Bloch 表面波的可调谐场增强及其在微纳材料分析中的应用研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61575047
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    刘建华
  • 依托单位：
    复旦大学
  • 学科分类：
    F0502.光子与光电子器件
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Due to its capability of revealing some of the fundamental relations of materials at boundaries or boarders, micro and nano material analyses open the new research fronts in basic sciences. Fluorescence and Raman scattering, are the two frequently adopted methods in these researches, where the signals are enhanced by surface optical fields. Currently, the signal enhancement is based on the surface plasmon resonance (SPR) and/or Bloch surface wave (BSW), respectively, which exhibits a common shortcoming, that is, the strength of the enhanced field can not be varied in the experiments. Besides, the field enhancement factor (EF) is subject to the sample preparation conditions and experimental manipulations, so that uncertainty and unpredictability in EF usually exist. Tunable enhancement of optical field is therefore highly desirable with which field intensity dependent studies on signals of the fluorescence or Raman scattering can be implemented. And quantitative comparison among those signals obtained from a series of different enhanced interacting fields become possible. These new phenomena hopefully could reveal more subtle structural information of the materials. So far, theoretically, we have found that the tunability of optical field enhancement in Bloch surface wave, in a relatively large region (8 orders of magnitude) on the EF, could be obtained via a composite optical waveguide structure composed of periodic dielectric films and a layer of liquid crystal material. In this project, we propose to study this kind of composite structure by means of theoretical analysis, and experimental fabricating and testing, so that the tunability could be reliably testified. With this tunable source of optical field enhancement we plan to explore some new regime of excitation field intensity dependent measurements on fluorescence and/or Raman scatterings.
对微纳材料的分析可以在微观层面揭示表/界面的许多基本问题而成为科研的重要前沿. 表面增强的荧光和拉曼散射是两种重要的研究方法, 分别基于表面等离子体增强和Bloch 表面波的场增强机制. 目前这两种增强机制存在的一个共同问题是, 在共振条件下光场的增强量易受制备及应用条件的影响而存在一定的不确定性, 且不可调整. 理论计算表明, 一种叠合周期性多层介质膜和液晶层的复合平面波导能够在较大(8个量级)的范围内调节Bloch表面波光场的强度. 利用由此产生的可调倍率的增强场与微纳材料相互作用, 有望了解相关(荧光或拉曼)信号的场强依赖关系, 结果可作原位量化对比, 从而有望揭示出新的结构信息及其变化规律. 本项目我们拟通过理论设计, 器件制备, 和实验测量的方法, 研究和优化这种可调谐的Bloch表面波场增强平面波导结构, 并用其对微纳材料的荧光和拉曼散射信号进行量化研究.

结项摘要

由于单分子或纳米颗粒的尺度限制, 常规的荧光和拉曼测量信号极其微弱, 从而对具有信号增强作用的方法的研究就成为迫切的需要. 现有的关于信号增强的方法中, 主要有表面(或针尖)增强的拉曼散射以及Bloch表面波BSW的增强方法等. 其所存在的共同的缺点, 是其场增强受制备和使用条件影响, 存在一定的不可预期性. .针对上述问题我们研究了一种基于液晶的复合平面光波导对表面波场的增强作用, 利用液晶的可调谐电光性质调控复合波导层中的导模结构, 实现了表面波场的可调谐场增强. 我们首先在理论上构建了液晶光波导的结构参数, 并用传输矩阵方法对波导结构的光场分布进行了数值模拟, 在波导入射角为51.509度, 液晶层的调节电压在1.52伏时, 得到了最大的光场强度的增强因子, 达到244.1倍. 即超过了两个数量级. 并且, 在电压调节的范围内, 即1.3-1.52伏, 实现了场增强的单调连续调节. 随后, 我们着手进行实验测量研究, 初步建立了表面倏逝波场空间分布测量系统, 这种具有原位可调的场增强机制将有利于量化对比不同的场强激发的荧光或拉曼光谱, 有望提取更多的材料结构信息. 有关场增强的实验测量还在进行中..在进行上述场增强测量的研究过程中, 我们还发现了一些非常奇特的导模共振的光学滤波效应, 即所谓的双棱镜耦合的光学带通滤波, 可只需要很少数量的膜层就可实现具有纳米至皮米级带宽的光学带通滤波作用. 在这些滤波结构中, 我们分别实现了在可见光波段的单通带, 多通带, 平顶型带通滤波器及其可调谐性及可重整性, 非偏振型的窄带宽带通滤波, 以及可调式非偏振带通滤波作用. 并且, 上述这种双棱镜耦合的带能结构还可以实现光学传感作用, 其光学透过率, 通带的带宽, 及峰值波长等参数均可作为传感的监控参量.

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（4）
Nano/Sub-Nanometer Bandpass Optical Filtering in Prism Pair Loaded Planar Optical Waveguide
棱镜对加载平面光波导中的纳米/亚纳米带通光学滤波
  • DOI：
    10.1109/lpt.2016.2615301
  • 发表时间：
    2016-10
  • 期刊：
    IEEE Photonics Technology Letters
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    Liu Jianhua;Tao Li
  • 通讯作者：
    Tao Li
Linearly decayed evanescent optical field in planar refractive index well
平面折射率阱中线性衰减的倏逝光场
  • DOI：
    10.1016/j.optcom.2016.09.054
  • 发表时间：
    2017-04
  • 期刊：
    Optics Communications
  • 影响因子：
    2.4
  • 作者：
    Jianhua Liua;Li Tao
  • 通讯作者：
    Li Tao
Influence of Parametric Uncertainties on Narrow Width Bandpass Optical Filter of Prism Pair Coupled Planar Optical Waveguide
参数不确定性对棱镜对耦合平面光波导窄带通滤光片的影响
  • DOI：
    10.1109/jqe.2017.2696506
  • 发表时间：
    2017-06
  • 期刊：
    IEEE Journal of Quantum Electronics
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    Jianhua Liua;Li Tao
  • 通讯作者：
    Li Tao

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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

        graph TD
          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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