搜档网
当前位置:搜档网 › 1993-Single photon avalanche-diode for single-molecule detection

1993-Single photon avalanche-diode for single-molecule detection

1993-Single photon avalanche-diode for single-molecule detection
1993-Single photon avalanche-diode for single-molecule detection

一维光子晶体带隙结构研究_张玲

第37卷第9期2008年9月 光 子 学 报 ACTA P HO TON ICA SIN ICA Vol.37No.9 September 2008 Tel :02928220149828313 Email :warltszhang @https://www.sodocs.net/doc/1115424302.html, 收稿日期:2007204228 一维光子晶体带隙结构研究 张玲,梁良,张琳丽,周超 (西安建筑科技大学物理系,西安710055) 摘 要:在考虑介质色散的基础上,研究了介质层厚度对光子晶体带隙结构的影响.利用传输矩阵法,计算了以Li F 和Si 两种材料组成的一维光子晶体带隙结构.结果表明,介质层厚度的增加会引起禁带的红移,厚度减小会引起蓝移.分析了含空气缺陷层、金属缺陷层的光子晶体结构,发现空气缺陷层对带隙结构的高反射区域变化不大,而在低反射区域,反射系数为零的波带之间出现了两边反射系数增加,中间反射系数减小的情况.在金属缺陷层的带隙结构中,金属对整个波长范围光的吸收作用不同,金属对低反射区1.6μm 、1.85μm 处透射率较大的透射光吸收作用明显,而在1.28~1.38μm 处透射率波长区间,几乎无吸收. 关键词:光子晶体;色散;带隙结构;空气缺陷层;金属缺陷层中图分类号:O734 文献标识码:A 文章编号:100424213(2008)092181524 0 引言 微加工技术的进步,使得光子晶体[1]在理论和实验研究上取得了重大进展,利用光子晶体可以制造出光通信中的许多器件,如光纤、微谐振腔,品质优良的光子晶体滤波器、集成光路等等[223].实验室一般采用不同折射率介质在空间的周期性排列形成光子晶体,Ward 等人提出一种增强块状金属反射能力的方法,他们预测含有Al/玻璃层的一维金属/电介质光子晶体比块状Al 的反射能力更强[4].对Au/MgF 2光子晶体透射性质的研究发现,周期性结构产生的透射共振使得光通过金属层的透射率大大增强,并有效抑制了吸收.通过控制金属层和电介质的厚度以及周期数,可以调节透射区域的波长范围、宽度和陡度[5].如果在光子晶体中引入缺陷,可使光子局域化[6],在有缺陷层的一维光子晶体(AB )n D m (BA )n 的带隙结构发现随着缺陷层厚度的增加,在禁带中出现的缺陷模向低频方向移动[7].还有一些金属/电介质光子晶体可以对某些晶体的闪烁光谱进行修饰,使得其对慢衰减成分的相对抑制比大大提升等等[8].本文在考虑色散关系的基础上对于LiF 与Si 构成的2元一维光子晶体的带隙结构进行了研究,通过改变介质层的厚度,分析了其带隙结构的变化,另外当该结构的光子晶体中有空气缺陷层、金属缺陷层时,其带隙结构的变化[2],并对计算结果做了分析. 1 理论模型 典型的光子晶体是由两种不同介电常量(εa ,εb ),厚度为(d a ,d b )的材料交替排列的其结构如图1,根据光在介质薄膜传播的传输矩阵方法,在第一 介质中的传输矩阵为 M a = cos δa isin δa /ηa i ηa sin δa cos δa (1) 图1 一维光子晶体模型 Fig.1 The structure of 12D photonic crystal 在第二介质中的传输矩阵为 M b = cos δb isin δb /ηb i ηb sin δb co s δb (2) 式(1)、(2)中δj =2πn j d j cos θ/λ,n j 、d j 、θj ,分别为第 j 层(j =(a ,b ))的折射率,介质层厚度,入射角, λ为真空中的波长,对于TE 波:ηj =n j cos θj ,对于TM 波ηj =n j /co s θj , 对于整个光子晶体的传输矩阵,若取层的对数为n ,则 M =(M a ,M b )n = M 11M 12M 21 M 22 (3) 设光子晶体周围材料的折射率为n 0,对于TE 波η0=n 0co s θ0,光在光子晶体传播时的反射系数和透射系数分别为 r = (M 11+M 12η0)η0-(M 21+M 22η0)(M 11+M 12η0)η0+(M 21+M 22η0) (4)

