飞秒光镊中的非线性光学效应研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11774055
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2203.光场调控与非线性光学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Optical tweezers are currently used for noncontact particle manipulation in physics, chemistry, and biology. Its principle is based on the interaction between optical electric fields and induced linear polarization. Optical trapping using low-power high-repetition-rate femtosecond laser pulses, which could study the optical trapping dynamics, has a higher trapping efficiency than that of the conventional CW lasers to trap particles. In this project, we will investigate novel light forces and nonlinear optical effects in the optical trapping processes, based on the nonlinear polarization for the interaction of femtosecond laser pulses with nanoparticles. We focus our attention to investigate the interaction of femtoseocnd laser pulses with nonlinear optical nanoparticles. Firstly, the dependence of optical forces on geometrical size and nonlinear optical characteristics of nanoparticles will be studied. Secondly, the stable trapping and manipulation of nonlinear optical nanoparticles will be realized, and the corresponding nonlinear optical effects will be measured. Thirdly, the nonlinear optical characterizing technique on a single nanoparticle will be developed. Lastly, optical tweezers for trapping nonlinear optical nanoparticles will be improved. By performing this project, the nonlinear polarization theory for the interaction of intense laser light with nanoparticle will be established and developed. The novel light forces originated from the nonlinear polarization will be analyzed and identified. Correspondingly, the novel nonlinear optical effects will be found. Besides, the technique for characterizing the nonlinear optical effects on a single nanoparticle will be developed and improved. Nonlinear optical trapping will be exploited for applications in bio-photonics and super-resolution imaging.
光镊广泛用于物理、化学和生物等领域的非接触微粒操控,其基本原理是基于光场与微粒相互作用和感应线性极化。相比于连续激光,低功率高重复频率飞秒激光脉冲捕获微粒具有更高的捕获效率和可研究光捕获动力学等优点。本项目基于飞秒激光脉冲与纳米粒子相互作用过程中的非线性极化理论,研究光学捕获过程中新颖的光力和非线性光学效应。围绕飞秒激光脉冲与非线性光学纳米粒子相互作用,研究光力分布与粒子的几何尺寸和非线性光学特性等的依赖关系,实现对非线性光学粒子的稳定捕获与操控,测量光学捕获过程中新颖的非线性光学效应,发展单粒子非线性光学表征技术,完善基于捕获非线性光学纳米粒子的光镊技术。通过本项目的实施,建立和发展强激光与纳米粒子相互作用的非线性极化理论;分析和鉴别非线性极化导致的新型光力,期待发现新颖的非线性光学效应;发展和完善单粒子非线性光学表征技术,探讨非线性光学捕获在生物光子学和超分辨成像等方面的应用。

结项摘要

光镊是一种利用聚焦的激光束对微纳粒子进行非接触无损伤操控的一门技术。该技术广泛应用于物理、化学、生物、材料等学科领域。在光镊技术中,人们通常用连续激光束稳定地捕获微纳粒子。近年来,研究者用高重复频率飞秒激光脉冲替代连续激光,发展了飞秒光镊技术,并且发现了多种新颖的实验现象。. 在本项目的资助下,课题组围绕飞秒光镊中的非线性光学效应,研究光学捕获过程中新颖的光力和非线性光学效应,取得了如下阶段性的科研成果:.(1)多种新型矢量光场的聚焦传播特性。研究了一阶拉盖尔高斯光束、二阶全庞加莱光束、杂化柱状矢量涡旋光束等在自由空间或通过非线性光学介质后的聚焦传播特性,探讨了部分光束在光学捕获中的应用。.(2)光场的线动量和角动量特性。利用幂指数角向变化矢量光场实现了被捕获粒子做不对称旋转和轨道运动;研究了椭圆偏振涡旋光束在二次谐波过程中的角动量守恒问题;报道了分数阶矢量光场在聚焦场中的角动量空间分离特性。.(3)多种新颖的非线性光学效应。研究了诸如各向异性非线性折射、局域和非线性局域非线性共存、纳米结构中的二次谐波增强等多种非线性光学效应。.(4)非线性极化导致的新型光力。研究了聚焦飞秒激光脉冲作用在非线性光学瑞利粒子上的光力;利用周围环境的光学非线性效应实现了对瑞利粒子的光学牵引;基于飞秒光镊表征了单个纳米粒子的双光子吸收系数。. 通过本项目的实施,发展和完善了飞秒激光脉冲与非线性光学纳米粒子相互作用的物理模型、非线性极化理论和半解析的光力表达式;揭示了多种类型的非线性光学效应对光力分布和光学捕获的影响;基于光场调控技术研究了飞秒光镊中多种光束的粒子捕获动力学特性;发展和完善了利用飞秒光镊和光场调控表征单个微纳粒子的双光子吸收系数的方法。这些工作的完成为进一步开展飞秒光镊技术应用于非线性纳光子学、纳米材料的非线性光学表征和单粒子非线性光学成像等提供了较丰富的知识积累。

