作者单位
摘要
1 桂林电子科技大学光电工程学院,广西 桂林 541004
2 南瑞电力信息有限公司,江苏 南京 210000
3 广西光电信息处理重点实验室,广西 桂林 541004
结构的手性在自然界中普遍存在,通常表现为不能通过平移或旋转与其镜像结构重合的现象。因为光谱探测技术能够反映光和物质相互作用产生的丰富信息,所以利用光学方法检测手性特征成为了探测和鉴别手性物质的常用手段。手性超表面能够通过人工设计达到极大的圆二色性(CD),是物质检测和传感领域的研究热点。设计了一种可动态调控CD响应,同时实现高传感性能的太赫兹手性超表面。该超表面以柔性材料为基底,前后表面为四重旋转对称的J型金属结构。仿真结果表明:该手性超表面在0.760 THz处能够产生高达0.805的强CD值;通过二维方向等比例拉伸,CD峰从0.760 THz红移至0.650 THz附近,且能保持很高的CD信号;同时,其传感灵敏度高达327 GHz/RIU,且在相对拉伸形变量高达20%的拉伸过程中仍能较好地保持手性响应和传感性能。所设计的手性超表面在动态多功能器件、可穿戴传感器领域具有潜在的应用价值。
手性超表面 柔性材料 圆二色性 太赫兹传感 chiral metasurface flexible material circular dichroism terahertz sensing 
激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811019
Tao Zhuang 1Haifeng Hu 1,2,3,*Qiwen Zhan 1,2,3,**
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 Zhangjiang Laboratory, Shanghai 201204, China
3 Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
The chiral feature of an optical field can be evaluated by the parameter of g-factor enhancement, which is helpful to enhance chiroptic signals from a chiral dipole. In this work, the superchiral spot has been theoretically proposed in metal-insulator-metal waveguides. The g-factor enhancement of the superchiral spot can be enhanced by 67-fold more than that of circularly polarized light, and the spot is confined in the deep wavelength scale along each spatial dimension. Moreover, the position of the superchiral spot can be tuned by manipulating the incident field. The tunable superchiral spot may find applications in chiral imaging and sensing.
circular dichroism superchiral spot radially polarized beam metal-insulator-metal waveguide 
Chinese Optics Letters
2023, 21(1): 013601
作者单位
摘要
宁波大学信息科学与工程学院,浙江 宁波 315211
本文提出了一种基于相变材料Ge2Sb2Te5 (GST)的圆二色性可调谐外在手征超表面,该超表面由两层对称的银(Ag)方形开口谐振环和GST中间层单元周期排列而成。结合斜入射光线,该超表面能实现与手征结构相同的电磁特性。数值模拟结果表明:该超表面在50 THz~300 THz的频率范围内,GST为非晶态时,圆二色性(CD)值最大为0.85;GST为晶态时,CD值最大为0.52。当GST在两种相态(非晶态-晶态)之间切换时,实现了70 THz左右的频率调谐。通过研究电场分布,解释了圆二色性产生的原因;还研究了入射角和结构参数对该超表面圆二色性的影响。这项研究在光频段高效偏振调制器件、圆偏振器和偏振滤光器等方面有潜在的应用价值。
超表面 外在手征 圆二色性 可调谐 metasurface extrinsic chirality circular dichroism tunable 
光电工程
2022, 49(10): 220092
作者单位
摘要
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
