激光诱导等离子体对水团簇受激拉曼散射的影响

利用532 nm脉冲激光作用于水分子,研究其受激拉曼Stokes和anti-Stokes散射.实验表明:激光束经过聚焦后,在能量为4 mJ时,水分子产生等离子体;在泵浦激光能量由5 mJ增加到15 mJ的过程中,水分子OH键伸缩振动的受激拉曼Stokes散射光强逐渐增大、受激谱带宽度逐渐加宽,并且受激拉曼Stokes散射中心波长呈现蓝移趋势;当能量为15 mJ时,产生了OH键伸缩振动的受激拉曼anti-Stokes散射光.利用激光诱导等离子体增强水分子团簇的受激拉曼散射理论解释了以上现象,实验与理论符合地很好.     

α-乳糖一水合物太赫兹动力学研究

乳糖一水合物是一种重要的水合物,其结合水对乳糖分子结构的影响一直是相关领域的研究热点之一。利用太赫兹时域光谱技术通过设置温度梯度对α-乳糖一水合物进行低温下的太赫兹动力学研究,发现α-乳糖一水合物在1.2 THz、1.3 THz的2个吸收峰随温度变化而红移。为进一步探究其吸收峰的产生机理,基于密度泛函理论对α-乳糖一水合物分别进行了单分子和晶胞理论计算并分析了α-乳糖一水合物的吸收峰振动模式。结果表明, α-乳糖一水合物的吸收峰来源于水分子和乳糖分子间的相互作用以及乳糖分子骨架振动,晶胞计算比单分子计算对于太赫兹波段内振动模式的预测更加准确。     

左旋多巴宽频太赫兹光谱研究

利用空气等离子体太赫兹时域光谱系统,获得了0.5～14.5 THz范围内左旋多巴(L-DOPA)的特征指纹谱,并研究了吸收光谱随温度的变化效应。利用密度泛函理论计算L-DOPA的晶胞结构,并对太赫兹振动光谱进行了分析。结果表明:L-DOPA在太赫兹波段的吸收峰对应于不同的集体振动和分子局域振动,其中分子的集体振动在整个太赫兹波段分布较广,且苯环和分子侧链表现出不同的振动特点,这些结构振动特异性与分子构象以及分子间氢键的相互作用密切相关。     

氨基酸的太赫兹光谱研究进展

太赫兹(THz)波是指频率从0.1到10 THz之间的电磁波。氨基酸分子间的振动模式(扭转,集体振动和氢键)大都处于THz波段,相比红外,氨基酸在THz波段体现出很多独特的吸收特征。因此对氨基酸的太赫兹光谱进行研究,有利于更全面地认识氨基酸的生物特性,也为进一步研究生物大分子蛋白质提供了借鉴。本文系统分析了太赫兹时域光谱技术在氨基酸领域应用的研究进展,总结了包括氨基酸的鉴定与识别、太赫兹指纹谱数据库的建立、振动模式指认及理论模型构建、太赫兹光谱与温度相关性以及基于THz光谱的定量分析等5个方面的研究内容。依据大量前人的研究成果,总结了20种基本氨基酸在0~6 THz的指纹谱数据库,针对当前的研究现状,提出了氨基酸太赫兹光谱研究方面仍存在的问题,为今后的研究工作提供了重要的指导价值。     

丙酮-水分子相互作用的傅里叶变换红外光谱研究

采用衰减全反射-傅里叶红外光谱法研究了丙酮和水分子间的相互作用.发现随着丙酮水溶液浓度的减小,丙酮CH<,3键的对称(3538cm-1)和不对称伸缩振动(3441cm-1)吸收峰位置波数减小方向迁徙,CO伸缩振动吸收(1713cm-1)向波数减小方向移动,丙酮浓度为20%时,迁徒至1691cm-1,减小了约19cm-1;同时1647cm-1处的吸收则迁徙至1626cm-1.由此说明丙酮与水分子间形成了氢键,而且氢键的强弱与丙酮水溶液的浓度有关.当磁场作用于丙酮水溶液时红外光谱发生了明显改变,在600-4000cm-1范围内,各吸收峰强度随磁场作用时间的增长由不同程度的增加;水分子OH伸缩振动吸收(3388cm-1)向波数减小的方向迁徒.这一结果则说明磁场作用能够增强丙酮与水分子间的氢键相互作用.     

