涵盖了物理、化学、制备工艺、器件应用等多门传统学科以及它们的交叉学科。本文重点介绍光子学玻璃在光子学领域的主要应用及其性质。     

光子学的发展和光子产业

论述了光子学、光子技术的产生、发展和突破;阐明了光子学的定义、内涵、范畴和前沿;提出了关于第1类和第Ⅱ类光子产业的设想;予测了光子产业发展.     

Multi-wavelength generation of an extremely narrow pulse using a ring resonator system for bio-cells microscopy

We propose a new system of an extremely narrow light pulse generation for optical microscopy applications using a nonlinear ring resonator system. The system consists of one nano and three micro-optical ring resonators, which can be used to generate the 50 fm (10⁻¹⁵ m) optical spectral width at the broad wavelength spectrum. By using a soliton pulse with a pulse width of 50 ps, peak power of 1 W, center wavelength at 550 nm, and after the soliton pulse is launched into the first ring device, the chaotic pulses are generated within the first ring. The chaotic filtering behaviors are performed by using the second and the third ring devices, whereas the extremely short pulse, i.e. narrow spectral width, can be generated by using the extended nano-ring device. The broad spectrum of the harmonic waves is generated and filtered, which is of use in optical tomography. Results obtained have shown that the generation of the broad spectrum of short pulse with width 100 fm and peak power 60 mW is achieved. The possibility of using such a system for nondestructive bio-cells microscopy, for visualizing bio-cells and for bio-cells tomography is also discussed in detail.     

Photon dynamics in plasma waves

In this Letter the evolution of a single photon and collective effect of a photon system in background plasma waves are uniformly described in the framework of photon dynamics. In a small-amplitude plasma wave the modulation of photon dynamical behavior by the plasma wave can be treated as perturbation, and photon acceleration effect and photon Landau damping are investigated in linear theory. In an arbitrary-amplitude plasma wave, photon evolution trajectories in phase space are obtained by solving dynamical equations, and photon trapping effect and motion equations in the given plasma wave are also discussed.     

Study on photon migration path of ultrashort light pulse in turbid media by Monte Carlo method

The photon density and the photon weight density are obtained by a Monte Carlo method. Based on these two concepts the Gaussian peak value photon paths and the weight mean photon paths of ultrashort light pulse in turbid media are defined and studied. The width of the Gaussian peak value photon path is also given. The influence of the exit angle and time on the photon path and its width are discussed. The relative probability of the photon path is given by the sum of the photon weight densities along the photon path, which could be used to calculate the normalized diffusive intensity approximately. The diffusive reflective intensities will arrive at the maximum at some instant at the place where the photon path reaches on the entrance surface at the same instant. The absorption coefficient has small effect on the photon path and its width in the case of the photon weight density.     

微光图象光子计数器象管光子增益测试研究

本文介绍了微光图象光子计数器象管的主要构成及其与常规二代微光象增强器的区别.在论述单通道光子计数技术原理的基础上,提出了微光图象光子计数器象管的主要参数-光子增益的测试原理和方法,建立了测试系统.对微光图象光子计数器象管的光子增益进行了实测,并将测试结果与常规二代微光象增强器的亮度增益进行了比较,给出了光子增益的估算公式.     

利用光纤中自发四波混频产生纠缠光子的实验装置

基于三阶非线性Kerr效应在光纤中产生非线性现象的理论,利用零色散位移光纤中的自发四波混频通过两种实验装置产生了纠缠光子：一种是采用脉冲光抽运由光纤构成的Sagnac光纤环;另一种是采用脉冲光直接抽运一段光纤.通过对不同装置下实验结果的比较,总结了产生高纯度纠缠光子所需的实验条件,并指出了两种装置各自的优缺点.这为研制适用于量子通信的全光纤纠缠光源和单光子源奠定了基础. 关键词： 纠缠光子 光纤 四波混频 量子通信     

基于PPKTP波导产生多通道光子对

提出了一种基于PPKTP波导利用自发参量产生多通道纠缠光子对的方案.计算在使用脉冲,连续激光,Ⅰ型、Ⅱ型相位匹配这些不同条件下,同时产生位于通信波段的多通道纠缠光子对的特性.结果显示该方案能够为量子密钥分配网络提供更为高效易行的方案.     

光子与相对论麦克斯韦分布电子散射的能谱角度谱研究

光子与相对论麦克斯韦分布电子散射的描述及能谱角度谱计算非常复杂且费时.本文提出了一种光子与相对论麦克斯韦速度分布电子散射的蒙特卡罗(MC)模拟方法,该方法能够细致模拟高温等离子体中任意能量光子与任意温度电子的Compton和逆Compton散射问题.对于散射后光子的能谱和角度谱参数,可以根据电子温度抽样若干不同状态的电子,分别模拟其与光子发生散射,可以得到各次散射后的光子能量和偏转角度,取统计平均后的结果即可获得该光子与该温度电子散射的能谱和角度谱分布.根据该方法编写了光子与相对论电子散射MC模拟程序,开展了高温全电离等离子体中光子与相对论电子散射的能谱角度谱计算和分析,分析结果显示:热运动电子将展宽出射光子能谱,且低能光子与高温电子散射后的蓝移现象明显;出射光子的角度谱很复杂,其决定于入射光子能量、出射光子能量及电子温度.基于该方法计算并以数表形式给出的光子-相对论电子散射能谱角度谱数据,可以供辐射输运数值模拟程序使用.     

单光子计数器的校验方法研究

单光子计数器的校验标定分为两个步骤:验证仪器的计数与其接受的光能量之间的线性关系,即采用光照度平方反比定律、发光二极管发光强度与其电流的关系逐一进行校验,其中后一种方法能更方便也能更准确地进行测量;标定单光子计数器。使用恒流源控制发光二极管电流来制成弱光标准光源,利用大动态范围的光子计数器,结合弱光辐照计标定光子计数器。实验结果表明,由于光子计数器的核心器件光电倍增管及其高压电源不很稳定,光子计数器需要经常校验和标定。使用发光二极管制成标准光源来进行校验和标定光子计数器是一种较好的解决方法。     

Two-mode mazer injected with V-type three-level atoms

The properties of the two-mode mazer operating on V-type three-level atoms are studied. The effect of the oneatom pumping on the two modes of the cavity field in number-state is asymmetric, that is, the atom emits a photon into one mode with some probability and absorbs a photon from the other mode with some other probability. This effect makes the steady-state photon distribution and the steady-state photon statistics asymmetric for the two modes. The diagram of the probability currents for the photon distribution, given by the analysis of the master equation, reveals that there is no detailed balance solution for the master equation. The computations show that the photon statistics of one mode or both modes can be sub-Poissonian, that the two modes can have anticorrelation or correlation, that the photon statistics increases with the increase of thermal photons, and that the resonant position and strength of the photon statistics are influenced by the ratio of the two coupling strengths of the two modes. These properties are also discussed physically.     

Single Photon Scattering in a Pair of Waveguides Coupled by a Whispering-Gallery Resonator Interacting with a Semiconductor Quantum Dot

The single photon scattering properties in a pair of waveguides coupled by a whispering-gallery resonator interacting with a semiconductor quantum dot are investigated theoretically.The two waveguides support four possible ports for an incident single photon.The quantum dot is considered a V-type system.The incident direction-dependent single photon scattering properties are studied and equal-output probability from the four ports for a single photon incident is discussed.The influences of backscattering between the two modes of the whispering-gallery resonator for incident direction-dependent single photon scattering properties are also presented.