一维/二维半导体纳米结构的二次谐波和双光子吸收特性研究作为近代光学的一大分支,非线性光学对于研究光与物质相互作用、开发具有重要应用价值的科学技术奠定了基础。近年来,随着纳米材料和纳米技术的发展,半导体纳米材料的非线性光学特性成为一个新兴的研究领域,它对于人们深入理解微纳尺度下光与物质的相互作用、实现光场调控以及开发功能性纳米光学器件具有重要意义。二次谐波和双光子吸收是两种最基本、最常见的非线性光学效应,它们的产生过程相对比较简单,效率也相对较高,因而最有可能在纳米体系中实现一些功能性的应用。 本文主要针对几种一维和二维半导体纳米结构中的二次谐波和双光子吸收特性进行了以下几个方面的研究:(1)研究了单根碲化锌纳米线中的表面二次谐波特性。与非中心对称介质中的体二次谐波不同,表面二次谐波主要起源于介质表面结构的中心反演对称破缺,在介质的表面原子层产生。我们首次在实验中观测到碲化锌纳米线中横向发射的表面二次谐波,通过角分辨、偏振测量等测试手段,我们对表面二次谐波的方向性、产生效率以及各向异性进行了系统测试和表征。 研究结果表明,这种垂直于纳米线长轴横向发射的表面二次谐波具有很小的发散角(4°)和很高的二次谐波转换效率(~10-6),并且它的偏振依赖关系与碲化锌纳米线的晶格结构密切相关(各向异性)。该研究成果表明纳米线二次谐波在高性能的微纳相干光源以及纳米结构的非线性光学探测等方面具有广泛的应用前景。(2)研究了 c轴氧化锌纳米柱阵列谐振增强的二次谐波特性。 通过理论分析和实验验证,我们发现c轴氧化锌纳米柱阵列的二次谐波主要来源于;χxzx分量。在此基础上,我们研究了谐振激发情况下氧化锌纳米柱阵列
双光子显微镜 https://www.doczj.com/doc/6217142793.html,/view/1428311.htm?fr=ala0_1 双光子荧光显微镜是结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新 技术。双光子激发的基本原理是：在高光子密度的情况下，荧光分子可以同时吸收 2 个长波长的光子，在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后，发射出一个波长较短的光子；其效果和使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子是相同的。双光子激发需要很高的光子密度，为了不损伤细胞，双光子显微镜使用高能量锁模脉冲激光器。这种激光器发出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量，其脉冲宽度只有100 飞秒，而其周期可以达到80 至100 兆赫。在使用高数值孔径的物镜将脉冲激光的光子聚焦时，物镜的焦点处的光子密度是最高的，双光子激发只发生在物镜的焦点上，所以双光子显微镜不需要共聚焦针孔，提高了荧光检测效率。双光子荧光显微镜有很多优点：1）长波长的光比短波长的光受散射影响较小容易穿透标本；2）焦平面外的荧光分子不被激发使较多的激发光可以到达焦平面，使激发光可以穿透更深的标本；3）长波长的近红外光比短波长的光对细胞毒性小；4）使用双光子显微镜观察标本的时候，只有在焦平面上才有光漂白和光毒性。所以，双光子显微镜比单光子显微镜更适合用来观察厚标本、更适合用来观察活细胞、或用来进行定点光漂白实验。 激光共聚焦显微镜在进行生物样品研究工作中还存在很多局限和问题： 一是标记染料的光漂白现象。因为共焦孔径光阑必须足够小以获得高分辨率的图像，而孔径小又会挡掉很大部分从样品发出的荧光，包括从焦平面发出的荧光，相应的，激发光必须足够强以获得足够的信噪比；而高强度的激光会使荧光染料在连续扫描过程中迅速褪色，荧光信号会随着扫描进程度进行变得越来越弱。 光毒作用是另外一个问题，在激光照射下，许多荧光染料分子会产生诸如单态氧或自由基等细胞毒素，所以实验中要限制扫描时间和激发光的光功率密度以保持样品的活性。在针对活性样品的研究中，尤其是活性样品生长、发育过程的各个阶段，光漂白和光毒现象使这些研究受到很大的限制。 在传统荧光显微镜中，一个荧光团吸收一个光子，该光子能量对应于荧光团基态和激发态能量之差。通过一个较短寿命的虚态，也可以通过同时吸收两个较低能量（即更高的波长）的光子激发荧光。例如，吸收两个红色波长的光子，可以激发一个吸收紫外的分子。双光子激发是一个非线性过程，对激发光强度有平方依赖关系。
