董卫斌[1]2004年在《菌紫质光诱导折射率变化及在全息存储中的应用研究》文中研究表明细菌视紫红质(菌紫质，BR)是一种对光具有奇异光敏特性的生物分子材料，随着对其结构和特性的深入研究，人们已经能够利用现代基因工程和生化手段来优化菌紫质的物理和化学性质，使其展现出良好的应用前景。其中光信息存储是菌紫质的一个重要应用领域。基于其光致变色效应，我们可以将它作为一种可擦写的光学记录材料来研究。我们利用基因改性菌紫质BR-D96N样品的B态和M态之间光致变色反应，进行了全息记录方面的应用研究。细菌视紫红质的光致变色反应导致光致折射率的变化，对其在不同波长下光致吸收变化与光致折射率变化量的研究对于全息记录应用是非常必要的。本论文对BR-D96N样品在不同波长下光致吸收变化与光致折射率变化特性进行了研究，并在此基础上进行了角度复用全息记录的初步实验。此外，还测量了野生菌紫质样品的非线性折射率。主要工作如下： (1) 光致折射率变化的理论研究。从介质电极化率实部和虚部之间的Kramers-Kronig关系出发，推导了介质折射率变化与吸收变化之间的理论关系。通过实验测量菌紫质薄膜样品吸收变化光谱，理论计算得到了菌紫质薄膜样品的光致折射率变化光谱曲线。 (2) 光致折射率变化的实验测景。采用迈克尔逊干涉方法，测量了BP-D96N菌紫质薄膜样品在几种激光波长(405nm，488nm，514nm，633nm，650nm)下的光致折射率变化量，并与理论计算曲线进行了比较，二者基本符合。 (3) 非线性折射率测量。采用z扫描实验方法，对野生型菌紫质簿膜样品在650nm处的非线性射率进行了测量，发现菌紫质在红光区呈现自散焦效应。 (4) 角度复用全息存储研究。由光致折射率变化曲线理论计算出了衍射效率随波长变化曲线。选择衍射效率较高且擦除效应较弱的He-Ne633nm激光作为记录和读出光源，在BR-D96N菌紫质薄膜样品上进行了角度复用全息存储实验，得到了6幅图像复用结果。
王英利[2]2006年在《有机光致变色材料在全息和光信息处理中的应用研究》文中研究表明有机光致变色材料以其优良性能广泛应用于光存储和光信息处理中。论文主要研究了两种光致变色材料—菌紫质和俘精酸酐的光致变色和光致各向异性特性以及它们在全息光存储和光信息处理方面应用，完成了以下几方面的工作： 1．研究了菌紫质和俘精酸酐样品的光致变色特性。采用一阶近似、数值计算和经验公式拟合的方法对光致变色特性进行理论分析和实验曲线拟合，得到了光反应速率常数γ拟合值。理论分析和实验发现，单稳态菌紫质样品的光致变色时间动力学曲线是光强依赖型；双稳态俘精酸酐样品则为曝光量依赖型；紫光影响红光或绿光光强透过率曲线。两种样品光致变色具有饱和吸收特性。 2．研究了菌紫质和俘精酸酐样品的光致各向异性特性。用一阶近似理论计算了俘精酸酐样品二向色性随曝光量变化曲线。测量了单光束和双光束作用下的光致各向异性，发现偏振方向正交的紫光可以提高红光的光致各向异性。比较俘精酸酐样品两态的吸收和折射率差与光致各向异性二向色性和双折射率随波长的变化，阐述了光致各向异性产生的机理是偏振选择激发引起两个方向的吸收和透过率不同。 3．研究了菌紫质和俘精酸酐样品的全息存储特性。比较了两类材料的感光光谱范围，感光灵敏度，空间分辨率，抗疲劳性，热稳定性等性能。分析了不同偏振全息衍射光的偏振态以及衍射效率。利用一阶近似和数值计算对不同偏振全息衍射效率随时间变化曲线进行了拟合。全息存储是基于样品的光致变色和光致各向异性特性，由于曝光时间过度，样品在非线性区记录，会使全息光栅调制度下降引起衍射效率下降。