传统光学手性测量是基于物质结构对左旋和右旋圆偏振光响应的差异实现的, 而光的圆偏振状态对应光子自旋角动量 (SAM) 状态。光子轨道角动量 (OAM) 的发现为光子状态扩展了新的自由度, 在手性测量领域引入光子 OAM 态有助于探索新的物质手性测量方法。从光子 SAM、OAM 以及光学手性的基本概念入手, 综述了近年来国内外基于光子 OAM 的手性测量方法。现有的研究结果表明, 通过引入光子 OAM 态可以增强传统圆二色谱的测量。另一方面, 基于光子自旋-轨道耦合效应或光场与分子电四极矩的高阶相互作用, 手性信号可以通过直接改变光子 OAM 量子数的符号进行测量。此外, 高阶光子 OAM 态可用于提高尺寸较大的颗粒的手性响应。最后讨论了光场时空涡旋调控技术的最新进展并展望了其未来在手性测量中的潜在应用。
光谱学 光学测量 手性 轨道角动量 圆二色测量 光场调控 spectroscopy optical measurement chirality orbital angular momentum circular dichroism light field manipulation 
量子电子学报
2022, 39(2): 272
作者单位
摘要
1 上海理工大学 光电信息与工程学院,上海 200093
2 东南大学 电子科学与工程学院 先进光子学中心,南京 210096
作为生物体的本质属性,物质的手性表征在生理学和药理学领域有着重要的意义。当电磁波与手性材料作用时,会出现旋光效应、圆二色性和手性光力等特殊的光学活性现象,并成为材料手性检测的强大工具。由于手性分子的结构远小于激发光的波长,因此分子自身的手性光学效应通常很弱,极大限制了检测技术的精度。近年来,纳米光子技术的进步有望增强纳米尺度下光与物质之间原本很弱的手性光学效应,使得手性的高灵敏度、高分辨率检测成为可能。回顾了手性光学的发展及其在生物分子检测等方面的应用,讨论了基于等离子耦合圆二色性和超手性近场在圆二色性增强方面的策略,介绍了基于横向手性光力的物质构型分选和基于结构光场光力效应的手性结构表征方法,并对该领域未来进一步的发展进行了展望。
应用光学 纳米光子学 手性传感 圆二色性增强 光镊 Applied optics Nanophotonics Chirality sensing Enhanced circular dichroism Optical tweezers 
光子学报
2022, 51(5): 0551301
作者单位
摘要
1 徐州工程学院物理与新能源学院,江苏 徐州 221018
2 江苏师范大学物理与电子工程学院江苏省先进激光材料与器件重点实验室,江苏 徐州 221116
提出了由四个不同旋转方向的氧化铟锡(ITO)螺旋子单元组成的周期性中红外宽带手性结构。模拟结果显示,通过优化子单元螺旋的圈数、螺旋半径、螺距和螺旋线半径,该结构在中红外波段实现了良好的宽带圆二向色性(CD)。与两种非旋转螺旋结构比较发现,ITO旋转螺旋结构的CD带宽更宽。在波长7.95 μm处,ITO旋转螺旋结构获得CD的最大值为0.454,CD的半峰全宽为7.5 μm,波长范围从4.1到11.6 μm。产生宽带CD的原因是四个不同旋转方向的ITO螺旋子单元之间存在较强的耦合。模拟结果还显示,在中红外波段,与金属(金和银)旋转螺旋结构相比,该ITO旋转螺旋结构表现出了良好的宽带CD,这为中红外波段宽带偏振态调控器件的设计提供了新的思路。
光学材料 氧化铟锡 旋转螺旋结构 中红外波段 手性超材料 圆二向色性 optical materials indium tin oxide rotating helical structure mid-infrared waveband chiral metamaterial circular dichroism 
激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0516002
作者单位
摘要
宁波大学信息科学与工程学院,浙江 宁波 315211
手征超表面是由具有特定电磁响应的平面手征单元结构构成的超薄超材料,由于其具有自由控制电磁波的奇异能力而引起了极大的关注。通过在超表面设计中加入可调谐材料,可以实现其功能受外部激发控制的可调谐或可重构的超器件,为动态调谐电磁波开辟了新的道路。本文介绍了可调/可重构手征超表面电磁特性的一些理论基础,当线偏振光进入可调谐手征超表面时,会被分解为左旋圆偏振(LCP)波和右旋圆偏振(RCP)波,通过外部环境改变介质的介电常数和磁导率,超表面光器件可以动态地控制各种偏振光特别是圆偏振光的响应特性如折射率、二色性、旋光性、不对称传输等。按照可调谐手征超表面所控制的负折射率、圆二色性和旋光性、不对称传输性质,对其最新的研究进展进行了综述。最后,对可调谐手征超表面这一快速发展领域未来可能的发展方向和存在的挑战提出了自己的看法。
可调谐手征超表面 负折射 圆二色性和旋光性 不对称传输 tunable chiral metasurface negative refraction circular dichroism and optical rotation asymmetric transmission 
光电工程
2021, 48(2): 200218
作者单位
摘要
1 焦作师范高等专科学校理工学院, 河南 焦作 454000
2 河南师范大学物理学院, 河南 新乡 453007
3 华北水利水电大学电力学院, 河南 郑州 450045
4 西北工业大学电子信息学院, 陕西 西安 710129
