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基因突变的菌视紫红质聚合膜的光学非线性及在全息存储等方面的应用研究

滕雪雷  
【摘要】:本论文的工作主要分为三个方面:细菌视紫红质蛋白聚合物(BR-D96V/PVA)复合膜的吸收光谱和光致非线性特性的研究、该复合膜在全息存储中的应用研究、新型多功能光栅光谱仪的设计与研发。 第一,我们测量了激光作用下新型BR-D96V/PVA复合膜的吸收光谱变化和相应的z扫描曲线,发现了由光、热效应导致的光学非线性特性。我们用单光束z扫描方法测量了BR薄膜样品的光学非线性。从各种多变化的复杂的扫描曲线中找到了与波长及光强等因素相关的规律性。并基于BR光循环的多能级过程假设,我们提出了一个新的物理模型很好的拟合了Z扫描测量的非线性实验结果。拟合结果揭示了在最佳的激发强度作用区间,存在着很大的非线性折射率系数,以及BR薄膜的光致非线性折射率和光致非线性吸收是所有的态(包括初始的基态与每个中间态)的饱和吸收效应和反饱和吸收效应的总的叠加结果。若以光路完全重合的两束波长不同的激光激发,在样品某一位置上形成的两个非线性折射率结构是相互独立的,这说明在样品的同一区域中可以形成多个折射率构型。这种BR-D96V/PVA复合膜在激发光强为0.1 W/cm2时,产生非线性折射率指数就可达~3.7×10-3cm2/W(633 nm)和~7.8×10-2cm2/W(476 nm);在光强为1W/cm2时,非线性吸收系数为-1.1×103cm/W(633 nm)和-2.3×103cm/W(476nm),。反饱和吸收的品质因子为6.5(633 nm)、4.0(476 nm),这也表明这种复合膜具有较强的光限制效应。 第二,在BR-D96V/PVA复合膜的全息存储应用方面,我们研究了各个实验参数对全息存储结果的影响。在全息存储应用中,应选用光密度比较高的BR薄膜作为存储介质,使用紫光(405 nm)为辅助光,选择蓝光(476 nn)或红光(633nm)为写入光(参考光)在紫光有辅助增强的作用区间,探测光、写入光、参考光的光强比约为Ip:Iw:Ir=1:100:100。基于优化后的实验参数,我们进行了全息存储实验,实现了实验室中的图像全息存储和读取。我们使用蓝光和红光在BR薄膜中建立了折射率光栅,并获得了多级衍射的结果。利用紫光的增强作用,我们首次实现了基于蓝光加紫光的图像存储。我们首次在样品同一光斑位置上获得蓝光加紫光的复角存储的图像信号。另外,我们首次在样品上获得用红光、蓝光加紫光同时存储二色全息存储信号。 附录中,我们提出一种新型多功能光栅光谱仪的设计构想,基本完成的电子系统的设计,组装成型了多功能光栅光谱仪电子电路部分的硬件结构,开展了硬件调试和软件系统的设计开发工作,并取得了初步的成果。


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