单分子发射光子的统计性质: 考虑系间穿越影响

用产生函数(generating function)方法研究了单分子存在系间穿越过程的发射光子的统计性质, 并给出了长时间极限下的发射光子的平均值以及对应的Mandel Q 参数的表达式.研究结果表明, 在系间穿越过程存在的情况下, 单分子发射光子的平均发射光子数和对应的Mandel Q参数随时间都呈线性关系, 并且Mandel Q参数对跃迁速率k₂₃ 在长时间尺度上非常敏感.     

高能光子的统计分布

当前,量子光学研究的是低能(软)光子在空间线度为10~(-8)～10~(-9)厘米的电磁过程.而产生高能光子当必是短距离空间中的量子电磁现象.两者的统计分布可能有别.对短距场须用量子电动力学(QED)的重正化群方法来讨论其光子数分布. QED中发射N条光子外线的(N 2)点截断格林函数(?)~(N 2),如图1所示,其重正性导致渐近能量下满足方程:     

超导纳米线单光子探测器件的单光子响应

单光子探测技术是量子通信系统中量子密钥分发实现的关键技术之一. 超导纳米线单光子探测技术是一种新型的单光子探测技术, 相对于传统的半导体单光子探测器件具有高计数率、低暗计数等明显的优势. 介绍了基于低温超导NbN超薄薄膜的超导纳米线单光子探测器件以及实验室超导单光子探测系统. 对超导纳米线单光子探测器件的单光子响应脉冲特性进行了细致的分析和研究, 讨论了测试系统带宽等参数与脉冲波形的关系. 并利用电路模拟对超导单光子探测电信号波形进行了分析, 模拟结果和实验结果具有很好的一致性. 通过这些工作进一步理解超导单光子探测机理, 为未来建立量子通信用超导纳米线单光子探测系统打下良好的基础.     

N_2(α~1Π_g)+CO(X~1∑)→CO(A~1Π)+N_2(X~1∑_g)的E-E传能速率

亚稳态N_2(a~1Π_g)不但是放电过程中的重要能量载体而且也是电离层中最重要的紫外分子发射(LBH)源.因此,了解它的传能过程对化学激光、大气化学和遥控技术的应用都有很重要的意义.Golde等第一次在流动余辉装置上利用高纯N_2(X~1∑_g)微波放电产生N_2(a~1Π_g),通过测量E-E传能发射光谱求得标题反应的传能速率为1.5×10(-10)cm~3/mol·s.Sha等利用共振多光子电离技术,对上述体系进行了详细深入研究.而后,Marinelli等又利用共振双光子激发荧光技术通过测量荧光的衰减直接求得CO(X~1∑)对N_2(a~1Π_g)的猝灭速率为2.8×10~(-10)cm~3/mol·s.本文报道利用交叉分子束技术结合高灵敏度光谱测试技术测量上述体系的E-E传能速率并对此进行了讨论.     

强脉冲红外激光引起BCl_3可见荧光的新过程——光—声—光效应

简单多原子分子在强红外共振辐射场辐照下,引起发射可见荧光及离解的效应,是一个十分复杂的物理现象。因为CO_2激光光子的能量只有0.112eV,而发射可见荧光其光子能量至少需要几个电子伏,这意味着,分子必需有积累足够内能的过程。其中包括,共振辐射场与孤立分子的多光子相互作用引起瞬时荧光及离解现象,经过分子间多次能量交换,即通过碰     

局域表面等离激元增强荧光研究进展

金属表面增强荧光现象,即表面等离激元与荧光分子、原子、量子点等发光体系的相互作用,是许多应用研究的基础科学问题.近年来该领域在实验和理论方面都取得了很大的进展.研究表明,金属表面等离激元共振不仅能够增强分子的激发过程,也能强烈地调制分子荧光的发射过程,如影响发光的量子效率、弛豫寿命和发射方向等.通过设计微纳金属结构,局域表面等离激元可以有效地改变分子所处的介电局域电磁场环境,进而影响和调控荧光分子的自发辐射过程.实验研究从初始的集体平均性观测,目前已经发展至单纳米结构和单分子水平,从而克服了传统测量中的平均效应,并做到实验测量和理论模拟的有机结合,对揭示单个纳米颗粒层次上的光物理基本规律具有重要意义.本文主要介绍近期与局域表面等离激元增强荧光相关的重要研究进展,具体为表面增强荧光的发光强度、光发射角分布、荧光光谱、荧光弛豫寿命及偏振等方面.     