双光子诱导有机光致变色材料的研究进展 范丛斌1,3,章洛汗2,蒲守智1,王筱梅3 (1.江西科技师范学院江西省有机功能分子重点实验室,江西南昌330013;2.江西护理职业技术学院公共学部,江西南昌330029;3.苏州大学材料与化学化工学院,江苏苏州215123) 摘要:在介绍双光子诱导有机光致变色材料性能的基础上,重点介绍双光子诱导光致变色材料种类、光致变色原理及在三维信息存储、生物技术研究和荧光共振能量转移方面的应用。最后对双光子诱导有机光致变色材料的研究趋势做了展望。 关键词:双光子吸收;光致变色;三维光存储;荧光共振能量转移中图分类号:TQ59 文献标识码:A 文章编号:0253-4320(2009)10-0031-06 A dvances in research of two -photon -induced organic photochromic materials FA N C ong -bin 1,3 ,ZHA NG Luo -han 2,P U Shou -zhi 1,W A NG Xiao -mei 3 (1.Jiangxi Key Laboratory of Organic Chemistry ,Jiangxi Science &Technology Normal University ,Nanchang 330013, China ;2.Public Institute ,Jiangxi Care Vocational and Technical College ,Nanchan g 330029,China ;3.College of Chemistry ,Chemical Engineering and M aterials Science ,Soochow University ,Suzhou 215123,China )Abstract :Based on summarizing diversified performance of t wo -photo -induced organic photochromic materials ,the main types of two -photo -induced organic photochromic materials ,photochromic mechanis m ,their application in three -dimensional data storage ,biotechnology research and fluorecent resonance energy transfer are introduced .Finally ,some future research topics of two -photo -induced photochromic materials are prospected . Key words :two -photo absorption ;photochromic material ;three -dimensional optical storage ;fluorescent resonance energy transfer 收稿日期:2009-07-06 基金项目:国家自然科学基金项目(50673070),江西省教育厅基金项目(GJJ 09306) 作者简介:范丛斌(1976-),男,博士生,讲师,主要从事光电材料研究,congbinfan @yahoo .com .cn ;王筱梅(1958-),女,博士,教授,博士生导师, 主要从事光电材料方面的研究。 在20世纪人们很容易实验验证和理解一般物质的单光子激发和发射过程,即分子或原子吸收一个光子由低能态跃迁到高能态,再由高能态回落到低能态发射光子的过程。然而一个粒子受激发发生 双光子吸收的概率是很小的,对于光子吸收和光子发射不能完全与经典图像对应,而应该是态的变化,吸收或发射一个光子对应着粒子的一个态的变化,此处的态应该是量子力学中某种耦合下的态,至于能否发生吸收过程则与基态和激发态之间的重叠大小有关。 有关双光子吸收的研究,早在1931年G ?ppert -Mayer 就提出双光子吸收的概念,他从量子理论角度预言同时吸收2个光子,能把原子或分子从低能态经过虚拟的中间态而跃迁到高能态。但是中间虚拟态在当时技术水平很难用常规的测试手段验证,然而经过30年以后,这一预言终于在第一台激光出现的第2年(1961年),通过Kaiser 和Garrett [1]首次报道了用红宝石激光通过双光子诱导无机Ca F 2:E u 2+ 晶体的荧光频率上转换实验得以实验验证。到1963年,Peticola 和Rieckhoff [2]观察到有机化合物在溶液中的双光子吸收现象,至此人们对双光子吸收的研究进入一个崭新的时代。当今各类学者已在双光子荧光上转换[3]、光限幅性[4]、双光子三维数据存储[5]、双光子医学细胞成像[6]、双光子聚焦显微[7]、双光子微加工[8-9]等方面做了大量的研究,特别是双子诱导光致变色在三维信息存储、生物技术研究 等方面应用前景广阔。本文着重报道双光子诱导光致变色方面的最新研究进展。 1 发展过程 光致变色化合物最早在1867年首次报道在白光下并四苯的变色现象,自此之后经过近半个世纪突飞猛进的科技发展,人们已经合成了多种类型的光致变色化合物。然而以前对光致变色现象的研究是单光子光致变色,直到激光仪器发明以来,人们才开始逐步研究双光子光致变色现象。 · 31·第29卷第10期现代化工 Oct .20092009年10月Modern Chemical Industry