理论上和实验证明，加入适量的紫光可以使光栅调制度提高，衍射效率提高。根据理论和实验结果对于提高衍射效率的全息记录条件进行了探讨。 4．利用不同全息存储技术在菌紫质和俘精酸酐样品上进行了全息图像存储实验，包括参考光再现与共轭光再现技术、透射式与反射式记录技术、夫琅和费全息存储与傅里叶变换全息存储技术、不同偏振全息及不同复用技术，以达到提高衍射效率、衍射像的信噪比和存储密度的目的。利用紫光提高了全息衍射像的信噪比和衍射效率。建立了傅里叶变换正交圆偏振全息存储光路，
伍志伟[3]2005年在《菌紫质的全息存储特性及应用研究》文中认为细菌视紫红质(菌紫质,BR)具有独特的光致变色特性和光致各向异性。这种具有生物活性的光敏蛋白质具有许多其它有机光致变色材料所没有的综合优势,是一种性能优良的光致变色材料。近年来,基因工程技术为菌紫质材料的研究和应用注入了新的活力。围绕着菌紫质光学薄膜的全息存储特性及其应用,本论文主要完成了以下工作: 1.对菌紫质的偏振全息记录特性进行了理论研究,用琼斯矩阵的方法对不同方式偏振全息记录的全息图特性进行了分析,对偏振全息图的衍射光偏振态及衍射效率进行了数学推导。理论分析和计算了同偏振记录时辅助紫光光强和读出光强对衍射效率动力学曲线的影响。 2.采用偏振全息四波耦合实验光路,测量了BR-D96N薄膜样品在不同偏振态物光和参考光记录方式下的衍射效率动力学曲线。测量了光致变色特性和光致各向异性产生的光强透过率变化,计算了同偏振记录和正交偏振记录的最大衍射效率,并与实验结果进行了比较。实验研究了物参光强比、记录时加入辅助紫光的光强及偏振态、记录时加入辅助紫光后的物参光强比对衍射效率的影响。 3.采用90度角度复用全息存储实验光路,首次在BR-D96N薄膜样品上实现了6幅全息图存储,并分别读出了清楚无串扰的再现像。利用菌紫质的偏振全息存储特性,实现了偏振复用全息存储,两幅正交偏振全息图可分别再现读出。 4.采用傅立叶变换全息记录的方法,在BR-D96N薄膜样品60μm×42μm的面积上进行了正交圆偏振二进制全息数据存储,获得了高信噪比的再现像,实现了编码数据的无误读出与还原,存储面密度达到2×10~8bits/cm~2。 5.初步开展了将BR-D96N薄膜样品应用于全息干涉计量的研究,理论分析了二次曝光法和单次曝光法得到的干涉全息图特性,得到了一些初步的二次曝光和单次曝光实验结果。
韩俊鹤[4]2008年在《菌紫质光致变色和光致各向异性的理论模拟及应用研究》文中进行了进一步梳理细菌视紫红质(简称菌紫质)是自然界经过长期进化形成的一类优良的生物分子光致变色材料,它具有优良的光学和光电特性,是目前光存储、光信息处理和光电功能材料等领域研究的热门材料之一。近年来,基因工程技术的应用和发展为菌紫质材料的研究和应用注入了新的活力。围绕菌紫质薄膜的光学特性及其应用,本论文主要完成了以下工作:1.研究了菌紫质薄膜样品在单光束和双光束作用下的光致变色特性:根据光致变色的二态模型,建立了菌紫质薄膜样品光致变色动力学的数值算法和一阶近似解法。利用数值算法和一阶近似解法对菌紫质薄膜样品在单光束及双光束作用下的光致变色动力学过程及饱和吸收特性进行理论模拟,其中考虑到激发光光斑的光强分布对菌紫质薄膜光致变色特性的影响后,得到了和实验一致的理论计算结果。理论和实验表明菌紫质薄膜样品的光致变色动力学过程是光强依赖型,且紫光对红光的透过率具有抑制作用。2.