光子学与光子技术对中西部科技经济发展的影响

对光子学与光子技术领域的发展动态和发展趋势进行了系统综述。指出：①光子学与光子技术的发展必将导致若干重大学科群的形成；②光子学与光子技术领域的突破性进展必将导致中西部地区区域经济步入新的发展阶段。

皮秒分辨荧光光谱测量的延时分幅扫描单光子计数技术

介绍并分析了我们创建的一套以雪崩光电二极 (APD)为探测手段的皮秒分辨延时分幅扫描单光子计数荧光光谱测量装置 ,该装置具有高信噪比和高灵敏度 ,可对 5 pw的荧光信号快速响应。创新性地采用了延时分幅扫描技术 ,最大限度地发挥光电探测器优越性 ,将系统的时间分辨率提高了 16 7倍。

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 52 5nm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 .

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 40 0 nm和 632 nm光照射下的相互抑制作用 ,并分析了

光子晶体与复杂性研究

根据光子晶体的特性,分析了光子晶体中的简单性及复杂性、随机性,同时对光子晶体概念及光子晶体在简单性及复杂性、随机性研究方面的意义及作用进行了探讨。

混频激光光谱分析技术在文化遗产研究中的应用前瞻

探索和利用新的科学技术方法和技术手段,解决文化遗产研究中的文物化学组成、文物年代、遗址勘探等一些重要问题已十分急迫。20世纪70年代末出现的混频激光光谱分析技术,具有高光谱分辨率、低检出限、可无损分析等优点,为解决这些难题提供了新的方法。对混频激光光谱分析技术的原理、特点和目前应用现状进行了介绍,并分析了该项技术在我国文化遗产研究中的应用及其前景。

光纤激光器波长调谐技术研究

介绍了可调谐掺铒光纤激光器的工作原理和几种可调谐滤波器的工作特性及其调谐技术方法,重点介绍了光纤光栅作为滤波器的特性及其反射波长调谐技术。概述了掺铒光纤激光器输出波长调谐技术的现状,分析了有待解决的技术问题。

Kerr介质中多模光场与多个等同二能级原子系统任意N_j度简并任意N~Σ光子相互作用

建立了“Ｋｅｒｒ介质中的多模光场与多个等同二能级原子系统任意 Ｎｊ度简并任意 ＮΣ光子相互作用”模型；给出了多模 Ｋｅｒｒ偶相干态、多模 Ｋｅｒｒ奇相干态的具体解析表达式．

固体浸没透镜静态光存储技术研究

固体浸没透镜(SIL)光存储技术是提高光存储密度的比较实用的光存储技术之一,本文采用波长650nm,出射功率10mW、聚焦物镜数值孔径0.65的大功率激光头作为固体浸没透镜初级光存储系统,同时结合SIL系统建立了完整的SIL静态存储系统,在CD-RW相变光盘上实现了刻录线宽为0.45μm的静态刻录结果,该结果与波长650nm初级光存储系统相比,记录线宽(0.65μm)压缩了1.44倍。

光响应液滴操控功能表面研究及应用进展

具有特定润湿性的功能表面是人们操控液滴的重要手段。近年来基于光激励响应的润湿性功能表面发展迅速,通过光诱发材料表面产生润湿梯度力、机械形变、相变、介电泳力以及电润湿性能转变等,光响应液滴操控功能表面能够有效地操控液滴行为。本文简要回顾了光响应液滴操控功能表面的发展历程,重点介绍了其操控液滴的基本原理,分析并总结了当前该功能表面的类型、结构特点以及相应的制备技术。此外,介绍了光响应液滴操控功能表面在液滴输运、融合、分割、液滴机器人、微纳流控芯片等领域的应用,并结合光响应液滴操控功能表面的操控特点对其发展趋势和未来潜在应用进行了展望。

