细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究

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1、细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究

2、第35卷第8期2006年8月光子ACTAPHOTONICASINICAVoI.35No.8August2006细菌视紫红质的自衍射效率与最佳入射角研究*王刚志.陈桂英袁义哲张春平.许棠宋奇望.(1天津大学,天津300072)(2天津科技大学理学院物理部,天津300222)(3南开大学光子学中心,天津300074)(4湛江师范学院测量中心,广东湛江524048)(5中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境动力学重点实验室,广州510301)摘要研究了弱光强下细茵视紫红质膜(bR膜)的自衍射特性.给出了弱光强下相干光在bR

3、膜中产生的振幅光栅光强分布模型,并用ysinz近似表示透射光强分布,结果与实验吻合.给出了不同透射光强Y与指数a的对应关系.结果表明,在bR膜及入射光波波长给定的情况下,入射光强越小,对应的a值越大,当入射光强为0.072/T(mW/cm)时,a等于1.计算出不同入射光强和入射角下的自衍射效率.结果发现,对应于最大衍射效率的最佳入射角为2..关键词自衍射;细茵视紫红质(bR);衍射效率;最佳入射角中图分类号0437文献标识码A0引言在非线性材料中两波混合的研究和应用已经非常广泛,例如在信息处理领域,光逻辑和光计算领

4、域的应用口].当两束相干光在非线性材料中以小角度耦合时,由于这两束光形成的光栅对它们本身产生衍射,称为自衍射.自衍射和光的非线性特性密切相关,非常具有研究价值].对饱和状态下衍射的研究,主要用正弦光栅理论进行理论研究.对于弱光下的自衍射,由于bR膜具有明显的饱和吸收特性,由bR膜透射率与光强的关系(入射光波长为632.8rim),可知当入射光强较小时,bR膜的吸收系数变化与入射光强呈非线性关系.本文给出了振幅光栅光强分布模型,用非正弦型光栅理论描写bR膜中的位相光栅,理论模拟了一阶衍射效率随入射角度的变化规律,从而

5、选出最佳入射角.1bR膜的吸收特性及不同光强下的光强分布细菌视紫红质(bacteriorhodopsin,bR)是一种生物光色材料口],光照时,处于基态的bR分子吸收光子后发生异构化,经过一系列中间态,完成一次光循环].在光的激励下,中间态上总保留着一定数目的分子,而这些中间态的吸收系数及折射率与基态是不同的.因此,在光照下,bR膜的吸收系数和折射率均发生改变.光致吸收系数变化和光致折射率变化与入射光的波长及入射光强都有关.在单‘国家自科学基金(60578020)及广东省自然科学基金资助(04011427)Tel:

6、022—60601210Email:wj—yan(~tust.edu.an收稿日期:2005—11一O1频光照射下,bR膜表现出较强的非线性饱和吸收特性,在两束相干光照射下,bR膜会形成吸收光栅嘲.实验测量出bR膜的透射特性如图1.Incidentintensity/(mW.cm.)图1bR膜的透射特性随入射光强的变化Fig.1ThetransmittanceofbRfilmasafunctionofincidentintensity实验在室温下进行,所用bR膜的光密度(570nm)为0.64,激发态M的寿命为5S

7、,bR膜的厚度约为200m,膜的浓度为0.003mol?L_.,以He-Ne激光器为光源.当光强较小时(入射光强小于0.7rnW/crn2),其透射率与光强近似于线性,但通过对小光强的透射特性曲线进行分析,无论光强多小,其透射率与光强都不为线性关系.如果将两束具有相同偏振方向的偏振光同时入射到bR膜上,两束光在bR膜中相干并形成干涉条纹,条纹的光强分布是正弦调制的,在这一干涉条纹光强的照射下,其透过bR膜的光强按照透射率的关系去调制.调制后的干涉条纹的光强不再是正弦分布.因为对小光强其透射率小,对大光强其透射率大.

8、饱和时透射率基本不变.图2为不同光强下实验数据和模拟光强的分布图.图中”O”为实验数据,实线为模拟数据,虚线为对应光强的正弦分布.图2中的(a)～(d)分别对应于呈正菪lI3uJ/p曩昌一JLL光子35卷弦分布的入射光(虚线)透射过bR膜后最大透射光强为0.01mW/cm.,0.0107mW/cm.,0.028mW/cm.,0.059mW/cm.正弦分布的改