1 中国科学院上海高等研究院国家蛋白质科学研究（上海）设施，上海 201210
2 复旦大学上海医学院脑科学转化研究院，上海 200032
光镊采用聚焦的激光束束缚微米、纳米级的粒子，具有亚皮牛级的力分辨率和亚毫秒级的时间响应，在单分子生物物理中具有广泛的应用。通过化学耦链将生物大分子连接到高分子微球上，光镊可以测量大分子的伸长以及受力，进而研究DNA‐蛋白质相互作用、蛋白质折叠及分子马达机械化学性质等动态过程。简要介绍光镊的基本原理和常见的单分子光镊几何构型，并以双光镊为例，介绍如何设计和搭建光镊设备、所涉及的技术原理、稳定性与降噪处理方法以及分辨率测试方法。以国家蛋白质科学研究（上海）设施的双光镊实验装置为例，论述双光镊在单分子生物物理中的应用及进展。最后，对单分子光镊技术的发展前景作出展望。
生物光学 双光镊 单分子 蛋白质折叠 分子马达 光学力 中国激光
2023, 50(15): 1507402
1 中国科学技术大学 a.化学与材料科学学院
2 中国科学技术大学 b.物理学院, 安徽 合肥 230026
3 安阳工学院, 河南 安阳455000
光声光谱检测可很好地应用在植物光合作用的研究领域, 可更有效于传统检测方法并已在大量检测研究中得以证明。在一套光声光谱仪检测装置中, 光声池是其核心部件, 其设计好坏直接影响着实验的结果。文章阐述了适用于植物光合作用的光声池的设计方法及其需要关注的关键问题; 展望了植物光合作用的光声光谱检测与其他检测方法联用的重点及其研究方向; 提出了光声池设计中应着重关注其活体实时在线检测及其相关技术问题。
光声光谱 光声池 光合作用 photoacoustic spectroscopy photoacoustic cell photosynthesis
1 中国科学技术大学光学与光学工程系， 安徽 合肥 230026
2 合肥微尺度物质科学国家实验室， 安徽 合肥 230026
3 安徽省光电子科学与技术重点实验室， 安徽 合肥 230026
利用液晶空间光调制器对高斯光束进行相位调制后可生成涡旋光束。因涡旋光束本身具有轨道角动量，酵母细胞被光阱捕获后会绕其中心旋转，对酵母细胞旋转的时序信号图进行傅里叶变换后可测出酵母细胞在光阱中的旋转角速度。详细讨论了酵母细胞旋转角速度随激光功率、拓扑荷以及捕获高度的变化关系。实验结果表明，酵母细胞的旋转角速度与激光功率成正比，与拓扑荷的平方成反比；捕获高度在14 μm时角速度达到最大值；细胞在涡旋光阱中的旋转方向可由拓扑荷的符号决定，正号为逆时针旋转，负号为顺时针旋转。此实验结果有望应用在细菌鞭毛马达力矩的测量实验中。
傅里叶光学 涡旋光束 轨道角动量 酵母细胞 旋转角速度
1 中国科学技术大学光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学物理实验中心, 安徽 合肥 230026
3 中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室, 安徽 合肥 230026
4 中国科学技术大学安徽省光电子科学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230026
作为光镊技术近年来最重要的发展之一，二维阵列光镊在纳米制造和生物芯片制作中具有广泛的应用前景。衍射光学元件是构成阵列光镊的关键器件之一, 而Gerchberg-Saxton(G-S)算法是设计相位型衍射光学元件的一种常用方法。实现了伪随机编码的G-S算法，并将计算得到的相位分布图输入到液晶空间光调制器上，在透镜的后焦面上得到阵列分布的光点，提出并实验验证了通过振幅调制能够有效减少远场衍射的背景噪声，为将来设计阵列光镊衍射元件提供了可能。
衍射 阵列光镊 液晶空间光调制器 Gerchberg-Saxton算法 伪随机编码 双振幅形相位滤波器
Author Affiliations
Abstract
1 Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Heifei 230026, China
2 Department of Physics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
3 Anhui Key Laboratory for Optoelectronic Science and Technology, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
The Brownian motion of a polystyrene bead trapped in a time-sharing optical tweezers (TSOT) is numerically simulated by adopting Monte-Carlo technique. By analyzing the Brownian motion signal, the effective stiffness of a TSOT is acquired at different switching frequencies. Simulation results confirm that for a specific laser power and duty ratio, the effective stiffness varies with the frequency at low frequency range, while at high frequency range it keeps constant. Our results reveal that the switching frequency can be used to control the stability of time-sharing optical tweezers in a range.