极化光子碎裂函数

Altarelli和Parisi讨论光子结构函数的方法可推广到极化光子情况,现在我们利用类似的方法讨论极化光子的碎裂函数。螺旋度     

单分子力谱

基于原子力显微镜技术的单分子力谱是研究高分子体系中的分子内与分子间相互作用, 进而揭示其超分子结构的本质及动态过程的一种新型纳米表征技术. 结合我们近期的研究工作, 概述了单分子力谱的工作原理及单分子拉伸的判断标准, 讨论了单分子力学谱与超分子结构、高分子界面吸附形态与力谱形状、分子间特异性相互作用的直接测量等, 并对该领域的未来发展作了展望.     

分子光学生物医学

分子光学生物医学利用激光器,是利用生物分子的光致激发产生的光化学过程。有单光子光学生物医学和多光子光学生物医学之分,二者对激光强度的要求不同。单光子激发众所周知的是藉助血卟啉衍生物HpD~(41)的新生儿黄疸(血胆红素过多)的光疗、各种皮肤病的光疗和光化学疗法、癌症的光化学疗     

多波长激光发射光子集成技术

针对光子集成芯片设计和制造中所面临的难点, 对多波长激光发射光子集成芯片中的多波长激光器阵列、单片集成, 芯片模块化耦合封装等核心技术进行了阐述. 利用重构等效啁啾技术, 二次压印模板技术, 大幅度放宽光子集成芯片对制备工艺中的苛刻要求, 降低了芯片制造成本; 通过端对接耦合技术和铟磷基阵列波导光栅技术, 解决了有源无源波导的单片集成问题; 建立了多端口分析模型, 实现了多参量动态特性的测试, 提出了寄生参数补偿的封装技术, 大幅度提升了芯片性能.     

单光子探测激光距离测量技术

激光距离测量技术通过测量激光的时间、相位、频率、偏振、强度等信息,实现非接触和高精度的距离测量,在科研和工业生产中具有广泛的应用。单光子探测技术将光电直接探测的灵敏度提高到单光子极限,大幅提升了激光距离测量的能力,使我们看得更远。我们通过发展高速、多通道、高精度单光子探测器,实现了远距离高精度激光三维成像。     

白光LED用单一基质Ca10(Si2O7)3Cl2:Eu2+,Mn2+ 白色发光材料特性研究

采用高温固相法制备了单一基质Ca₁₀(Si₂O₇)₃Cl₂:Eu²⁺,Mn²⁺白色发光材料, 研究发现材料适于近紫外光激发, 发射高亮度的白色光. Eu²⁺发射中心形成峰值为426和523 nm的特征宽谱, 通过Eu²⁺向Mn²⁺的能量传递, 形成了峰值为585 nm的宽谱发射; 红、绿、蓝三色发射带叠加后, 在同一基质中实现了白光发射. 利用Dexter电多极相互作用的能量传递公式, 得出Ca₁₀(Si₂O₇)₃Cl₂中Eu²⁺对Mn²⁺的能量传递属于电偶极-电偶极相互作用引起的共振能量传递. 利用InGaN管芯(370 nm)激发Ca₁₀(Si₂O₇)₃Cl₂:Eu²⁺,Mn²⁺材料, 获得了很好的白光发射, 测得的色坐标为(x = 0.323, y = 0.327), 色温为5664 K, 显色指数为85%.     

四方相LiY（Yb）F4:Yb3+/Er3+晶体颗粒的合成及上转换荧光光谱

采用水热法分别合成了四方相LiYF4:Yb3+/Er3+和LiYbF4:Yb3+/Er3+的八面体晶体颗粒,并通过XRD,SEM,荧光光谱观测等手段对其晶相、形貌及上转换荧光效应等进行了研究.结果表明,EDTA(乙二胺四乙酸)表面活性剂的引入导致了样品平均粒径和结晶度的变化及发光强度等的变化.在波长为980nm激光的激发下,观测到了源于2H11/2→4I15/2和4S3/2→4I15/2跃迁的绿色上转换荧光发射、4F9/2→4I15/2跃迁的红光发射和2H9/2→4I15/2跃迁所产生的微弱紫光发射;分析了上转换发光机理和基质变化对上转换荧光性质的影响.     