一维光子晶体中缺陷层厚度与缺陷模的关系

一维光子晶体中缺陷层厚度与缺陷模的关系[摘要]采用传输矩阵法,分析了缺陷层厚度与缺陷模波长之间的关系,即:一 定的缺陷层厚度范围内,缺陷模的波长将随缺陷层厚度的增大而发生红移,且两者呈线性关系。利用这个关系,设计了一种精确计量微小位移的方法。 [关键词]一维光子晶体传输矩阵法缺陷微小位移测量 光子晶体(Photonic Crystal, Pc)是一种因折射率空间周期变化而具有光子能带的新型光学微结构材料。它的基本特征是具有光子带隙,频率落在带隙中的电磁波是禁止传播的。利用它我们可以制造出以前无法制作的甚至是全新理论的高性能器件,如光子晶体激光器、光子晶体波导及光纤等。由于一维光子晶体具有控制光模式及其光传输的优异能力且易于制备,它在光子晶体应用中占据了重要地位。含有缺陷的一维光子晶体的特性已经有文章进行过讨论,但是就缺陷层厚度和缺陷模位置的关系尚无明确的阐述。本文对这一问题进行了研究,并利用结论设计了一种监测微小位移的方法。 一、一维光子晶体的传输矩阵分析方法 光在光子晶体中的传播服从Maxwell方程组。实际研究光子晶体的过程中比较常用的计算方法有平面波展开法、时域有限差分法、传输矩阵法等等。对于一维光子晶体,使用传输矩阵法是比较方便的。 根据法拉第电磁感应定律,可以推出单层介质膜的传输特性: 只要给出各层的参数,就能得到每一层的特征矩阵,利用(1.3)式和(1.4)式,就可以计算处一维光子晶体的透射谱。 当一维光子晶体中所包含的层数比较大时,矩阵连乘的计算量是非常大的,需要用计算机来进行计算。本文利用MATLAB程序来实现数值的计算。 二、缺陷模位置与缺陷层厚度关系的数值研究 取一维光子晶体模型参数为,高折射率层折射率,低折射率层折射率n =1.35,入射光中心波长λ=1550nm,缺陷层两侧的膜周期数N=10,缺陷层的折射率。取缺陷层厚度时,可以看到在透射谱中出现了光子带隙,带隙中含有十分尖锐的缺陷态。缺陷态的性质已有文章介绍,在这里不再讨论。 图2波长-透射率谱,缺陷层厚度d=λ/4=387.5nm 在光子带隙的范围内(1200nm-1800nm)扫描缺陷态的透射峰,即记录不同的缺陷层厚度d和缺陷模位置。取d的变化范围为50nm-1000nm,可以得到d

一维光子晶体的能带结构研究开题报告

科研文献调研报告 题目:一维光子晶体的能带结构研究 学院:__理学院_ 专业:__光信息科学与技术__ 班级:_2008级 学号:_ 080701110083 学生姓名:__李辉_____指导教师:__徐渟_____ 2012年3月14日

一维光子晶体的能带结构研究 摘要: “光子晶体"的概念是1987年S.John和E.Yabloncvitch分别提出来的。而在当今世界,科学家们在不断研究电子控制的同时发现由于电子的特性,半导体器件的集成快到了极限,而光子有着电子所没有的优越特性:传输速度快,没有相互作用。所以科学家们希望能得到新的材料,可以像控制半导体中的电子一样,自由地控制光子。与此同时随着科学技术的发展特别是制造工艺技术的发展,使得光子晶体的制造不仅变得可能,还得到了长足的进步,在可见光及红外波段可以制成具有所需能带结构的光子晶体,实现对光的控制。因此近年来光子晶体得到深入广泛的研究与应用。 关键字:光子晶体能带结构半导体器件 The Investigation on the Band Structures of one-dimensional photonic crystal Abstract: The concept of"Photonic crystals" was put forward byS.John and E.Yabloncvitch in 1987.But nowScientists constantly study electronic control and find that the integration of semiconductor devices has been the limit because of the characteristics of the electronic.And the photon has the advantage of high speed,no interaction, which electron does not have.So scientists want to get

固体物理小论文一维光子晶体

一维光子晶体层状碘化铅/碘甲基氨的色散关系 自1987 年Yablono vitch[ 1 ] 在周期性排列的电介质中发现光子禁带以来, 人们对光子晶体这种人工结构已做了大量的研究工作。一维光子晶体, 其结构简单(图示1), 易于制备, 可以设计滤波器、薄膜太阳能电池等光电子学器件的常用结构。 使用CVD法制备卤化铅(碘化铅)层状结构,后期退火在每层碘化铅中加入碘甲基氨,由于二者的介电常数相差较大且呈周期排布所以在堆垛方向上形成一维光子晶体(图示2)。

通常描述光子晶体能带结构的物理参量主要是透射谱、反射谱及其)(k ω色散关系.本文中我们用平面波展开发计算色散关系[2]. 光子晶体理论分析中应用最早、最广的一种方法就是平面波展开法。在计算光子晶体光子能带结构时,平面波展开法直接应用了结构的周期性,将麦克斯韦方程从实空间变换到离散傅立叶空间,将色散关系计算简化为对代数本征值问题的求解. 假设光子晶体处在无源空间, 且是由各向同性、无损耗、非磁性、无色散的线性介质组成 入射波t i e x E t x E ω-=)(),( 由麦克斯韦方程给出其波动方程 2222),()(,t t x E a x x t x E ??=??ε)( 图2 碘化铅层状结构SEM 图

削去时间 )()(-2222x E c x x x E εω=??)( a 为晶格常数,)(x ε为周期性介电函数, nm a nm a a a a 4040212 1==+= ???<<<<=a x a a x x 1211 ,0,)(εεε 1a 为碘化铅厚度,2a 为碘甲基氨厚度,假设二者相等,根据图2可估算大概尺度为40nm 1ε为碘化铅介电常数,2ε为碘甲基氨介电常数,查阅资料取31=ε62=ε 将周期函数)(x ε做周期展开 ∑∞-∞== n x a n i n e x πεε2)( 其中 ?-=a x a n i n e x a 02)(1πεε 积分得 ???????≠??????--=+=-0,1)(20,12212211n e n i n a a a a a a n i n πεεπεεε 将E(x)展开得到布洛赫波的形式 ∑∞-∞=+= m x a m k i e m B x E )2()()(π 将②③带入①中 ① ② ③