飞秒激光诱导Zn等离子体发射光谱时间演化特性

利用增强电荷耦合器(ICCD)光谱探测系统对飞秒激光诱导的Zn等离子体发射光谱进行时间分辨的采集和分析,研究飞秒激光等离子体光谱及其参量的时间演化特性。分析Zn等离子体的连续谱和特征谱的谱线强度随时间的演化,发现连续谱先出现且寿命只有100 ns,随后出现特征谱,对应于不同跃迁的谱强度不同。同时由谱线的展宽和强度及其跃迁能级的相关参数等得到电子密度和温度随时间的演化规律。对谱线频移进行了分析,研究发现在等离子体膨胀初期Zn原子特征谱线(Zn I)481.0 nm的特征谱线存在较大红移,可达到0.23 nm,延时300 ns后,红移变得很小。频移随电子密度的变化近似呈线性关系。     

海水阴离子溶液中水的激光拉曼光谱特性研究

本文对海水主要阴离子（SO42-、CO32-和HCO3-）水溶液中的水分子在温度变化下的拉曼散射特性进行了研究,探讨了水分子的振动模式随温度的变化规律和海水阴离子对水的影响。结果显示：随着温度的升高,水的伸缩振动峰逐渐向高频方向移动,拟合特征峰A1和A2强度比值呈下降趋势,表明水分子之间的氢键作用不断减弱,其数量在减少;同种阳离子溶液中不同阴离子对水拉曼峰偏移量影响的强弱顺序为：SO24-〉HCO3-〉CO23-。对探测识别海底热液口的原位物质成分具有重要的指导意义。     

傅里叶红外光谱研究光敏剂5-氨基酮戊酸的光动力作用机制

本文测定了光敏剂5-氨基酮戊酸对人宫颈癌细胞HeLa光敏作用后的傅里叶红外光谱。结果显示：光敏作用后,HeLa细胞磷酸二酯基团的对称伸缩振动峰1085cm。和不对称伸缩振动峰1246cm。蓝移,强度下降;蛋白质酰胺Ⅰ带1656cm。发生蓝移,酰胺Ⅱ带1546cm^-1出现红移;CH2对称伸缩振动峰2858cm^-1,峰位蓝移2cm^-1,峰值明显减弱。结果表明：DNA、蛋白质和磷脂是5-氨墓酮戊酸光敏作用的主要靶分子。     

太赫兹光子对生物分子系统作用效应的微观机制分析

太赫兹辐射是指频率范围在0.1×1012～10×1012 Hz之间的电磁辐射, 而生物分子的链、键振动频率大于1014 Hz, 故太赫兹光子难以引起生物分子的共振吸收效应。但按Frohlich的理论, 活的生物分子系统是具有高度相干性的系统, 其运动状态具有内部协同的集体振荡效应, 该集体振动模的频率为0.02×1012～2.0×1012 Hz。因此, 太赫兹光子是能够与活的生物分子系统发生相互作用的,并产生相应的共振吸收效应。在偶极近似条件下, 可通过太赫兹光子与生物分子振子相互作用的哈密顿量, 求解相应的薛定谔方程, 可解释太赫兹光子的荧光效应; 并讨论了太赫兹光子对生物细胞膜的作用效应机制。     

在量子阱中自组织量子点结构GaN/AlxGa1-xN的电子能谱

在有效质量近似框架内,采用绝热近似,计算了在量子阱中GaN/AlxGa1-xN自组织量子点系统的电子结构和光学性质.计算表明系统的电子能级随量子点受限势的增大而升高,随量子点尺寸的增大而降低,而且量子阱的宽度和量子点浸润层厚度的增加也会导致能级值有所降低.说明结构参数会使在阱中的量子点的光致发光峰波长发生相应的蓝移或红移,与已知的实验结果一致.     

