基于高压等离子体的双色相干太赫兹产生过程研究

Because of the special region in electromagnetic spectrum, Terahertz (THz) has many advantages over other band, showing great promising in a variety areas such as spectrum, material, communication, industry and so on. However, several issues, for example, the lack of intense THz sources and sensitive THz detectors are holding back the future development of THz science and technology. Nowadays, there are many ways for THz generation, while each has its own problem, and more further research needed. This project is aimed to find a way to obtain both high repetition rate (>100 KHz), high intensity, and wide frequency domain using computer simulation method. Based on two-color coherent control method, the plasma generation process induced by high voltage, and THz generation process induced by plasma-laser interaction are simulated separately. Then these two processed will be integrated to investigate the influences of plasma and laser parameters (such as temperature, density, physical size, debye length, oscillation frequency, laser energy, polarization direction, phase difference) on terahertz emission efficiency.

由于其在电磁波段中所处的位置特殊，太赫兹具有很多其它波段所不具备的优点，使得它在诸如光谱，材料，通讯以及工业等多个领域等有着巨大的应用前景。但由于缺乏相应的强太赫兹源和灵敏探测器等因素，太赫兹发展受到了很大的阻碍。目前的太赫兹产生技术多种多样，但都存在一些问题，仍需进一步的研究。本项目拟在双色相干调控产生太赫兹的基础上，通过计算机模拟的手段，将等离子体的产生过程和激光驱动等离子体产生太赫兹发射这两个过程分开，从而避免双色相干方法需要较高激光脉冲能量，重复频率不高的限制，获得兼具高重复频率（＞100KHz），高强度，宽频域的太赫兹辐射。先通过分别模拟高压电电离空气的等离子体的非线性产生过程和双色激光调控等离子产生太赫兹的过程，然后结合两个过程，研究等离子体和激光的各种参数（如温度，密度，物理尺寸，德拜长度，振荡频率，激光能量，偏振方向，相位差）对太赫兹发射效率的影响。

太赫兹波（THz）在许多领域都有着巨大的应用前景，本项目讨论了双色激光相干调控等离子体产生THz波的相关机制。利用等离子体电流模型模拟了THz辐射的过程，并从理论和模拟角度讨论了不同实验条件对THz辐射强度的影响。对比分析了在已有等离子存在情况下的激光驱动电子的电磁波发射结果，我们发现非线性过程在太赫兹的发射过程中起到了非常关键的作用。模拟中的数据能够为进一步的实验起到参考作用。.人血清素转运蛋白 (SERT) 通过从突触间隙去除血清素来终止神经传递，这是在抑郁症中发挥重要作用的重要过程。除了底物5-羟色胺外，SERT也是可卡因等滥用药物以及临床使用的抗抑郁药艾司西酞普兰和帕罗西汀的目标蛋白。我们通过分子动力学模拟，证明了SERT的正构和变构位点的保守性。选择性5-羟色胺再摄取抑制剂中的 Tyr（95 和 175）和 Ser438 以及 Arg104 在分别结合 SERT 的正构和变构位点时高度保守。范德瓦尔斯相互作用是设计有效抑制 SERT 药物的关键，此外，静电相互作用突出了艾司西酞普兰作为有效抗抑郁药的作用。我们发现可卡因、艾司西酞普兰和帕罗西汀，无论是正构位点还是变构位点，都更具竞争力。模拟显示从中央 SERT 到开口的轨迹长度对于血清素为~ 18埃，对于上述三种药物为 ~ 22埃。 此外，变构位点的血清素和可卡因之间的距离约为3埃，因此深度结合药物可能是治疗抑郁症的新方法。.阿尔茨海默病是导致痴呆症的主要原因之一，是一种进行性神经退行性疾病，已经迅速成为本世纪最昂贵和致命的疾病之一。随着阿尔茨海默症患者脑中的tau蛋白不断的从微观上脱落，微管就会发生解体，脱落的tau蛋白在人体内先是形成了成对螺旋丝phf最后形成神经元纤维缠结，通过数值检验分析发现其中一个差异表达基因Bag2直接参与Tau蛋白的磷酸化。通过分子动力学模拟，计算了蛋白质复合体的均方根偏差，回旋半径，残基距离等参数，发现有bag2的蛋白质复合物致密性要好于无bag2的蛋白质复合物体系致密性。这对于阿尔兹海默症的发病机理有一定的价值。