基于逆向空间偏移拉曼光谱分析技术的无损药物检测方法研究

发展新型药物检测技术不仅能够杜绝假药对健康和生命的危害,更可以避免假药对社会道德和商业风气等产生不良影响。该研究工作,通过建立逆向空间偏移拉曼光谱(SORS)实验装置,克服了传统拉曼探测深度有限(约几百微米)的应用瓶颈,以无损、非接触的方式,克服不/半透明容器光学背景对光谱测量结果产生的影响,实现多种空间偏移量(Δs)条件下,样品特征光谱信息检测与分析,为开发基于逆向SORS技术的新型药物检测方法奠定实验基础。实验装置搭建过程中,采用785 nm半导体激光器与WITec UHTS300型拉曼光谱仪构建逆向SORS光谱分析装置。通过使用准直光束照射锥透镜形成环形激发光斑,并控制锥透镜与样品之间的距离,实现Δs连续可控变化。利用所搭建的光谱检测装置,分别测量聚乙烯方瓶(厚度为1.5 mm)和聚四氟乙烯离心管(厚度为4 mm)内对乙酰氨基酚和甲硝唑的拉曼特征光谱。利用环形光束照射会抑制容器峰强度这一特点,选取容器拉曼特征峰作为标准峰,分别对点光斑(Spot)和环形(Ring)光斑测量结果进行归一化处理,并将其强度相减(Ring-Spot),得到逆向SORS光谱测量结果。实验结果表明,逆向SORS光谱检测方法能够克服表层容器光学背景对测量结果产生的干扰性因素,真实反映不/半透明容器内样品的分子指纹光谱信息。在实验测量范围内,当环形光束半径增大1倍时,聚乙烯方瓶内对乙酰氨基酚拉曼特征峰强度增大6倍,而聚四氟乙烯离心管内的甲硝唑各特征峰强度增强1倍。以上实验结果表明,逆向SORS技术能够准确检测不/半透明容器内,或有漫散射介质覆盖的样品深层化学成分的指纹光谱。通过提高系统信噪比并优化系统结构与功能,在建立小型化、集成化检测系统的条件下,逆向SORS技术可与现有的多种药物检测技术相互补充,发展成一种快捷、准确、操作简便的新型药物检测手段。

基于单分子成像技术研究λ-DNA分子穿越微米通道端口的电动力学特性

操控单个DNA分子,将其有效引入、导出微纳通道是实现DNA生物芯片功能的前提条件.本文利用单分子荧光显微成像技术系统地实时观察分析λ-DNA单分子在电场力驱动下进入/穿出50μm通道端口处的电动力学特性及规律.研究发现:λ-DNA分子能够顺利进入trans端口并穿出cis端口,外加电场强度存在最大(Emax)和最小(Emin)阈值,只有场强E满足:Emin≤E≤Emax时, λ-DNA分子才能进入trans端口并顺利穿出cis端口;当电场强度小于最小阈值场强时, DNA分子不能进入trans端口;当电场强度大于最大阈值场强时, λ-DNA分子虽可能从trans端口进入通道内部,但不容易从cis端口穿出,而是在迁移至通道内cis端口附近时,运动方向反转、往复、甚至旋转等新现象,并且易于粘附到管壁上;随着场强增大,反转位置距cis端口越大.基于微流体电动力学理论,对λ-DNA分子在微通道端口的不同运动状态的物理机制进行了初步分析.本研究结果对研制基于微纳通道系统的基因芯片实验室及DNA分子传感器具有一定的实际指导意义.