时域有限差分法在一维光子晶体数值模拟方面的研究

文章编号:100525630(2006)0420037206 时域有限差分法在一维光子 晶体数值模拟方面的研究Ξ 宋 琦1,高劲松1,王笑夷1,王彤彤1,陈 红1,郑宣鸣1,申振峰1,凌 伟2 (1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学技术研究中心,吉林长春130033; 2.海军驻长春地区航空军代表,吉林长春130033) 摘要:介绍了时域有限差分法的基本原理,并对一维光子晶体薄膜中传播的电磁场作 了模拟和分析。通过对光子晶体透射谱的研究,讨论了不同周期数和不同介电常数比对光 子晶体带隙的影响,最后通过在周期介质层状结构中引入缺陷层构造了光子缺陷态。 关键词:时域有限差分法;光子晶体;光学禁带;缺陷态 中图分类号:O 734 文献标识码:A Study on the FD T D si m ula tion of the 1-D photon ics crysta l SON G Q i 1,GA O J in 2song 1,W A N G X iao 2y i 1,W A N G T ong 2tong 1CH EN H ong 1,ZH EN G X uan 2m ing 1,S H EN Z hen 2f eng 1,L ing W ei 2(11Op tical T echno logy and R esearch Cen ter ,Changchun In stitu te of Op tics ,F ine M echan ics and Physics , Ch inese A cadem y of Sciences ,Changchun 130033,Ch ina ; 21A viati on Comm issary of N avy in Changchun ,Changchun ,130033Ch ina ) Abstract :T he p rinci p le of fin ite difference ti m e dom ain (FD TD )w as p resen ted ,and analysis of electrom agnetic field in 1D p ho ton ics crystal (PC )w as p erfo rm ed .B ased on the study of tran s m ittance of 1D PC ,influence of differen t p eri ods and dielectric con stan t rati o s on the p ho ton ics band gap w ere discu ssed .T he defect state w as fo rm ed by in troducing the defect layer in to p eri od structu re . Key words :fin ite difference ti m e dom ain (FD TD );p ho ton ics crystal ;p ho ton ics band gap ;defect state 1 引 言 光子晶体是近年来深受关注的一个新兴研究方向[1~3]。光子晶体是由多种介电材料构成的复合结构。由于其在空间周期性排布的特殊结构与半导体材料极其相似,光子晶体也拥有与电子晶体的电子禁带相似的光子禁带(p ho ton ics band gap ,PB G ),频率落在光子禁带中的光子将被严格禁止,而在禁带中人为的引入缺陷将构造出光子的局域态,从而达到对光子的“捕获”的目的。 光子晶体的应用主要基于光子晶体的能带结构中存在的光子带隙与局域态。利用光子晶体的特殊性第28卷 第4期2006年8月 光 学 仪 器O PT I CAL I N STRUM EN T S V o l .28,N o.4 A ugu st,2006 Ξ收稿日期:2006206230 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60478035) 作者简介:宋 琦(19802),男,辽宁省辽阳市人,硕士,主要从事光子晶体理论及现代薄膜制备方面的研究。

双光子显微镜

双光子显微镜 https://www.sodocs.net/doc/1115424302.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。

光子晶体透射谱

na=2.10;nb=1.46;n1=1;n2=1; d=1064; c3=0;c1=asin(n1*sin(c3)/na);c2=asin(na*sin(c1)/nb);c4=asin(nb*sin(c2)/n 2); d1=1064; a=d1/(4*na);b=d1/(4*nb); Ba=2*pi*na*a*cos(c1)/d; Bb=2*pi*nb*b*cos(c2)/d; f=4*pi*1e-7; e=1e-9/(36*pi); m=sqrt(e/f); za=m*cos(c1)*na;zb=m*cos(c2)*nb;z1=f*cos(c3)*n1;z2=f*cos(c4)*n2; p1=cos(Bb);p2=-i*sin(Bb)/zb;p3=-i*zb*sin(Bb);p4=cos(Bb); P=[p1 p2;p3 p4]; q1=cos(Ba);q2=-i*sin(Ba)/za;q3=-i*za*sin(Ba);q4=cos(Ba); Q=[q1 q2;q3 q4]; O=Q*P; for n=1:100; O1=O^n; O11=O1(1,1);O12=O1(1,2);O13=O1(2,1);O14=O1(2,2); z1=sqrt(e/f)*n1*cos(c3);z2=sqrt(e/f)*n2*cos(c4); t=2*z1/(z1*(O11+z2*O12)+O13+z2*O14); t1=abs(t); h1(1,n)=t1; end n=1:100; plot(n,h1); xlabel('周期'); ylabel('透射率');title('光子晶体透射率随周期变化'),grid on

LSM780双光子激光共聚焦显微镜技术参数

1.设备名称 双光子荧光寿命成像激光共聚焦扫描显微镜 2.数量 1套 3.设备用途说明 4.工作条件 电源220V±10%,50HZ 室温:20~25℃ 其他:防尘,除湿,抗震动 工作台:牢固,稳定,防震 5.规格、技术要求及参数 5.1 双光子飞秒激光器部分 5.1.1Ar激光:458nm、488nm、514nm,25mW 5.1.2HeNe激光:543nm,1mW 5.1.3HeNe激光:633nm,5mW 5.1.4405激光:405nm,30mW 5.1.5*红外飞秒脉冲激光器,波长范围:680-1080nm, 包含负色散补偿功能 5.1.6根据标本的情况利用飞秒激光器的双光子可观看800微米深度样品数据。 5.1.7*稳定的可见光AOTF,同时控制激光各波长的激光强度,8通道,切换时间<5 微秒。AOTF对激光强度的控制连续可调(0~100%),步进0.1%)。 5.1.8每支激光器通过独立的光纤连接到扫描器部分,光纤即插即用,无需校准。 5.1.9光纤末端具有可对激光进行聚焦的集光镜,电动调节。 5.1.10具有8个激光光路接口和红外飞秒激光器直接耦合端口。 5.2扫描器 1