时分复用 光镊 蒙特卡洛 有效刚度 120.4640 Optical instruments 250.4110 Modulators 250.6715 Switching Chinese Optics Letters
2010, 8(2): 170
1 合肥微尺度物质科学国家实验室,安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学 物理系,安徽 合肥 230026
3 安徽省光电子科学与技术重点实验室,安徽 合肥 230026
利用倾斜放置于光镊光路中的旋转玻片对激光束进行斩波可以实现分时复用多光阱。详细讨论了光镊光路中引入玻片后,光阱位置的变化随玻片位置、厚度以及倾斜角度等因素的变化关系。设计了可以加载不同厚度玻片的8孔转盘,通过直流电机带动转盘旋转实现玻片对激光束的机械斩波,进而获得分时复用多光阱。利用分时复用多光阱实现了两个、三个不同大小聚苯乙烯小球的稳定捕获,通过改变玻片倾角可以改变光阱之间的距离,实现对捕获小球距离的控制。给出了分时复用多光阱的初步结果,从实验上证实了方法的可行性。
激光光学 光镊 多光阱 分时复用 旋转玻片
1 中国科学技术大学 物理系, 安徽 合肥 230026
2 中国科学技术大学 合肥微尺度物质科学国家实验室, 安徽 合肥230026
3 中国科学技术大学 安徽省光电子科学与技术重点实验室, 安徽 合肥230026
金属微粒由于其独特的化学以及电磁性质, 在生物医学和表面化学领域的应用越来越广泛, 利用光镊俘获金属微粒的报道也越来越多, 可操控的金属粒子尺寸也越来越小。光镊作为一种重要的捕获微小粒子的工具, 在早期多用来捕获胶体颗粒及生物细胞等透明粒子, 很少有报道用光镊来捕获像金属粒子一类的不透明粒子。综合了近年来出现的利用光镊俘获金属粒子的技术, 从原理、实验设备、实验环境等方面对现有俘获金属粒子的技术做一个全面的介绍。
光镊 金属粒子 纳米粒子 操控
1 中国科学技术大学物理系, 安徽 合肥 230026
2 合肥微尺度物质科学国家实验室, 安徽 合肥 230026
光镊技术在分子生物学、胶体科学、实验原子物理等领域中具有极其重要的作用, 光镊本身也不断发展并产生许多衍生光镊技术。利用全息元件或空间光调制器(SLM)所形成的全息光镊, 在多粒子操控方面的优势, 为光镊技术走向实用化、规模工业生产打开了新局面, 是目前光镊家族极具活力的成员。简述了全息光镊的原理及典型实验光路, 详细介绍了该技术在众多领域的最新应用进展以及潜在的应用。
光镊 全息光镊 胶体化学 粒子分选 激光与光电子学进展
2008, 45(11): 35
西北工业大学,理学院,光信息科学与技术研究所,陕西省光信息技术重点实验室,西安,710072
通过数值模拟和实验对SBN:Cr晶体中的(1+1)维亮屏蔽空间孤子及其诱导的实时平面光波导的导光特性进行了研究.采用分步束传播法和Petviashvili迭代法对(1+1)维亮屏蔽空间孤子的特性进行了模拟.通过求解本征方程,对孤子诱导平面波导中存在的导波模式进行了数值求解.采用633 nm的He-Ne激光作为孤子诱导光束,532 nm的半导体泵浦的固体激光作为探测光,在固液同成分的SBN:Cr晶体中进行了实验研究.实验结果和数值模拟的结果符合的很好.而且结果表明SBN:Cr晶体中红光诱导的波导可以作为实时光波导.
SBN:Cr晶体 亮屏蔽孤子 实时平面光波导 导光特性