研究了菌紫质薄膜样品的光致各向异性特性:根据光致变色二态近似模型及菌紫质分子对偏振激发光的选择性吸收特性,得到了光致各向异性(二向色性和双折射)和分子数分布之间的关系,并对泵浦-探测法测量光致各向异性进行数学推导,得到了光致各向异性诱导的透过率和光致各向异性之间的关系。利用透过率和分子数分布之间的关系模拟了菌紫质薄膜的B型、M型及B-M型光致各向异性动力学过程,得到了和实验一致的理论模拟结果。计算了激发光强和探测光强对偏振旋转角的影响。理论和实验证明,在红光诱导菌紫质薄膜各向异性的同时,加入正交偏振的紫光可以提高红光的光致各向异性,而加入平行偏振的紫光则抑制红光的光致各向异性。3.研究了记录光强对全息光栅衍射效率的影响:考虑到菌紫质薄膜的饱和吸收及其对入射光的散射和多次反射导致光栅调制度随记录光强的变化,解释了高记录光强下全息光栅的衍射效率随光强的增大反而减小的实验现象。4.研究了偏振全息光栅的衍射特性:根据光致变色二态模型及菌紫质分子对偏振激发光的选择性吸收特性,得到了同线记录和正交线记录时全息光栅的琼斯矩阵。利用琼斯矩阵法分析了不同偏振再现光作用下偏振全息光栅一阶衍射光的偏振特性及其衍射效率,并从理论上计算了全息光栅的一阶衍射效率动力学过程。对紫光光强和偏振取向对全息光栅衍射效率动力学的影响进行了理论和实验研究。研究结果表明,在低记录光强下加入紫光可以提高全息光栅衍射效率动力学曲线的稳定值,但抑制其峰值;在高记录光强下加入紫光可以同时提高衍射效率的峰值和稳定值。5.研究了菌紫质薄膜样品在相移干涉计量中的应用:理论分析了基于菌紫质薄膜光致各向异性的相移干涉计量仪。利用它记录了待测相位物体的干涉图样,并通过相位线性梯度积分法重建了待测物体的轮廓。6.研究了菌紫质薄膜样品在光信息处理中的应用:提出了一种基于菌紫质光致各向异性的全光逻辑运算方案,并利用它实现了与、或和异或等全光逻辑操作。利用菌紫质薄膜的光致变色以及光致各向异性特性实现了其在光开关、光控图像显示和空间滤波中的应用。
郑媛[5]2004年在《菌紫质光致变色特性及应用研究》文中指出细菌视紫红质(菌紫质，BR)具有独特的光致变色效应。这种具有生物活性的光敏蛋白质具有许多其它有机光致变色材料所没有的综合优势，是一种性能优良的光致变色材料。近年来，基因工程技术为菌紫质材料的研究和应用注入了新的活力。围绕着菌紫质光学薄膜的光致变色特性及其应用，本论文主要完成了以下工作： 1．建立了光致变色薄膜的光吸收动力学一阶近似理论，为菌紫质光致变色特性的实验研究提供了理论依据。 2．采用菌紫质光循环B态和M态二能级简化模型，通过数值求解由粒子数速率方程和Lambert-Beer定律构成的方程组，对菌紫质薄膜在570nm单光束和570nm与412nm双光束作用下的动态和静态光学响应特性进行了理论分析。 3．通过对基因改性的长寿命菌紫质材料BR-D96N的吸收光谱动力学变化测定与分析，分离出了B态、M态和D态的吸收光谱，用最小二乘拟合方法对热弛豫各个时刻的吸收光谱进行了数据拟合，得到了B态、M态和D态分子数百分比随时间的变化规律，定量地测量出了M态和B态的寿命。此外，通过对样品在407nm和568nm波长处光吸收随时间变化的测量，采用双指数拟合的方法也得出了M态和B态的寿命。 4．实验测量了BR-D96N薄膜样品的光吸收动力学曲线和饱和吸收特性曲线，以及双光束作用下的互补抑制特性曲线。将相应条件下的数值计算与实验曲线进行了比较，并且采用一阶近似公式的形式分别对BR-D96N样品的光吸收动力学和饱和吸收曲线进行了拟合，得到了K~(B→M)、K~(M→B)及M态寿命的实验拟合值。