理论研究了一种手性双层等离激元超表面的圆二向色性光谱传感效应。 通过分析其电磁场的空间分布发现,这种由人工结构增强的手性响应的产生归因于等离激元超表面狭缝的局域 等离激元与两层超表面之间的耦合作用,且这种结构的圆二向色性透射光谱与圆共偏振透射光谱的变化对生化 层折射率的变化具有不同的响应。在合适的结构参数下,圆共偏振透射光谱以及圆二向色性透射光谱传感灵敏 度最大分别能够达到109 nm/RIU、111 nm/RIU。该人工手性结构具备共偏振光谱和圆二向色性光谱传感功能, 在新型生化传感器件领域具有潜在的应用价值。
光谱学 传感 有限元方法 手性 圆二向色性光谱 太赫兹波 spectroscopy sensing finite element method chirality circular dichroism spectroscopy terahertz wave 
量子电子学报
2020, 37(3): 257
作者单位
摘要
1 江苏师范大学 物理与电子工程学院 江苏省先进激光材料与器件重点实验室,江苏 徐州 221116
2 徐州工程学院 数学与物理科学学院,江苏 徐州 221111
本文设计了一种中红外波段手性超材料以克服传统中红外激光偏振态调控所使用的控制元件体积大、成本高等不足。利用中红外等离激元材料氧化铟锡(ITO)设计风扇型手性结构,并研究了该结构在中红外波段的圆二向色性(CD)。通过改变扇叶层填充材料、扇叶厚度、扇叶大小、扇叶数量以及扇叶的材料,讨论结构的CD变化情况。模拟结果表明:当填充材料为硅、扇叶为6片时,选取合适的扇叶厚度和大小,在5.3 μm附近获得最强的CD信号,为0.052。此外,与贵金属银、金相比,由ITO构成的结构展现出良好的宽带圆二向色性,这为中红外波段宽带偏振态调控器件的设计提供了新的思路。
氧化铟锡 扇型手性超材料 中红外 宽带 圆二向色性 ITO fan-shaped chiral metamaterials mid-infrared broadband circular dichroism 
中国光学
2020, 13(4): 722
作者单位
摘要
1 乳品科学教育部重点实验室(东北农业大学), 黑龙江 哈尔滨 150030
2 东北农业大学医院, 黑龙江 哈尔滨 150030
羊乳β-酪蛋白比牛乳β-酪蛋白更容易被婴幼儿消化吸收, 主要原因是二者结构的不同。 目前对牛乳β-酪蛋白结构的研究较多, 但对羊乳β-酪蛋白的结构以及羊乳和牛乳β-酪蛋白结构差异的研究还鲜有报道。 蛋白质二级结构的信息可由光谱获得, 其中圆二色光谱是利用蛋白质分子中具有光学活性的生色基团对左、 右平面圆偏振光吸收不同, 对蛋白质结构进行表征的方法, 可以测定溶液状态下的蛋白质样品, 使蛋白质构象更接近其生理状态, 而且具有快速简便, 对构象变化灵敏等优点; 红外光谱则是利用蛋白质分子在振动过程中不同化学键或官能团对红外光吸收频率不同, 对蛋白质结构进行表征的方法, 可以测定固体状态下的蛋白质样品, 具有扫描速度快、 分辨率高、 可测波长范围广、 不易受蛋白质样品的分子大小和外界条件影响等优点。 圆二色光谱和红外光谱已被广泛应用于蛋白质构象的研究中, 但是结合使用这两种方法分析β-酪蛋白结构的研究还鲜有报道。 因此, 该研究采用圆二色光谱和红外光谱比较羊乳和牛乳β-酪蛋白的结构特点, 并利用分光光度法对二者的巯基含量及溶解性进行了分析, 从功能性质方面的不同对两种蛋白结构的差异进行更好的说明。 圆二色光谱测得羊乳和牛乳β-酪蛋白二级结构中主要以无规卷曲为主, 但羊乳β-酪蛋白的无规卷曲含量(50.2%±0.16%)显著高于牛乳β-酪蛋白(43.8%±0.14%), 其有序结构中α-螺旋含量(2.7%±0.21%)、 β-折叠含量(15.3%±0.08%)显著低于牛乳β-酪蛋白(4.3%±0.13%, 19.5%±0.12%), β-转角含量分别为31.8%±0.11%和32.4%±0.09%, 差异不显著; 红外光谱测得羊乳β-酪蛋白二级结构中α-螺旋、 β-折叠、 β-转角含量分别比牛乳β-酪蛋白低18%~20%, 9%~10%, 0.6%~1%, 无规卷曲含量比牛乳β-酪蛋白高17%~19%。 对两种蛋白功能性质的研究表明, 羊乳β-酪蛋白与牛乳β-酪蛋白表面巯基含量基本一致19~20 μmol·g-1, 但羊乳β-酪蛋白总巯基含量[(28.35±0.13) μmol·g-1]显著低于牛乳β-酪蛋白[(46.72±0.21) μmol·g-1]; 羊乳β-酪蛋白与牛乳β-酪蛋白的等电点较为接近(pH为4~5), 且在等电点附近前者的溶解性低于后者, 而远离等电点时前者溶解性则高于后者。 研究结果说明与牛乳β-酪蛋白相比, 羊乳β-酪蛋白分子的无序性和柔韧性更高, 胶束内部结构更加的柔软疏松。
羊乳 牛乳 β-酪蛋白 圆二色光谱 红外光谱 二级结构 Goat milk Bovine milk β-casein Circular dichroism Fourier transformation infrared spectroscopy Secondary structure 
光谱学与光谱分析
2020, 40(3): 770

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