5.2.1扫描器(含检测器)与显微镜直接连接于显微镜端口(非光纤连接),一体化设 计,一体化像差及色差校正。 5.2.2*整个光路的光学设计适用波长范围为360nm~1000nm全光谱范围。 5.2.3每个荧光检测器具有独立的10级可调数码增益。 5.2.4有可调大小的针孔,调节范围为连续调节,免维护。 5.2.5*光栅分光方式,并且具有减少信号损失的循环光路设计。 5.2.6各荧光检测通道均不采用发射光滤光片,荧光信号经光栅分光后可直接到达检 测器。 5.2.7*共聚焦成像通道:具备34个荧光检测通道,可以同时采集10个荧光通道和 1个透射光通道图像,10种荧光染料可同时分离成像,1个透射光通道(明场DIC效果) 5.2.8*扫描器(含检测器)必须内置高灵敏度GaAsP spectral 检测器,而且该仪 器能够整合FCS技术,使影像品質(S/N ratio)信噪比有2X提升,具有检测微弱的单分子荧光的功能。 5.2.9一个可用于明场和DIC观察的透射光检测通道。 5.2.10*两个独立的电动的10位滤光片转轮,通过滤光片导入激发光、透过荧光并阻 断从样品反射回的激光,可提供多至50种激发光波长组合。其中一个转轮可由用户自由更换滤光片,满足系统升级扩展的需要。 5.2.11可对荧光光谱进行分析,拆分光谱重叠的不同标记的信号,可以解决同时使用 多种荧光标记时,如GFP/YFP双标记,激发光或发射光波长重叠造成的串色问题。 5.2.12具有实时计算机系统(Real time computer )监控扫描过程、同步及数据采 集,可选择使用16位、12位和8位A/D转换的动态范围。 5.2.13采用X、Y轴独立的双镜扫描,扫描为线性扫描。 5.2.14*扫描分辨率:可以在4 x 1至6144 x 6144之间自由选择。所有通道同时使 1

LeicaSP8激光扫描共聚焦显微镜快速操作手册2013-5-13

Leica激光扫描共聚焦显微镜 快速操作手册 制作:徕卡显微系统(上海)贸易有限公司 2013年3月

目录: 1 系统的组成 系统组成 (3) 光路示意图 (4) 2 系统的使用 2.1 开机顺序 (5) 2.2 软件界面简介 (7) 2.3 在显微镜下观察样品 (8) 2.4 采集共聚焦图像 (9) 2.5 XYZ三维扫描(Z-Stack) (11) 2.6 时间序列扫描(Timeseries or xyt Scan) (15) 2.7 波长扫描(xyλScan) (16) 2.8 HyD检测器 (17) 2.9 图像的保存及输出 (18) 2.10 关机 (20) 3 系统的维护 (21)

Leica SP8 系统组成图

1可见波长激光或白激光15UVIS, HIVIS或VISIR的光路镀膜 2声光调制器(AOTF)16扫描视场旋转镜(Abbe-Konig 旋转)* 3红外激光(IR)* 17在NND位置上的反射光检测器(RLD)* 4电光调制器18物镜(可提供各种选择)* 5紫外激光* 19在NND位置上的透射光检测器(TLD)* 6 AOTF或直接调制器(DMOD)20正方型针孔 7STED 激光* 21Fluorifier盘* 8Setlight监控二极管22X1出口接口* 9AOBS, 及其他选配件23外置检测器* 10用于FRAP的光束增强镜* 24色散棱镜 11红外激光耦合25分开的荧光光谱 12与CS2紫外光路耦合的紫外激光26最多5个光电倍增管或4个HyD检测器 13STED激光耦合*选配组件 14全视野扫描镜及串行高速扫描镜选件

一维光子晶体的禁带宽度分析

闽江学院 本科毕业论文(设计) 题目一维光子晶体的禁带宽度分析 学生姓名 学号 系别电子系 年级03 专业电子科学与技术 指导教师 职称副教授 完成日期2007.05.16

目录 摘要 (2) ABSTRACT (3) 第一章绪论 (4) 1.1什么是光子晶体? (4) 1.2光子晶体理论计算方法 (5) 1.3光子晶体的应用 (8) 第二章一维光子晶体基本理论 (9) 2.1光子禁带的产生 (9) 2.2一维光子晶体的特征矩阵 (11) 第三章一维光子晶体带隙变化规律的研究 (13) 3.1带隙随厚度比的变化 (13) 3.2带隙随折射率差的变化 (16) 3.3带隙随角度的变化 (19) 3.4厚度比与折射率差同时变化下的最大带隙 (22) 总结 (24) 参考文献 (25)