利用菌紫质双光束互补抑制吸收特性，开展了在亮背景抑制，强度反转方面的应用研究。 5．对泵浦-探测法测量菌紫质光致各向异性的原理及方法做了数学推导。对野生型菌紫质的光强依赖各向异性特性及各向异性的消退时间进行了实验研究。用成像的方法在菌紫质薄膜的同一区域记录了两幅不同偏振的图像，然后分别对这两幅图像实现了选择性读出。6.实验摸索了菌紫质激光诱导永久偏振态的产生条件。对激光诱导永久偏振态的各向异性参数进行了实验研究和数学计算，对由各向异性产生的偏振显色现象进行了定性分析。利用这种激光诱导永久偏振态进行了防伪方面的应用研究。 7.开展了BR一D96N薄膜材料的全息记录特性的理论与实验研究，对偏振全息记录特性及衍射效率等问题进行了理论分析。开展了共扼再现消除图像畸变及正交偏振全息提高再现图像信噪比的实验研究。关键词:细菌视紫红质(菌紫质，BR)，BR一D96N，光致变色，光吸收动力学， 饱和吸收，光致各向异性，激光诱导永久偏振态，衍射效率，偏振全息， 相位共扼第n页
阎肃[6]2010年在《BR-D96N薄膜全息图像存储实验研究》文中认为细菌视紫红质(简称菌紫质或BR)是一种生物活性的光敏蛋白质,它具有许多优良的光学特性,因其优良的光致变色特性,成为目前国际上光信息处理和光存储的热点。全息光存储是第四代超高密度超快速度光信息存储主要候选技术之一,是目前正大力发展得最有前途和最具实用性的存储技术。虽然一次性记录多次读出读型全息光盘及其全息存储驱动器已经研制成功,但可擦写的超高密度全息光盘存储依然是该领域的一个热点。围绕着种基因改性菌紫质(BR-D96N)薄膜的光学特性(主要为光致变色特性)及其在可擦写式全息存储中的应用,本论文完成了以下工作：1.研究了BR-D96N薄膜样品的光致变色特性：测量了双态吸收谱；根据克雷默斯——克朗尼(Kramers-Kronig)变换关系理论计算出伴随光致变色反应产生的折射率变化量光谱。2.利用BR-D96N薄膜样品的光致变色特性与光致各向异特性实现了其在普通全息和偏振全息中的应用。首先测量和计算了BR-D96N薄膜样品的几种全息存储特性：对不同偏振记录全息的衍射光偏振态及衍射效率进行了理论分析与推导；并且用MATLAB软件,基于BR-D96N薄膜的光致变色特性,理论计算了普通全息衍射效率光谱；定性测量了BR-D96N薄膜的存储速率、抗疲劳性和热稳定性等。3.利用传统的双光束全息存储光路(非共线全息),在BR-D96N薄膜样品上记录了不同全息图(包括参考光再现与共轭光再现全息图,透射式与反射式记录全息图,四种不同偏振记录全息图,即平行线偏振记录、正交线偏振记录、同圆偏振记录、正交圆偏振记录),并比较了它们的衍射效率及衍射像信噪比。还研究了共轭参考光再现对提高衍射像信噪比和补偿物光波前畸变的作用。4.在BR-D96N薄膜上,首次实现了共线全息图像存储实验。与非共线全息存储相比,共线全息存储系统的体积小、受存储环境的影响程度小、存储密度高、但衍射像信噪比较低。
陈利菊[7]2010年在《二芳基乙烯光致变色和光致各向异性及其应用研究》文中研究说明新型有机光致变色材料—二芳基乙烯因为具有卓越的热稳定性和抗疲劳性等光学和光电特性，在光信息存储及处理等领域引起了研究者的极大兴趣。本论文对二芳基乙烯的光致变色特性和光致各向异性特性的机理及其在光信息处理中的应用进行了理论和实验研究。主要内容包括：1、二芳基乙烯光致变色特性研究。首先，分析了二芳基乙烯光致变色的双稳态吸收机制，根据双稳态吸收光谱，分析了二芳基乙烯光致折射率谱的变化。