光学蛋白质芯片

本文介绍一种新型光学蛋白质芯片技术。它通过表面格式化、表面改性和配基固定形成多元生物活性感应表面;借助蛋白质的特异结合性和高分辨率的生物光学显微成像技术达到识别和检测蛋白质的目的。它是一种标记的多元蛋白质定量分析方法。     

高速摄影——一种被广泛运用的瞬态光学技术

高速摄影,人们对它并不陌生,例如我们经常从电影或电视上看到的慢动作镜头,就是运用了嵩速摄影技术。高速摄影是瞬态光学技术的一种类型。瞬态光学技术是研究和发展用来观察、记录各种瞬态现象的光学技术,所谓瞬态现象是指变化很快的现象,它可以是物体位置或形态的快速变化,也可以是某种发生在原子分子层次上的表面上     

纳米微粒SnO2的光限幅特性

随着高灵敏快响应光电探测器的广泛应用,迫切需要研制一些光限幅器来保护这些精密仪器。光限幅器的工作原理是基于材料的非线性光学特性,因而选择合适材料并研究它的非线性光学响应是非线性光学中非常重要的课题。纳米微粒有相对大的比表面积,在微粒表面存在大量原子空位或缺陷,形成表面受陷态(trapped states)。在外界激光作用下,这些表面受陷态成为有效光生载流子的无辐射途径,导致大的热致折射率变化,形成瞬态热透镜。这个热透镜使信号光束出现扩散或会聚,通过选择样品相对位置,从而实现光束限幅效应。近年来,利用非线性光学原理的光限幅效应研究已有一些报道,大多采用的是有机非线性材料和体相半导体材料,但存在着材料稳定性差及限制效果不太理想等局限性。利用单光束Z-扫描技术,本文进行了表面修饰的SnO_2纳米微粒热致折射率n_2测量和它的光限幅特性研究。     

金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用

金属纳米结构的表面等离子体光学在光催化、纳米集成光子学、光学传感、生物标记、医学成像、太阳能电池, 以及表面增强拉曼光谱等领域有广泛的应用前景, 这些功能和金属纳米结构与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关. 本文简单回顾国际上该领域过去十来年的一些重要研究进展和当前发展的前沿动态, 重点介绍我们课题组近年来在金属纳米颗粒和纳米结构的表面等离子体光学理论和实验研究上取得的一些成果. 同时还介绍了我们课题组目前在表面等离子体光学研究方面的若干新思路, 包括表面等离子体共振放大、紫外波段光学天线、纳米天线光学双稳态、表面等离子体辅助的量子相互作用等. 通过这些经验和教训的介绍与讨论, 期望能够达到抛砖引玉的目的, 与国内同行来共同探讨表面等离子体光学结构是如何在纳米尺度上实现对光的各种性质的调控和利用的, 并向等离子体光学的未知领域开拓进取.     

Fe-Ni-Si-B非晶合金中的原子扩散

1 实验非晶合金Fe-Ni-si-B条带由单辊激冷法制备。选取条带的亮面抛光,得到光滑的表面,再将它放到丙酮液中超声清洗,用酒精冲洗吹干,样品在真空室中被固定在由电阻丝加热的铜块上,温度测量采用铜-康铜热电偶。原位退火过程中元素的表面偏析随退火时间变化的测量在LAS-3000 RIBER俄歇(A ES)表面分析系统中进行,选取适当的时间间隔测定各元素的峰高值(APPH),退火温     

聚光集热系统统一MCRT建模与聚光特性

针对太阳能热发电站中各种聚光集热系统及其光能聚集与光热转换复杂过程,提出了一种新的统一建模方法以及与其对应的自编程统一蒙特卡罗光线追迹(MCRT)计算方法.即根据系统组成特性与光子传播简化计算原则,将其细分为由不同数量表面组成的各个子系统层次,采用统一的4阶方程与层次/表面编号形式、表面特征与光学参数变量等建立统一的系统几何模型与光学模型,设计开发具有统一求解交点、统一光学事件判断与计算、统一计算考核等通用模块的统一MCRT计算方法与程序.在此基础上,将该统一MCRT建模方法与程序应用于3种典型聚光集热系统,计算考核结果表明,该方法与程序具有较好的通用性和较高的准确性,所获得聚光特性进一步或可有效用于指导各种太阳能聚光集热系统应用选型或设计计算.     

基于光学测量的纳米孔单分子分析技术

纳米孔技术因其无标记、低成本、便携式和超高灵敏度等优点受到许多关注,但传统的电测量方法仍受到非理想器件噪声、低通量以及时空分辨率不足等限制.目前已经有许多策略被提出来改进和解决这些限制,其中高带宽和高通量的光学测量技术可以被用来补充或替代电测量.本文总结了基于荧光、等离激元共振效应和表面增强拉曼散射等光学测量方法的纳米孔单分子研究进展,并展望了时空分辨光学纳米孔测量的前景.     

