菌紫质分子二向色性的测量与菌紫质薄膜光致各向异性特性的提高

Because of the Bacteriorhodopsin (BR) molecular strong dichroism (Γ), the BR films show photoinduced optical anisotropy (POA) properties, including single-photon absorption photoinduced optical anisotropy(SPA-POA) and two-photon absorption photoinduced optical anisotropy (TPA-POA). The researches on them have focused on their applications, the basic researches on them are yet to be strengthened. For example, up to now no reports were found on the measurement of BR molecular Γ-SPA and Γ-TPA and on any method to improve TPA-POA property of BR films. But these are very important..In this project, the SPA-POA and TPA-POA of BR films under different excitation conditions will be measured in detail, from which the optimum excitation condition can be obtained. And from the theoretical fitting on the experimental curves, the BR molecular Γ-SPA and Γ-TPA will be obtained(In the fitting, the various factors such as the molecular dichroism, molecular arrangement, reaction constant, M-state life time, polarization states of the excitation lights and probe light, spatial distribution of the light intensities and the Lambert-Beer law et al. will all be considered). .We also speculated that when the BR films with SPA-POA are excited by pulse laser, their TPA-POA will be improved. In this project, the feasibility of this method will be verified theoretically and experimentally.

由于细菌视紫红质（BR）分子的较强二向色性（Γ），使得BR薄膜具有光致各向异性（POA），包括单光子吸收（SPA）型和双光子吸收（TPA）型两种。有关它们国内外都侧重于其应用研究，基础研究部分还有待于加强。比如，对单个BR分子的Γ-SPA与Γ-TPA大小测量，及BR薄膜TPA-POA特性的提高方法等方面，国际上都还未见相关报道，但其意义重大。.本项目中，通过对不同激发条件下，BR薄膜中产生的SPA-POA和TPA-POA进行详细测量，获得最佳激发条件，并拟合出BR分子的Γ-SPA与Γ-TPA大小（其中对分子的二向色性、排列方向、光反应常数、M态寿命、激发光和探测光的偏振态、光强度空间分布以及Lambert-Beer定律等各种因素都将考虑到）。同时我们还推测在产生SPA-POA的条件下，再用脉冲激光激发BR薄膜，则可提高其TPA-POA特性，本项目中将从理论和实验上验证这一方法的可行性。

由于细菌视紫红质（BR）分子的较强二向色性（Γ），使得BR薄膜具有光致各向异性（POA），包括单光子吸收（SPA）型和双光子吸收（TPA）型两种。有关它们国内外都侧重于其应用研究，基础研究部分还有待于加强。比如，对单个BR分子的Γ-SPA与Γ-TPA大小测量，及BR薄膜TPA-POA特性的提高方法等方面，国际上都还未见相关报道，但其意义重大。在本项目中：.（1）、对不同激发条件下，BR薄膜中产生的SPA-POA和TPA-POA进行了详细测量，获得最佳激发条件及其最大值。.① 实验材料为A0-max=0.98的BR-D96N薄膜。.② 在光强为I532,opt = 0.09mW/cm2时，可以获得最大B-型SPA-POA稳态值：DCF∞,max ≈ 0.184，BRF∞,max≈0.084。.③ BR薄膜X-型 SPA-POA大小主要由激发光紫光和绿光光强比R=I413/I532决定。对于本实验材料，最佳激发光光强比为Ropt=0.7，相同R值下，I532越大POA越大。当I532 = 10mW/cm2，I413 = 7mW/cm2时，获得最大稳态值：DCF∞,max≈0.433，BRF∞,max≈0.222，与B-型SPA-POA相比较提高到了约2.5倍。.④ 获得最大F态TPA-POA的最佳曝光量为I2topt≈8´1024 W2×s/m2，此时DCF′max=∆A′max/A0-max≈1。.⑤ 首次发现F→P过程与B→F过程一样，属于双光子吸收过程。.（2）、对实验数据进行理论拟合。.① 得出B、M态BR分子的SPA二向色性率及B、M两态双折射率差值Λ大小的最佳拟合值ΓB=ΓM=0.04，ΛSPA=0.0032。.② 得出B、F、P态BR分子的TPA二向色性率Γ′B=Γ′F= Γ′P=0.04。.（3）、进行了TPA-POA特性提高实验，但未能成功。.（4）、利用BR薄膜TPA-POA特性，进行了偏振复用数据存储和光学衍射元件制备等应用研究。