电磁波与万有引力

引力波是电磁波的反物质．来自另一物体的负电荷光子对物体中的带正电的原子核的电场引力就是万有引力,重力场的场量子就是负电荷光子。     

Towards realising high-speed large-bandwidth quantum memory

Indispensable for quantum communication and quantum computation,quantum memory executes on demand storage and retrieval of quantum states such as those of a single photon,an entangled pair or squeezed states.Among the various forms of quantum memory,Raman quantum memory has advantages forits broadband and high-speed characteristics,which results in a huge potential for applications in quantum networks and quantum computation.However,realising Raman quantum memory with true single photons and photonic entanglementis challenging.In this review,after briefly introducing the main benchmarks in the development of quantum memory and describing the state of the art,we focus on our recent experimental progress inquantum memorystorage of quantum states using the Raman scheme.     

核糖体的研究历程——2009年诺贝尔化学奖简介

2009年10月7日,美国科学家V·拉马克里希南、T·施泰茨以及以色列女科学家A·尤纳特因为对核糖体结构和功能的研究共同获得诺贝尔化学奖。这三位科学家分别应用X射线衍射技术以高分辨率解析了核糖体的原子结构并且研究了核糖体功能。     

黄斑大蚊的喜湿性及其翅膀、腿表面的超疏水性

黄斑大蚊的翅膀、腿表面有很好的超疏水性, 水滴在其表面的静态接触角分别为150°,155°, 滚动角接近5°, 通过扫描电子显微镜观察发现, 在黄斑大蚊的翅膀、腿表面分布有大量呈规则排列的微纳米级复合凹槽、乳突, 复合结构及其表面的低表面能物质的协同作用使其表面具有良好的超疏水性, 这一特性使黄斑大蚊能在潮湿的环境中自由生存. 本文用 Cassie 理论对这种超疏水性进行了理论分析.     

制备蛋白A单分子膜层装配抗体构建肿瘤标志物检测芯片

免疫分析方法主要依赖于固定在固相基底上的抗体对相应抗原的特异性识别, 抗体在固相基底上固定后最大程度保持生物学活性是设计免疫分析方法的关键技术. 本研究利用在疏水性硅基底表面制备蛋白A单分子膜层可以特异结合抗体的Fc端, 进而实现对抗体的定向化装配, 进一步构建格式化阵列用于肿瘤标志物检测. 研究结果表明, 制备的蛋白A单分子膜层的厚度为1.8±0.6 nm, 抗体可以经蛋白A单分子膜层实现定向化装配, 由此设计的传感阵列检测肿瘤标志物甲胎蛋白(alpha-fetoprotein, AFP)可以实现1.0 ng/mL的灵敏度, 血清检测结果与电化学法(ECLIA)测定进行统计学检验没有显著性差异(P>0.05).     

Topology in parity-time-symmetric quantum walks

The study of non-Hermitian systems with parity-time(PT) symmetry is a rapidly developing frontier in recent years. Experimentally, PT-symmetric systems have been realized in classical optics by balancing gain and loss, which holds great promise for novel optical devices and networks. Here we report experimental realization of passive PT-symmetric quantum dynamics for single photons by temporally alternating photon losses in the quantum walk(QW) interferometers. The ability to impose PT symmetry allows us to realize and investigate Floquet topological phases driven by PT-symmetric QWs. We observe topological edge states between regions with different topological invariants. Topological invariants can be defined by winding numbers, Zak phases, general geometry phases and can be calculated. Can they be detected directly? We give an answer by reporting the experimental detection of bulk topological invariants in non-unitary QWs. The topological invariant of the non-unitary quantum walk is manifested in the quantized average displacement of the walker, which is probed by monitoring the photon loss. Furthermore, we report the experimental study of dynamic quantum phase transitions(DQPTs) and photonic skyrmions using discrete-time QWs. We simulate quench dynamics between distinct Floquet topological phases using quantum-walk dynamics, and experimentally characterize DQPTs and emergent skyrmion structures. Our results pave the way for realizing quantum mechanical PT-synthetic devices and augurs exciting possibilities for exploring topological properties of non-Hermitian systems using discrete-time QWs.