摘要 光子晶体的研究领域非常广泛,涉及到光学的方方面面。由于它所具有的特殊的性质,故被称为光的半导体,足见它对光学领域的影响力。虽然这个领域的工作也才刚开始10年多一点,但是进展非常地快。通过对这个领域的深入研究.不仅对光子晶体研究本身有意义,而且对光学领域的理论发展也具有重要的价值。使得人们对光的理解更加深入。 介绍了一维光子晶体的基本概念和原理系统综述了对一维光子晶体的研究进展和应用前景。 作为一维光子晶体的应用基础,一维光子晶体的禁带是研究的重点。一维光子晶体的带隙决定了工作频率范围,因此研究其带隙变化规律是其应用的关键,通过改变各种参数确定带隙的依赖因素及其定量关系。 通过传输矩阵的方法分析了一维光子晶体禁带的特性,讨论了影响带宽的因素,说明了相对带宽对光子晶体设计的重要性。在这个基础上讨论了扩展一维光子晶体带宽的方法,:1、使各层介质的厚度d微微变化,形成规则递增,达到展宽禁带的目的。2、角度 逐渐变化,使晶体在角度域化互相叠加,达到扩展带宽的目的。3、使晶体的折射率n1逐渐变化(n2=4.6),达到扩展带宽的目的。通过画出改变各种参数的情况下的带隙曲线图,得到带隙随各参数变化的规律,从而达到对一维光子晶体带隙变化规律的分析。 关键词:光子晶体;光子禁带;相对带宽;展宽。

多光子共聚焦扫描显微镜的原理以及应用

多光子共聚焦扫描显微镜的原理以及应用 多光子共聚焦显微镜是光学显微镜的重大改进,主要表现为可以观 察活细胞、固定细胞和组织的深层结构,并且可以得到清晰锐利的 多层Z平面结构,即光学切片,并以此可以构建标本的三维实体结构。共聚焦显微镜采用激光光源,经过扩充后充满整个物镜后焦平面,然后经过物镜的透镜系统,在标本的焦平面上会聚成非常小的点。根据物镜数值孔径不同,最亮照明点直径大小约0.25 ~ 0.8μm,深度约0.5 ~ 1.5μm。共聚焦点大小决定于显微镜设计、激光 波长、物镜特性、扫描单元状态设定和标本性质。场式显微镜的照 明范围和照明深度都很大,而共聚焦显微镜的照明则集中到焦平面 上的一个精确的焦点上。共聚焦显微镜最基本的优点是可以对厚荧 光标本(可以达到50 μm或以上)进行精细的光学切片,切片的厚度约为0.5到1.5μm。系列光学切片图像可以通过精确的显微镜Z 轴步进马达上下移动标本获得。图像信息的采集被控制在精确的平 面内,而不会被位于标本上其他位置发出的信号干扰。在去除背景 荧光影响和增加信噪比后,共聚焦图像的对比度和分辨率比传统场 式照明荧光图像有明显的提高。在很多标本中,许多错综的结构成 分相互交织构成复杂的系统,仅用几张光学切片很难还原标本本身 的结构特征,但是一旦能够采集到足够的光学切片,我们就能通过 软件对其进行三维重建。这种实验方法已经被广泛应用与生物学研 究中,用来阐明细胞或组织之间复杂的结构和功能关系。 与传统光学显微镜相比,多光子共聚焦显微镜具有更高的分辨率,实现多重荧光的同时观察并可形成清晰的三维图象等优点。所 以它问世以来在生物学的研究领域中得到了广泛应用。在对生物样 品的观察中,多光子显微镜有其优越性:对活细胞和组织或细胞切 片进行连续扫描,可获得精细的细胞骨架、染色体、细胞器和细胞 膜系统的三维图像。可以得到比普通荧光显微镜更高对比度、高解 析度图象、同时具有高灵敏度、杰出样品保护。多维图象的获得, 如7 维图象(XYZaλIt): xyt、xzt和xt 扫描,时间序列扫描旋转 扫描、区域扫描、光谱扫描、同时方便进行图像处理。细胞内离子 荧光标记,单标记或多标记,检测细胞内如PH和钠、钙、镁等离子浓度的比率测定及动态变化。荧光标记探头标记的活细胞或切片标 本的活细胞生物物质,膜标记、免疫物质、免疫反应、受体或配体,核酸等观察;可以在同一张样品上进行同时多重物质标记,同时观察。对细胞检测无损伤、精确、准确、可靠和优良重复性;数据图 像可及时输出或长期储存。 当前,激光共聚焦显微镜较广泛应用的研究领域有:细胞生物学:

激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用

激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用 一、激光扫描共聚焦显微镜的原理 传统的光学显微镜使用的是场光源,标本上每一点的图像都会受到邻近点的衍射或散射光的干扰;激光扫描共焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscope,LSCM)采用点光源照射样本,在焦平面上形成一个轮廓分明的小的光点,该点被照射后发出的荧光被物镜搜集,并沿原照射光路回送到由双色镜构成的分光器。分光器将荧光直接送到探测器。光源和探测器前方都各有一个针孔,分别称为照明针孔和探测针孔。照明针孔与探测针孔相对于物镜焦平面是共轭的,焦平面上的点同时聚焦于照明针孔和发射针孔,焦平面以外的点被挡在探测针孔之外不能成像,这样得到的共聚焦图像是标本的光学切面,避免了非焦平面上杂散光线的干扰,克服了普通显微镜图像模糊的缺点,因此能得到整个焦平面上清晰的共聚焦图像。 原理图 二、激光扫描共聚焦显微镜组成特点 LSCM由显微镜光学系统,激光光源,扫描装置和检测系统构成,整套仪器由计算机控制,各部件之间的操作切换都可在计算机操作平台界面中方便灵活地