基于多变量光谱数据分析方法的乳腺癌血清拉曼光谱特征研究

相比于细胞、组织等其他病理诊断样品,血液样本更易临床采集,其生化构成变化常表现于医学影像学检测到的临床症状出现之前,更有利于实现恶性疾病的早期筛查与诊断。拉曼光谱(RS)技术,具有快速、无标记、无损、非侵入等检测优势,且可获得特异性的生物分子结构和物质组成信息,在临床血液样品(血浆、血清)的癌变诊断检测中具有重大的应用前景。本工作采用显微拉曼光谱检测技术,在分析不同病变阶段(健康,早期癌变和晚期癌变)乳腺癌血清样品生化组成信息基础上,结合主成分分析(PCA)与线性判别分析(LDA)、支持向量机(SVM)和偏最小二乘算法(PLS-DA)等多变量光谱分析手段,构建光谱特征归类鉴别模型;并采用留一交叉验证方法(LOOCV)评估、比较这些模型的灵敏度、特异性和准确率,探索基于血清拉曼光谱的乳腺癌诊断方法。研究工作在观察血清类胡罗卜素成分共振拉曼光谱现象基础上,进一步分析了乳腺癌病理演进过程中血清样品蛋白质与脂类光谱特征变化。此外,利用多种光谱数据模型,在提取、识别更具代表性的分子光谱特征信息后,实现了较为准确的血清特征光谱信息鉴别分析。其中,PCA-LDA模型的分类准确率达99%;PCA-SVM(三个内核函数:线性核、多项式核及RBF核)模型中,当线性核函数PCA-SVM模型误差惩罚参数C为0.003时,其在测试集中的分类准确率为92%;当RBF核函数PCA-SVM模型参数C和参数γ分别为0.125和256时,其在测试集中的分类准确率可达到了最高94%;当多项式核函数PCA-SVM参数C为0.003、多项式阶数d=1时,其在测试集中的分类准确率为92%;然而,PLS-DA模型的分类准确率仅为80%。这些实验分析结果,从光谱特征的角度描述了不同病理条件下血清的物质构成信息,更为拓展血清拉曼光谱分析技术在乳腺癌早期筛查与病理分期分级中的应用范畴,奠定了一定实验与理论基础。

基于逆向空间偏移拉曼光谱技术的多层混浊样品深层分析研究

空间偏移拉曼光谱(SORS)能够准确、快速、无损检测多层混浊介质样品深层生化构成信息。该研究通过搭建集成化逆向SORS光谱分析装置,在实现逆向SORS和背散射式拉曼光谱两种不同的光谱检测模式的基础上,检测与分析了不同空间偏移量(Δs)条件下双/三层组织模型内的深层拉曼光谱信息,并根据几何光学理论和投影测量原理,量化标定了Δs与锥透镜空间位置之间的关系,这为精确控制光谱检测条件提供了保障。为了验证该装置的检测能力,采用由羊肩胛骨/对乙酰氨基酚组成的双层模型和猪皮/硅橡胶/对乙酰氨基酚组成的三层模型,获得不同Δs条件下包含样品表层和深层信息的混合光谱。并进一步对该混合光谱进行面积归一化处理,观察到随着Δs的增大样品表层的拉曼贡献逐渐减小,而第二层以及第三层的拉曼贡献逐渐增大的现象。在此基础上,通过选择模型中每层物质的拉曼特征峰计算其相对拉曼强度,分析研究了相对拉曼强度、空间偏移量与样品厚度三者之间关系,即当Δs增大时相对拉曼强度比值随之增加,这清晰地表明深层物质的拉曼强度增加。然而,在同一Δs条件下,相对拉曼强度随着表层物质厚度的增大而减小。以上实验结果表明,我们搭建的集成化逆向SORS光谱分析装置可从深度达8 mm的生物模型下获取光谱信息,并证明了该装置在经皮无损探测方面的应用价值。

光子晶体的发展历程与前景

1987年,一个新的概念,光子晶体的概念,震动了世界。1991年,这个概念成为现实,世界上第一块完全禁带光子晶体诞生了。光子晶体使人类自如地控制光的流动的梦想即将成真,具有极其巨大的应用价值和极其广阔的应用前景。光子晶体正处于蓬勃发展期,其未来充满挑战和希望。

变色魔术师—自然界中的光子晶体

美丽神奇的自然光子晶体早已存在于大自然中,但人类对其较为清晰的了解则是始于1987年光子晶体概念提出以后;自然光子晶体以其亮丽色彩装点着自然界,同时它们也具有重要的生态意义和科研价值。