项目成果

期刊论文数量(33)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(5)
Phase-change metasurface with tunable and switchable circular dichroism.
具有可调谐和可切换圆二色性的相变超表面。
  • DOI:
    10.1364/ol.423748
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Optics letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Chuanchuan Ding;Guanghao Rui;顾兵;Qiwen Zhan;Yiping Cui
  • 通讯作者:
    Yiping Cui
Symmetric Ge(2)Sb(2)Te(5)based metamaterial absorber induced dynamic wide-gamut structural color
对称Ge(2)Sb(2)Te(5)基超材料吸收体诱导动态广色域结构色
  • DOI:
    10.1088/2040-8986/aba138
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Optics
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Rui Guanghao;Ding Chuanchuan;Gu Bing;Gan Qiaoqiang;Zhan Qiwen;Cui Yiping
  • 通讯作者:
    Cui Yiping
Enhanced circular dichroism of sparse nanoobjects by localized superchiral optical field
局域超手性光场增强稀疏纳米物体的圆二色性
  • DOI:
    10.1088/2040-8986/abf97b
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Optics
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Guanghao Rui;Xinyuan Ying;Shuting Zou;顾兵;Yiping Cui
  • 通讯作者:
    Yiping Cui
Computational and experimental studies on third-order optical nonlinearities of novel D-pi-A-pi-A type chalcone derivatives: (1E,4E)-1-(4-substituted)-5-phenylpenta-1,4-dien-3-one
新型D-pi-A-pi-A型查尔酮衍生物:(1E,4E)-1-(4-取代)-5-苯基五-1,4-dien-3三阶光学非线性的计算和实验研究
  • DOI:
    10.2514/1.j061454
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Nonlinear Optical Physics and Materials
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Lu Heng;Gu Bing;Cui Yiping;He Jun;Vijaya Kumari;Ravindra H. J.;Usha H.
  • 通讯作者:
    Usha H.
Femtosecond-pulsed Z-scan study on third- and fifth-order refractive nonlinearities in a side-chain azobenzene copolymer film
侧链偶氮苯共聚物薄膜中三阶和五阶折射非线性的飞秒脉冲 Z 扫描研究
  • DOI:
    10.1142/s0218863518500078
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Nonlinear Optical Physics and Materials
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Xue Yuxiong;Wan Yong;Gu Bing
  • 通讯作者:
    Gu Bing

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其他文献

Exciton in Twisted Carbon Nanotubes
扭曲碳纳米管中的激子
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    段文晖
大鼠创伤性脊髓损伤模型的建立
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王烁宇
miR-638对人肺腺癌细胞凋亡的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹艳;王鹏;娄鉴芳;李大千;吴蕾;陈丹;谢而付;顾兵;徐华国;王芳;徐建;潘世扬
  • 通讯作者:
    潘世扬
602例血培养阳性病原菌的分布及其耐药性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    南京医科大学学报(自然科学版)
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    --
  • 作者:
    顾兵;张小莉;王珏;陈友华;梅亚宁;文怡
  • 通讯作者:
    文怡
血培养阳性病原菌仪器报警时间分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    实用医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张肖;蒋叶;杨璐;夏文颖;严佳斌;张杰;文怡;顾兵;潘世扬
  • 通讯作者:
    潘世扬

其他文献

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顾兵的其他基金

基于偏振奇异的各向异性非线性光学效应研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
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飞秒矢量光场与各向异性材料相互作用研究
  • 批准号:
    11474052
  • 批准年份:
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    90.0 万元
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    面上项目
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  • 批准号:
    11174160
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  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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