进行。显微镜是LSCM的主要组件,它关系到系统的成像质量。通常有倒置和正置两种形式,前者在切片、活细胞检测等生物医学应用中使用更广泛。 三、激光扫描共聚焦显微镜的应用 (一)细胞的三维重建 普通荧光显微镜分辨率低,显示的图像结构为多层面的图像叠加,结构不够清晰。LSCM能以0.1μm的步距沿轴向对细胞进行分层扫描,得到一组光学切片,经A/D转换后作为二维数组贮存。这些数组通过计算机进行不同的三维重建算法,可作单色或双色图像处理,组合成细胞真实的三维结构。旋转不同角度可观察各侧面的表面形态,也可从不同的断面观察细胞内部结构,测量细胞的长宽高、体积和断层面积等形态学参数。通过模拟荧光处理算法,可以产生在不同照明角度形成的阴影效果,突出立体感。通过角度旋转和细胞位置变化可产生三维动画效果。LSCM的三维重建广泛用于各类细胞骨架和形态学分析、染色体分析、细胞程序化死亡的观察、细胞内细胞质和细胞器的结构变化的分析和探测等方面。(二)静态结构检测 1.细胞原位检测核酸 用于细胞核定位及其形态学观察、检测细胞内DNA的复制及断裂情况以及染色体定位观察。 2.原位检测蛋白质、抗体及其他分子 原位检测蛋白质、抗体及其他分子 免疫荧光标记技术 检测荧光蛋白 3.检测细胞凋亡 检测细胞凋亡不同时期细胞形态、细胞凋亡相关蛋白

一位光子晶体的计算

一维光子晶体的研究方法----传输矩阵法 1:绪论 1.1:光子晶体研究的意义 在以前对半导体材料的研究导致一场轰轰烈烈的电子工业革命,我们的科技水平有了突飞猛进的发展,并为此进入了计算机和信息为标准的信息时代。在过去的几十年里,半导体技术正向高速,高集成化方向发展。但这也引发了一系列的问题,比如电路中能量损失过大,导致集成体发热。此外,由于高速处理对信号器件中的延迟提出更高的要求,半导体器件的能力已经基本达到了极限,为此科学家们把目光从电子转向广光子。这是因为光子有着电子所不具备的优势:1.极高的信息容量和效率。2.极快的响应速度。3.极强的互连能力和并行能力。4.极大地存储能力。5.光子间的相互作用很弱,可极大地降级能力损失。但是与集成电路相比,科学家们设想能像集成电路一样制造出集成光路,在集成光路中,光子在其中起着电子的作用,全光通过。光子计算机将成为未来的光子产业,集成光路类似于电子产业中半导体的作用,光子产业中也存在着向集成电路的器件一样的集成光路——光子晶体,光子晶体的研究不仅仅是光通讯领域内的问题,同时也对其他相关产业将产生巨大的影响。 1.2:光子晶体的概念及应用 光子晶体是八十年代未提出的新概念和新材料,迄今取得了较快的发展,光子晶体不仅具有理论价值,更具有非常广阔的应用前景,这个领域已经成为国际学术界的研究热点。 控制光子是人们长期以来的梦想,光子晶体能帮助人们实现这一梦想。1987年Yablonol itch在讨论如何控制自发辐射和John 在讨论光子局域化时各自独立的提出了光子晶体的概念。他们所讨论问题的共同实质是周期性电介质材料中光传播的特性,根据固体电子能带理论,晶体内部原子呈周期性排列,库仑场的叠加产生周期性势场,当电子在其中运动时受到周期性势场的布格拉散射而形成的能带结构,带与带之间有带隙,称为禁带。能量落在禁带中的电子波不能传播。与此相仿,当电磁波在周期性电介质结构材料中传播时由于受到调制而形成能带结构——光子能带结构,其带隙称为光带隙(PBG:photonic band gap)。此具有

激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用-17954讲解

激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用 Tina(2007-10-23 09:40:17 一、激光扫描共聚焦显微镜的原理 传统的光学显微镜使用的是场光源,标本上每一点的图像都会受到邻近点的衍射或散射光的干扰;激光扫描共焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscope,LSCM采用点光源照射样本,在焦平面上形成一个轮廓分明的小的光点,该点被照射后发出的荧光被物镜搜集,并沿原照射光路回送到由双色镜构成的分光器。分光器将荧光直接送到探测器。光源和探测器前方都各有一个针孔,分别称为照明针孔和探测针孔。照明针孔与探测针孔相对于物镜焦平面是共轭的,焦平面上的点同时聚焦于照明针孔和发射针孔,焦平面以外的点被挡在探测针孔之外不能成像,这样得到的共聚焦图像是标本的光学切面,避免了非焦平面上杂散光线的干扰,克服了普通显微镜图像模糊的缺点,因此能得到整个焦平面上清晰的共聚焦图像。 原理图

二、激光扫描共聚焦显微镜组成特点 LSCM由显微镜光学系统,激光光源,扫描装置和检测系统构成,整套仪器由计算机控制,各部件之间的操作切换都可在计算机操作平台界面中方便灵活地进行。显微镜是LSCM的主要组件,它关系到系统的成像质量。通常有倒置和正置两种形式,前者在切片、活细胞检测等生物医学应用中使用更广泛。 三、激光扫描共聚焦显微镜的应用 一)细胞的三维重建