眼角膜散光测量的研究

角膜是眼屈光系统中最重要的光学折射面,本文选择3种方法对角膜散光进行测量。随机选择屈光不正患者360只眼,对计算机辅助的角膜地形图检查、角膜曲率计及散瞳验光3种测量角膜表面的方法进行比较。发现3组测量方法在散光轴位方面无显著性差异。提出角膜地形图中△K_(sim)即表示角膜规则性散光。散光度数在角膜地形图和角膜曲率计组间无显著性差异,而散瞳验光组与另两组间均存在显著性差异。提示在测量角膜散光方面角膜曲率计与角膜地形图具有相似的临床价值,但由于角膜曲率计测量范围小、取点少,因此在反映角膜表面细微变化方面受到很大限制。本文还对角膜地形图图形与参数△K_(sim)间关系进行了探讨。     

新型聚苯胺团簇的飞秒非线性吸收

发展新型的光子开关在光计算和光通讯领域里具有重要的意义.团簇——作为空间尺度,是零点几到几十纳米的原子或分子的微观和亚微观聚集体显示出与通常固体材料不同的电子和光学性质.目前,无机纳米材料大的三阶非线性光学效应已引起了国内外的重视,深入的研究可望将团簇开发成一类具有特殊性能的非线性光学材料.本文报道一种嵌埋于有机玻璃(PMMA)中的聚苯胺(PAn)团簇的飞秒非线性光学特性.采用飞秒瞬态吸收激光光谱技术分别测量了近共振和非共振条件下的PAn团簇的光激发和弛豫过程,测量结果显示出PAn团簇的量子尺寸效应导致了其具有比纯聚苯胺固体薄膜更快的光学响应过程.     

金属-非线性晶体界面光栅耦合倍频产生5.3μm表面电磁波

一、引言利用表面电磁波可以研究许多物质的表面光学性质。特别是由于表面波的强度比较高,非常有利于开展各种非线性光学实验,如倍频、差频、Raman散射等。这里我们提出了在金属-非线性晶体界面上利用光栅耦合倍频产生表面电磁波的方法。在工作波段晶体色散很小的情况下,可以有两种途径产生倍频表面波:一是首先由光栅耦合出基频表面波,再经过晶体     

超表面多维光场调控及基于机器学习的优化

作为一种亚波长二维人工微结构,超表面在更加集成化的平台上实现了新的光学现象及对光场灵活、多维的调控.与光场单维调控的超表面相比,能够实现光场多维调控的超表面在许多实际应用中都展现出明显的优势,例如光学全息成像、超分辨成像及矢量光生成等.然而,实现多维调控的超表面通常具有更复杂的设计,基于机器学习优化可以有效降低超表面的设计难度并实现更高精度的多维调控,因此受到广泛的关注.本文首先对实现多维调控的超表面进行了分类和总结,随后详细介绍了基于机器学习的新型光场调控方法.基于机器学习优化的超表面进一步增大了光场调控的自由度,有利于集成光学器件的发展.     

“纳米光镊装置”

一个只及头发丝万分之一粗的单分子,你如何感知它的运动方向和力量呢?现在你可以在中科大科学家研制的纳米光镊系统上亲自尝试DNA分子的折叠,以及与组蛋白的微小结合力的测量。这个装置名为“纳米光镊系统”,是由中科大激光生物实验室研制成功的,刚刚通过中科院组织的专家组的鉴定,它标志着我国纳米光镊技术获得了重大进展。“光镊技术”被称为无形的机械手,区别于日常有形的镊子,光镊是利用激光动量转移产生的辐射压力,形成具有梯度力场的光学陷阱,处在陷阱中的微粒受到梯度力场的作用,就被“钳住”。这个光学陷阱像是一把小镊子,因此被…     

柔性基底瞬态热流率测量传感器的研制及其应用

介绍了一种适用于高超声速激波风洞瞬态热流率测量的柔性基底传感器, 简述了该传感器的工作原理、结构和制作工艺, 并且对其绝热基底厚度和动态响应参数进行了理论计算. 在爆轰驱动的激波风洞中, 使用该传感器进行的平板表面瞬态热流率测量的实验表明, 结果是可靠的, 它可以作为模型表面瞬态热流率测量的一种有效工具.     

喇曼散射的表面增强效应

表面喇曼光谱是研究表面能谱的一种光学方法,以前由于灵敏度不高,它用于表面现象研究存在一定的困难。1974年发现了喇曼散射的表面增强效应,为这一技术的应用展现了美好的前景。复旦大学物理系同志所撰写的《喇曼散射的表面增强效应》一文,介绍了此效应的发现、实验结果及理论模型的探讨,值得一读。     

用于管盖基因芯片荧光图像信息的采集及数据分析系统

管盖基因芯片是将基因探针固定在特制的Eppendorf管盖内表面, 与内置杂交缓冲液贮液池的Eppendorf管一起构建的基因检测器件. 在这个全封闭的系统内, 可以完成基因扩增、荧光标记、芯片杂交及检测等一系列生物化学操作, 实现多基因高通量并行检测. 报道了用于管盖基因芯片的检测分析系统, 它包括光学检测平台、图像采集系统、图像分析系统及结果报告系统. 光学检测平台利用NIKON显微镜光学系统, 通过电荷耦合器件(CCD)进行图像的采集. 管盖基因芯片杂交后, 经过荧光信号被CCD捕获, 经通用串行总线(USB)传递给计算机. 图像经过旋转、去噪声点、图像分色、杂交信号计算、结果判定、有效性判定及结果输出. 用该系统成功地对呼吸道的10种病毒杂交结果进行了检测.     