其次，对二芳基乙烯光致变色过程进行了理论分析，利用光致变色的二态模型理论，给出了二芳基乙烯光致变色动力学的透过率方程，利用该方程研究了二芳基乙烯薄膜的光致变色动态变化特性，根据理论和实验结果，拟合得到了二芳基乙烯光反应速率常数。最后，实验研究了二芳基乙烯的抗疲劳特性。理论和实验研究结果表明：二芳基乙烯样品光致变色动力学过程是曝光量依赖型，由此也得到了在利用二芳基乙烯进行光信息存储及光信息处理时的最佳参数。2、二芳基乙烯光致各向异性特性研究。首先，通过偏振UV-VIS光谱技术分析二芳基乙烯光致各向异构化过程，即利用吸收谱显现出来的自然差别来分析在异构化过程中分子的取向变化,阐明了光致各向异性产生的物理机制。其次，给出了二芳基乙烯薄膜样品光致各向异性的数学表达式，并利用它们计算了二芳基乙烯薄膜的光致各向异性动态特性及激发光偏振态对光致各向异性的影响，得到了和实验基本一致的理论计算结果。最后，研究了二芳基乙烯光致各向异性在光信息处理中的应用，利用偏振光激发样品各向异性实现了图像衬度翻转，高低通滤波等应用。利用不同偏振态激发光产生不同光致各向异性的特点实现了光对光的调制。3、二芳基乙烯双光子吸收特性研究。首先，描述了有机光致变色材料双光子吸收的概念，并对双光子吸收的理论进行了简单的分析。其次，研究了二芳基乙烯双光子吸收特性，理论分析了二芳基乙烯的双光子吸收过程，并对双光子吸收引起的光致变色特性、光致各向异性进行了实验研究。最后，对二芳基乙烯双光子吸收在光存储中的应用进行了初步尝试。4、二芳基乙烯的光全息存储特性研究。首先，对二芳基乙烯全息光栅衍射效率进行了简单的理论分析。其次，研究了二芳基乙烯全息动力学特性，分析了记录光强和再现光强对全息光栅衍射效率的影响，比较了几种不同偏振记录光栅的衍射效率，得到了全息存储时最佳的记录条件，为二芳基乙烯在光存储的实际应用选择了最佳参数。最后，分析了全息存储复用的方法，实验研究了二芳基乙烯的偏振复用、角度复用、旋转复用及角度加偏振复用技术。
参考文献：
[1]. 菌紫质光诱导折射率变化及在全息存储中的应用研究[D]. 董卫斌. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2004
[2]. 有机光致变色材料在全息和光信息处理中的应用研究[D]. 王英利. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2006
[3]. 菌紫质的全息存储特性及应用研究[D]. 伍志伟. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2005
[4]. 菌紫质光致变色和光致各向异性的理论模拟及应用研究[D]. 韩俊鹤. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2008
[5]. 菌紫质光致变色特性及应用研究[D]. 郑媛. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2004
[6]. BR-D96N薄膜全息图像存储实验研究[D]. 阎肃. 内蒙古大学. 2010
[7]. 二芳基乙烯光致变色和光致各向异性及其应用研究[D]. 陈利菊. 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所). 2010
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