普通荧光显微镜分辨率低,显示的图像结构为多层面的图像叠加,结构不够清晰。LSCM 能以0.1μm的步距沿轴向对细胞进行分层扫描,得到一组光学切片,经A/D转换后作为二维数组贮存。这些数组通过计算机进行不同的三维重建算法,可作单色或双色图像处理,组合成细胞真实的三维结构。旋转不同角度可观察各侧面的表面形态,也可从不同的断面观察细胞内部结构,测量细胞的长宽高、体积和断层面积等形态学参数。通过模拟荧光处理算法,可以产生在不同照明角度形成的阴影效果,突出立体感。通过角度旋转和细胞位置变化可产生三维动画效果。LSCM 的三维重建广泛用于各类细胞骨架和形态学分析、染色体分析、细胞程序化死亡的观察、细胞内细胞质和细胞器的结构变化的分析和探测等方面。 二)静态结构检测:原位鉴定细胞或组织内生物大分子、观察细胞及亚细胞形态结构 1.细胞原位检测核酸 用于细胞核定位及其形态学观察、检测细胞内DNA的复制及断裂情况以及染色体定位观察。 2.原位检测蛋白质、抗体及其他分子 原位检测蛋白质、抗体及其他分子 免疫荧光标记技术 检测荧光蛋白 3.检测细胞凋亡

单光子探测器应用

单光子探测技术典型应用 单光子探测是一种探测超低噪声的技术,增强的灵敏度使其能够探测到光的最小能量量子——光子。单光子探测器可以对单个光子进行计数,实现对极微弱目标信号的探测,因此也活跃在许多可获得的信号强度仅为几个光子能量级的新兴应用领域中。 人眼安全激光雷达 激光雷达是一种基于光学探测与测距的光学遥感技术,实用窄线宽短脉冲激光在大气中进行光子激射从而产生背向散射。接收这些微弱的背向散射信号需要用到单光子计数器等高灵敏度的光学探测设备。今天,激光雷达活跃在污染监测,空气质量分析,气候学等很多领域。 激光雷达典型应用 量子密码学/量子密钥分配 量子密码学/量子密钥分配是一种非常前沿的技术,它利用量子物理特性获得传统技术无法企及的安全传输保证。这种技术基于量子原理将秘钥安全保密的分配给通信双方。同光纤通信技术相结合,实现量子密钥分配需要将光信号能量降低至光子水平,因此,高精度的光子探测设备是必须的。在此类应用里,单光子源/双光子纠缠源,单光子计数器都需要用到。特别是单光子计数器,它不仅能够接收极低水平的量子密钥信号,还能够探测不明侵入,从而保障系统安全。 量子通信

光子源特性测试 随着量子物理技术、非线性技术和量子点技术的进步和发展,单光子源和光子纠缠源的开发需求日益增多。在这些设备的开发过程中,需要高灵敏度的检测手段来对其进行特性分析和测试,单光子计数器就是一种有效的手段。 荧光测量 莹光时间测量技术(Fluorescence Timing Measurement)被应用在很多科研和工业领域,例如:分子特性,纳米技术和成像显微技术等等。莹光信号是一种非常微弱的光信号,因此需要非常灵敏的光学探测器进行探测,单光子计数器就是不二之选。

一维光子晶体的应用发展

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/1115424302.html, 一维光子晶体的应用发展 作者:江帅璋 来源:《新教育时代·学生版》2016年第33期 摘要:一维光子晶体是介质特定的在一个方向上具有周期性的结构,在另外的两个方向上却是均匀性分布的。结构比较简单的一维光子晶体一般是两种介质交替叠层而形成的,这种一维光子晶体在垂直于介质层平面方向的介电常数是随空间位置的改变而改变的,而在平行于介质层平面方向的介电常数并不随空间位置的改变而改变。这种光子晶体在光纤和半导体激光器上已经得到了运用,布拉格光纤和半导体激光器的分布反馈式谐振腔事实上就是一维光子晶体。因为一维光子晶体制作简单,结构简单,所以一维光子晶体被大家广泛的关注。在最早期的时候,因为一维光子晶体特定的在一个方向上表现有周期性的结构,所以光子禁带也只在这个方向上出现,之后Joannopoulos和他的同事们根据理论和仿真得到一维光子晶体应该有全方向的三维带隙结构,因此一维光子晶体也能够具备二,三维光子晶体所具有的特性,所以一维光子晶体被人们更加普遍的应用到了研究中。 关键词:一维光子晶体周期性介电常数 一、一维光子晶体的研究进展与应用 一维光子晶体具有制作简易和控制光的传播形式优异性等优势,让一维光子晶体在不一样的研究中得到了广泛的关注。这些年一维光子晶体在研究领域取得了一些明显的进展。因为一维光子晶体拥有三维材料的全向能隙结构,所以可以将一维光子晶体应用到二维和三维器件的设计当中;一维光子晶体有高增益的局域广场以及光延迟效应,能够导致一些非线性效应,比如说谐波的产生、光学双稳态等;并且一维光子晶体也具有超折射现象,而且因为它有控制光模式以及光传输的优异性能,所以一维光子晶体在光子晶体的应用中占据着主要地位。下面我们从三个方面介绍一维光子晶体的特点和应用,分为物理机制和效应两个角度。[1] 1.全向能隙结构 1998年,因为一维光子晶体的边界是有限制的,所以出现了跟二维光子晶体和三维光子 晶体相像的全向能隙结构。虽然金属材料的反射镜的反射率跟入射角度没有关系,但是金属材料是吸收电磁波的,所以金属材料的反射率并不高。以前的多层高反膜会因为入射角度的增加其反射率降低。一维光子晶体可以产生一个不跟入射光偏正方向以及入射角有关联的较宽的全向带隙,解决了金属材料反射率不高的难题。除了反射镜外,一维光子晶体能够普遍的运用到微波天线、透射光栅、光波导等器件的研制中。[2~6] 2.布儒斯特角的控制

