无序介质中实现光放大的物理机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11104016
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    30.0万
  • 负责人：
    王兆娜
  • 依托单位：
    北京师范大学
  • 学科分类：
    A2208.光学材料与器件物理
  • 结题年份：
    2014
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2014-12-31

项目摘要

随机激光的理论和实验研究具有重要的科学意义和应用价值，是近来国际上的研究热点。其中，无序介质中产生受激辐射的机理还没有很好的理论解释，是随机激光领域的难点问题。本项目将针对该问题，利用实验和理论相结合的方法分析各种无序结构对不同泵浦源的响应特性，研究无序介质中实现光放大的物理机制。主要研究内容包括：①研究增益介质的能级寿命、泵浦源的脉冲宽度、频率、强度、泵浦面积、平均自由程和散射体的分布因子等因素对反馈机制的影响，找出关键影响因素；②制作由光子晶体微结构构成的随机结构，研究其输出特性，找出随机激光器和腔式激光器之间的关系，力争对两种激光器给出统一的解释；③利用统计理论，分析无序系统中可能存在的实现光放大的物理机制，给出相应的物理条件，揭示不同放大机制间的区别与联系。本项目的研究对阐明光与随机介质的相互作用机理，明确随机激光的产生机理具有重要意义，将对随机激光的应用起到积极的促进作用。

结项摘要

随机激光的理论和实验研究具有极其重要的科学意义和应用价值，是近年来国际上的研究热点。其中，无序介质中产生受激辐射的机理还没有很好的理论解释，是随机激光领域的难点问题。本项目围绕该难点问题，实验设计各种不同类型的随机激光器，通过探究其输出特性，研究无序介质中实现光放大的物理机制。圆满完成了计划书中的各项研究内容，取得的主要研究成果如下：①研究了散射颗粒对随机激光器反馈机制的影响，利用富含纳米缝隙的金银纳米线实现了纳秒脉冲激光泵浦的超低阈值的相干反馈的随机激光器，该随机激光器可以在极低的增益材料浓度下实现受激辐射，并首次实现随机激光器的级联泵浦；②研究了多种染料混合对随机激光器反馈机制的影响，利用染料间高效的级联能级转移过程，实现了单一激发下可见光波段内高品质因数的相干随机激光输出；通过调控染料间的能级转换效率，创新性地实现单一激发下黄绿和红色相干激光的同时输出；还实现了红-绿-蓝三基色构成的白色非相干反馈的随机激光。③研究了工作波段远离表面等离子体共振峰的随机激光器的辐射特性，实现了纳秒泵浦的相干随机激光输出,通过分析不同辐射方向各随机激光模式间的相互作用，揭示了各模式之间强烈相互作用的内在规律性；④研究了染料浓度对随机激光反馈机制的影响，通过改变染料浓度，实现了纳秒激光泵浦下非相干反馈向相干反馈的转换，得到了双阈值的随机激光器；⑤针对弱散射随机激光器的辐射特点，提出了弱散射随机激光器中各随机腔之间相互耦合的物理模型，解释弱散射随机激光器在较低的能量泵浦下实现相干反馈的物理现象；⑥利用全息方法开创性地实现了面心立方晶体基的带边随机激光器，研究了泵浦脉冲激光器的脉宽对反馈机制的影响，该带边随机激光器在ps激光泵浦下展示出相干反馈的辐射光谱，而在ns脉冲激光泵浦下展示出非相干反馈的光谱特点。本项目的研究对阐明光与随机介质的相互作用机理，明确随机激光的产生机理具有重要意义，为随机激光的应用起到积极的促进作用。到目前为止，本项目已发表高质量学术论文13篇，其中影响因子3以上的7篇（Adv. Mater.， ACS Nano各1篇，Appl. Phys. Lett., Laser Phys. Lett.各2篇， Opt. Lett.1篇），Adv. Opt. Mater.1篇，另有2篇文章正在投稿中。本课题培养2名博士生毕业,培养硕士生6名。

项目成果

期刊论文数量（17）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Defect modes in silver-doped photonic crystals made by holography using dichromated gelatin
使用重铬酸盐明胶通过全息术制造的银掺杂光子晶体的缺陷模式
  • DOI：
    10.1007/s00340-012-5148-9
  • 发表时间：
    2012-09
  • 期刊：
    Applied Physics B: Lasers and Optics
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘大禾
  • 通讯作者：
    刘大禾
Cascade-pumped random lasers with coherent emission formed by Ag-Au porous nanowires
由Ag-Au多孔纳米线形成的具有相干发射的级联泵浦随机激光器
  • DOI：
    10.1364/ol.39.000005
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Optics Letters
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Wang Yanrong;Shi Xiaoyu;Sun Yanyan;Zheng Ruqiang;Wei Sujun;Shi Jinwei;Wang Zhaona;Liu Dahe
  • 通讯作者：
    Liu Dahe
White light emission with red-green-blue lasing action in a disordered system of nanoparticles
无序纳米粒子系统中具有红绿蓝激光作用的白光发射
  • DOI：
    10.1063/1.4754286
  • 发表时间：
    2012-09-17
  • 期刊：
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Chen, Shujing;Zhao, Xiaoye;Liu, Dahe
  • 通讯作者：
    Liu, Dahe
Different emission properties of a band edge laser pumped by picosecond and nanosecond pulses
皮秒和纳秒脉冲泵浦的带边激光器的不同发射特性
  • DOI：
    10.7452/lapl.201210030
  • 发表时间：
    2012-08
  • 期刊：
    Laser Physics Letters
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Shujing Chen;Ying Zhou;Tianrui Zhai;Zhaona Wang;Dahe Liu
  • 通讯作者：
    Dahe Liu
Random Lasing with a High Quality Factor over the Whole Visible Range Based on Cascade Energy Transfer
基于级联能量转移的在整个可见光范围内具有高品质因数的随机激光
  • DOI：
    10.1002/adom.201300299
  • 发表时间：
    2014-01-01
  • 期刊：
    ADVANCED OPTICAL MATERIALS
  • 影响因子：
    9
  • 作者：
    Shi, Xiaoyu;Wang, Yanrong;Shi, Jinwei
  • 通讯作者：
    Shi, Jinwei

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  • 通讯作者：
    王兆娜

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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