紫斑环蝶鳞片的微结构及其结构色

紫斑环蝶(Thaumantis diores)是我国云南常见蝶类, 其翅膀表面分布着两种类型的鳞片, 呈覆瓦状排列, 均布于整个翅膀表面. 对扫描电子显微镜图片分析认为,Ⅰ类鳞片主要产生蓝色的结构色, 而Ⅱ类鳞片只产生黑色的化学色. 利用透射电子显微镜获得了两种鳞片的横截面结构. 用光子晶体理论解释了Ⅰ类鳞片结构色的产生原理, 将Ⅰ类鳞片的多层结构优化为一维的布拉格堆栈进行光学模拟. 用分光光度计测量了翅膀表面的反射率, 测量结果与模拟结果吻合. 当紫斑环蝶飞行时, 伴随翅膀的上下扇动, 表面的颜色不停地在结构色和化学色之间变换, 亮度也同时改变. 受此启发, 提出了仿生变色样品设计模型, 对视频隐身和其他的变色设计研究有着深远意义.     

金刚石在C60薄膜表面的气相成核

金刚石薄膜是一种性能优异的功能薄膜,比颗粒状金刚石材料有着更为广泛的应用领域,尤其是在光学和微电子学方面,因此近年来受到极大的关注。然而,在气相沉积金刚石薄膜中,金刚石在光滑非金刚石衬底表面难以成核。为了提高金刚石在光滑衬底上的成核密度,一般需要破坏衬底表面,使之布满宏观缺陷,如划痕、蚀坑等以提供成核点,或在衬底表面预沉积有助于金刚石成核的过渡层如DLC,β-SiC等。因此,寻找增强金刚石在光滑非金刚石衬底上成核的有效方法一直是近年来气相沉积金刚石研究的重要内容。最近,Meilunas等人发现Fuller烯中的C_(60),C_(70)作为过渡层可以显著提高金刚石在光滑Si衬底表面的成核密度。由于Fuller烯是一种新型的光学和半导体材料,因此,研究Fuller烯表面气相生长金刚石薄膜不仅为增强光滑衬底表面上的成核提供了一种新方法,更为重要的是有可能为金刚石薄膜和Fuller烯提供新的应用领域。     

聚酰亚胺摩擦膜定向液晶的机理研究

液晶易受所接触基片的影响而规则取向,即所谓的定向或锚定。液晶定向技术,是制备液晶器件的关键技术之一。对液晶定向技术的研究,不仅具有重要的实用价值,而且是一个非常重要的理论问题。 通过摩擦聚酰亚胺(PI)涂覆的玻璃基片来诱导液晶排列,是目前最常用的液晶定向方式。关于摩擦膜的定向机理,一种普遍的假设是液晶分子与摩擦所造成的具有一定取向的聚合物分子间的相互作用。Barmentlo等人通过测量表面二次非线性以及光学相位延迟等方式,进一步论证了这一机制。然而,这些光学表征手段的表面分辨率低于1μm~2,因而只能提供一种宏观及平均意义上的证据。本文利用具有高表面分辨率的扫描探针技术:原子力显微术(AFM)和扫描隧道显微术(STM),从微观角度对摩擦膜定向液晶的机理进行了研究。作为比较,我们同时研究了PI Langmuir-Blodgett(LB)膜的结构及其液晶定向性能。     

金红石相氧化物TiO_2,SnO_2和GeO_2表面氧化性对HCl气体光学气敏传感特性的影响

利用光学气敏材料吸附气体来检测气体成分及浓度,成为了大家的一个研究热点.采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了含氧空位金红石相TiO_2(110)表面,SnO_2(110)表面和GeO_2(110)表面吸附HCl气体后,表面结构的氧化性能、态密度、电荷分布、差分电荷密度以及光学性质,讨论吸附对光学气敏传感特性的影响.研究发现:HCl气体均易吸附于含氧空位金红石相TiO_2,SnO_2和GeO_2表面;且吸附后的稳定性为:TiO_2SnO_2GeO_2;氧化性是影响吸附能力和光学气敏传感性能的重要因素,HCl分子吸附于表面后其氧化性强弱为:TiO_2氧空位SnO_2氧空位GeO_2氧空位;从态密度和光学性质分析发现,含氧空位金红石相TiO_2(110)吸附HCl分子后,光学性质的改变最为明显,特别是对于500~700 nm的光,TiO_2具有很好的光学气敏传感效应,可作为一种较为理想的光学气敏传感材料.     

光衰减技术的新用途

光衰减技术的新用途美国海军海面作战中心的科学家们已发明了一种利用光衰减技术来测量液体液位和容量的新方法。利用这种方法测量液位和容量时，既不需要与液体接触也不需要与容器接触，它由一单独的光源、一台光学检测器、同步放大器、信息处理机及相关电子线路所组成。...