单光子探测器及其发展

单光子探测器及其发展 摘要:本文介绍了光电倍增管单光子探测器、雪崩光电二极管单光子探测器和真空单光子探测器以及它们的基本工作原理和特性,分析了它们各自的优缺点和未来的发展方向。 关键词:单光子探测;光电倍增管(PMT);雪崩光电二极管(APD);真空雪崩光电二极管(VAPD) 中图分类号:TP21.14 文献标识码:A 一、引言 单光子探测技术在高分辨率的光谱测量、非破坏性 物质分析、高速现象检测、精密分析、大气测污、生物 发光、放射探测、高能物理、天文测光、光时域反射、 量子密钥分发系统等领域有着广泛的应用。由于单光子 探测器在高技术领域的重要地位,它已经成为各发达国 家光电子学界重点研究的课题之一。 二、单光子探测器的原理及种类 单光子探测是一种极微弱光探测法,它所探测的光的光电流强度比光电检测器本身在室温下的热噪声水平(10-14W)还要低,用通常的直流检测方法不能把这种湮没在噪声中的信号提取出来。单光子计数方法利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点,采用脉冲甄别技术和数字计数技术把极其弱的信号识别并提取出来。这种技术和模拟检测技术相比有如下优点[1]: (1)测量结果受光电探测器的漂移、系统增益变化以及其它不稳定因素的影响较小; (2)消除了探测器的大部分热噪声的影响,大大提高了测量结果的信噪比;(3)有比较宽的线性动态区; (4)可输出数字信号,适合与计算机接口连接进行数字数据处理。 入射的光子信号打到光电倍增器件上产生光电子,然后经过倍增系统倍增产生电脉冲信号,称为单光子脉冲。计数电路对这些脉冲的计数率随脉冲幅度大小的分布如图1所示。脉冲幅度较小的脉冲是探测器噪声,其中主要是热噪声;脉冲幅度较大的是单光电子峰。V h为鉴别电平,用它来把高于V h的脉冲鉴别输出,以实现单光子计数。 可用来作为单光子计数的光电器件有许多种,如光电倍增管(PMT)、雪崩光电二极管(APD)、增强型光电极管(IPD)、微通道板(MCP)、微球板(MSP)和真空光电二极管(VAPD)等。 1、光电倍增管(PMT)单光子探测器 光电倍增管是利用光的外光电效应的一种光电器件,主要由光电阴极和打拿极构成。其工作原理如下:首先光电阴极吸收光子并产生外光电效应,发射光电子,光电子在外电场的作用下被加速后打到打拿极并产生二次电子发射,二次电子又

单光子探测器

单光子探测器 单光子探测器是进行光子探测的实验设备,它通常只能探测光子的有或者没有,不能直接给出光量子态的完整信息,要想从探测结果来重构光量子态信息,需要结合其他的理论和实验手段。目前在可见和红外波段,单个光子的能量约为10-19 J,实现对如此低能量粒子的准确探测是很有挑战的工作。早期的单光子主要是光电倍增管,随着材料科学和量子信息科学的发展,单光子探测器的类型也逐渐丰富起来,这里主要介绍单光子探测器性能的主要指标:特征波长范围,死时间,暗计数,探测效率,时间抖动,光子数分辨能力。 探测器的特征波长范围指的是探测器能够响应的光谱频率范围。目前的单光子探测器都只对某一波段的光子敏感,这是由探测器的制作材料及加工工艺决定的,而探测器的光谱响应特性也决定了它的应用范围。例如对自由空间的量子通信来说,使用的光子波长主要集中在可见光波段400nm-1060nm或者近红外波段900nm-1700nm,需要对这一波段较敏感的探测器;而对于光通信来说,由于光纤在1550nm这个波长具有最小的损耗,所以对基于光纤的量子信息网络,探测器必须对1550nm光子有足够高的探测效率。 当探测器探测到一个光子之后,在一定的时间内,探测器不能响应新的光子,这一段时间称为探测器的死时间,一般来说死时间越短越好。在当前的技术条件下,死时间取决于探测器的电子学后处理系统而非探测器的感光材料。例如,对于基于雪崩二极管的单光子探测器,当探测器探测到一个光子之后,探测器需要抑制这个信号带来的后脉冲信号,这样就必须将探测器关断一段时间,等到前一个探测器的后脉冲信号基本消除之后才能重新开启,这一段时间就是雪崩二极管的单光子探测器的死时间,可见光波段400nm-1060nm探测器的死时间一般固定为33ns,近红外波段900nm-1700nm探测器的死时间一般从500ns到1ms可调,死时间决定了探测器的最大计数率。 当没有光子进入探测器时,探测器仍然有计数率,这就是暗计数。暗计数是由于感光材料的缺陷,电压偏置和外界环境的干扰比如温度,湿度,热噪声等因素引起的。暗计数对实验的信噪比有直接影响,因此降低暗计数是单光子探测器发展的重要目标。现在法国Aurea Technology的单光子探测器暗计数可以做到小于25cps(世界第一). 探测效率指的是当有光子进入探测器的时候,它被探测到的概率。目前商用探测器的最大探测效率约为70%,如Aurea Technology生产的SPD_A_VIS.提高探测效率在

相关主题