在量子阱中自组织量子点结构GaN/AlxGa1-xN的电子能谱

在有效质量近似框架内,采用绝热近似,计算了在量子阱中GaN/AlxGa1-xN自组织量子点系统的电子结构和光学性质.计算表明系统的电子能级随量子点受限势的增大而升高,随量子点尺寸的增大而降低,而且量子阱的宽度和量子点浸润层厚度的增加也会导致能级值有所降低.说明结构参数会使在阱中的量子点的光致发光峰波长发生相应的蓝移或红移,与已知的实验结果一致.     

太赫兹磁诱导双透明窗调制方法

利用时域有限差分法对由金属短线和开口谐振环构成的太赫兹超材料的透射谱进行了理论研究。结果表明,该超材料结构可形成电磁诱导的双透明窗,随金属材料厚度或周围相对介电常数的增大,峰值逐渐增大,双透明峰红移;随损耗角正切的增大,峰值也增大,但双透明峰却蓝移。优化超材料参数,双透明峰值均可达到0.95。这种超材料结构在多波段慢光传输、光存储、折射率传感器和双向开关等方面具有潜在的应用前景。     

Mg或Cd掺杂尖晶石型LiMn_2O_4的晶格畸变

采用室温固相法,用Mg或Cd掺杂制备了LiMn2O4前驱体,经分步煅烧获得晶型良好的尖晶石型LiM0.2Mn1.8O4(M=Mg,Cd)。结果表明,不同元素掺杂会导致LiMn2O4产生不同程度的晶格畸变。Mg掺杂引起晶格收缩,并导致Mn(Ⅳ)—O和Mn(Ⅲ)—O键能强度增加,对应的红外吸收峰波数增加17.59和2.16cm–1而发生蓝移;Cd掺杂引起晶格膨胀及Mn(Ⅳ)—O和Mn(Ⅲ)—O键能强度降低,对应的红外吸收峰波数均减少2.13cm–1而发生红移。     

导模共振光栅参量对共振波长和线宽的影响研究

为了能够设计出具有反射功能的导模共振光栅，采用光栅的等效介质理论、平面波导理论以及严格耦合波法，进行了理论分析和实验验证，设计了在TE偏振下波长850nm处具有反射共振的导模共振光栅。利用严格耦合波法，计算并分析了光栅参量、入射角以及波导层厚度对共振波长和线宽的影响。结果表明，随着占空比的增大，共振波长会红移，而共振线宽会随着占空比的增大先增后减，占空比为0.5时线宽能达到最宽；共振波长会随着光栅周期和波导层厚度的增大而增大，但线宽几乎不变，当周期从490nm增加到520nm时，共振波长红移了将近50nm，而当波导层厚度从217nm增加到251nm时，共振波长红移了将近25nm；光栅厚度变化对共振波长和共振线宽影响很微弱，当入射角是垂直入射时仅有一个共振峰，但是当入射角不为0°时会出现两个共振峰，并且两个共振波长随着入射角度的变大一个会蓝移而另一个则红移。该研究为实际制备反射导模共振光栅提供了理论指导。     

氧化石墨烯修饰的色散拐点长周期光纤光栅的折射率传感特性

研究了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)修饰的色散拐点长周期光纤光栅(Dispersion-Turning-Point Long Period Fiber Grating,DTP-LPFG)传感器,分析了其光谱特性及对外部折射率的灵敏度特性。利用准连续KrF激光器在载氢单模石英光纤上制作周期约为136μm的DTP-LPFG,采用氢键结合的方式将GO涂覆于光栅表面,构成基于GO修饰的DTP-LPFG传感器。实验结果表明:随着GO在DTP-LPFG表面的沉积,其双谐振峰的左峰发生蓝移,右峰发生红移,双峰间距增大;在1.33~1.38折射率范围内,该传感器在涂覆GO后,谐振双峰间距变化量的折射率灵敏度约为831.89nm/RIU,较未修饰GO的DTP-LPFG提高了1.05倍。     