ZrSSe、HfSSe及其二维异质结界面特征和介电特性研究

利用第一性原理结合HSE06杂化泛函理论研究了ZrSSe、HfSSe及相关异质结的电子和介电特性。单层ZrSSe和HfSSe的电子结构计算结果表明,其为间接带隙半导体,带隙分别为1.196 0 eV和1.040 2 eV。观察发现,能带结构出现了明显的带嵌套(Band nesting)现象,说明ZrSSe和HfSSe在光照条件下能够产生强烈的光与物质相互作用。并且,材料由S原子与Se原子p轨道电子跃迁产生的介电特性在红外和可见光范围表现出优异的吸收性能。此外,对结构的局部平面平均态密度进行分析表明,基于ZrSSe和HfSSe可以形成三种不同界面特征的异质结,且与带边界相关的电荷密度分布在两种材料上。对ZrSSe/HfSSe异质结的光吸收谱计算发现,其吸收峰主要出现在红外和可见光范围内,其峰值吸收系数最高可达1.26×10~6 cm^(-1)。对异质结的能量损失谱计算可知,ZrSSe/HfSSe异质结在可见光范围内具有较高的吸收率。研究揭示了两面神结构材料及其异质结的光物理性质,推动了这些材料在新型光电器件中的应用。

人造光子晶体与自然光子晶体

结合人造光子晶体和自然光子晶体的特性,论述了人造光子晶体在科学技术领域的作用与意义,同时论述了自然光子晶体在人类了解和利用自然界方面的作用与意义。

第Ⅴ类两态叠加多模叠加态光场的等阶N次方H压缩特性研究

本文构造了由多模真空态 |{ 0 j}〉q和多模虚相干态的相反态 |{ - i Zj}〉q这两者的线性叠加所组成的第 类两态叠加多模叠加态光场 |ψ( 2 )5〉q,利用多模压缩态理论详细研究了态|ψ( 2 )5〉q的广义非线性等阶 N次方 H压缩特性 .结果发现 :1 )态 |ψ( 2 )5〉q是一种典型的多模非经典光场 ;无论腔模总数 q与压缩阶数 N这两者之积 q· N取奇还是取偶 ,只要各模的初始相位之和 qj =1φj、态间的初始相位之差 (θ( I)nq- θ( o)0 q )等满足一定的量子化条件 ,态 |ψ( 2 )5〉q 总可分别呈现出周期性变化的、任意的奇数模 -奇数阶、奇数模 -偶数阶、偶数模 -偶数阶和偶数模 -奇数阶这四种不同形式的等阶 N次方 H压缩效应 .2 )上述四种不同形式的等阶 N次方 H压缩效应 ,其态间压缩条件完全相同 ,但模间压缩条件完全不同 ,结果使其压缩幅度、压缩结果和压缩特性等各不相同 .3 )无论 q· N取奇还是取偶 ,态 |ψ( 2 )5〉q的第一和第二这两个正交分量的等阶 N次方

基于荧光成像分析的双光子直写离焦主动补偿方法(特邀)

针对双光子直写大面积微纳结构中的离焦问题,提出一种基于荧光成像分析的焦点主动补偿方法。首先利用光刻胶荧光信号在光刻胶与基底介质界面处快速变化的特点,结合相应的图像处理方法分析相机捕获的荧光图像,高效地判断出物镜焦平面与基底平面间的倾角。随后,通过空间位置旋转变换关系得出加工区域内每一个加工位点的补偿值,以及补偿过程中这些位点与激光焦点在三维空间中的相对运动速度。最后,由纳米压电平移台执行相应的位置与速度即可实现对离焦的主动补偿。进行大范围微纳米线、尺度渐变微纳米结构阵列和尺度渐变复杂几何结构的双光子直写加工实验,结果表明提出的方法能有效地解决双光子直写中的离焦问题,最小补偿倾角达到4.62×10^(-4)rad。在预期300 nm高度的大面积微纳米线阵列加工中,离焦补偿精度标准差达到23 nm。同时,提出的方法能够实现尺度渐变的微纳结构的高精度加工,获得的尺度渐变双针结构的最小特征结构高度为12 nm、半峰全宽为79 nm。提出的方法简单易行、不需要额外引入参考光和复杂的标定,对于降低系统技术难度和控制系统成本具有一定的现实意义。