用激光拉曼光谱研究乙醇对水分子氢键的影响

为研究少量乙醇分子对纯水中氢键作用的影响,测量了0~10%体积浓度区间乙醇-水溶液和纯水中羟基伸缩振动的激光拉曼光谱,并根据不同样品拉曼光谱间的差分光谱分析了低浓度溶液中乙醇分子的水合作用。研究结果表明:当向纯水中加入少量乙醇分子至4%体积浓度的过程中,水分子的四面体氢键网状结构得到扩大,同时乙醇分子疏水基团周围的水分子间氢键作用也得到加强;随着溶液中乙醇浓度的增加,乙醇分子间由于疏水水合作用逐渐聚集到了一起,造成溶液中疏水基团与水分子总的作用面积减少,溶液中的水分子氢键网状结构变得松散,最终一些水分子会脱离氢键网状结构并以大小不等的团簇存在于溶液中,而乙醇分子的亲水基团则与其周围的自由水分子通过氢键缔合在一起。     

一种太赫兹微流控芯片

很多生物大分子和糖类的特征振动模式恰好位于太赫兹频段内,使得太赫兹成为一种有潜力的生物化学传感工具。水对于生物分子发挥其功能有着至关重要的作用,而由于水对太赫兹辐射有极强的吸收性,研究液体样品的太赫兹透射谱很难。设计了一款太赫兹微流控芯片,以石英片作为基底,利用光刻技术在石英片上制作出高度50 μm的微流通道,从而减少水的吸收;聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为盖膜与石英片键合后打孔。分别在太赫兹时域光谱系统中测量了芯片的透过率、水的吸收系数以及折射率,在透过率高于30%的0.2 THz~1 THz频段内水的吸收系数没有明显峰值出现,且随着频率的增加而单调递增,与前期考察结果一致。此微流控芯片有潜力用于液体在0.2 THz~1 THz频段内的光谱测量,实现对小剂量生物化学液体样品的实时、无标记传感。     

葡萄糖溶液的太赫兹光谱观察

生物有机分子的生物功能必须在其水溶液中实现。太赫兹波对水非常敏感,太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术能够检测生物分子——水分子界面的集体水分子网络动力学变化,是检测和研究生物有机分子溶液的理想工具。本文利用太赫兹时域光谱技术研究了葡萄糖的分子结构,获得葡萄糖及其不同浓度的溶液在室温氮气环境下的太赫兹时域吸收光谱,以及在室温真空环境下的傅里叶远红外光谱(FTFIR)。结果表明葡萄糖溶液对太赫兹波有特征吸收峰,不同浓度的葡萄糖溶液对太赫兹波的吸收各不相同。故使用太赫兹时域光谱技术能够完成葡萄糖及其不同浓度溶液的鉴别。     

通过附加金属条调节超材料的太赫兹响应

针对传统超材料的太赫兹响应调控难度大、程序复杂的缺点,提出调节超材料太赫兹响应特性的一种新方法.该方法是在传统三层超材料的结构与材料参数均不变的情况下,在中间介质层中引入一条附加的金属条,仅通过调节该金属条的位置和线宽,就能实现超材料对入射太赫兹波的响应频率、吸收峰值等的有效调节.结果显示,当附加金属条由底层向表层的方向移动时,超材料的响应频率红移.当金属条位于介质的中间位置时,超材料的吸收率达到最大(99.98%).而且,当金属条的线宽增大时,超材料的响应频率红移、吸收增强.此外,当太赫兹入射角≤45°时,该超材料的中心响应频率稳定、吸收率峰值较高.但是,当入射角45°时,超材料的响应频率蓝移、吸收率峰值明显下降.根据这种新方法,能够对超材料的太赫兹响应进行有效控制,同时避免设计超材料结构的复杂过程.     

光子晶体光纤中抽运脉冲参量对脉冲俘获的影响

用数值方法研究了超短脉冲在光子晶体光纤中传输时的俘获特性,得到了抽运脉冲参量对脉冲俘获率的影响规律.结果表明,对同一脉宽的抽运脉冲,随着抽运脉冲与信号脉冲的中心时延增大,俘获率的变化有一起伏过程,存在最大俘获率,而信号脉冲蓝移和抽运脉冲红移范围与时延无关.而随着脉宽增加,对应的最大俘获率和相应的时延都减小,信号脉冲的蓝移和抽运脉冲的红移都加大.因此,通过适当调控抽运脉冲的有关参量,可获得最佳的脉冲俘获率,进而达到提高光开关效能的目的.