基于柱矢量光场的单发五维分辨光谱系统构建及分子取向驰豫超快过程研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11874299
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2207.光谱学与固体发光
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Laser therapy has been considered to be a promising medical technology owning to its advantages of noninvasive,analgesia, safe, convenient and wide indication. Nevertheless, the ambiguity to the mechanism of interaction between laser and biological tissue and the dose-effect relationship determine the contigency and blindness of current laser therapy. Previous investigations have shown that the key to understanding of the interaction mechanism between laser and tissue is to identify the alignment and ultrafast relaxation of the biological molecules under polarized laser radiation. Considering the fact that the biological molecules are fragile to light, we propose to establish single-shot five-dimonsionally resolved spectroscopy system based on four-wave mixing using ultrafast cylindrical vector beam. This new conceptual spectroscopy approach will then be used to study the polarization alignment and transient structure evolution of biological molecules under polarized laser radiation, which would help to uncover the interaction principle between laser and biological tissues. The polarization nonuniformity of cylindrical vector beam and space dependent time delay in the four-wave mixing of BOXCAR configuration enables to obtain polarization- and time-resolved spectra simultaneously from a single shot. Our proposal will not only overcome the drawback that traditional nonlinear spectroscopy can not acquire polarization- and time-resolved measurements simultaneously, but also enables investigation on the irreversible processes which were impossible to be measured by multi-shot five-dimensionally resolved nonlinear spectroscopy. The implementation of this project is potentially to provide a crucial approach for capturing full information of polar molecules in freedoms of polarization, time and space.
激光治疗因无创、无痛、安全、简便、适应性广的优势具有广阔的应用前景。然而,由于激光与生物组织作用的机理和量效关系尚不明确,激光医疗目前还具有一定的偶然性和盲目性。前期研究表明,揭示激光与生物组织作用机理的关键在于明确组织分子在偏振激光作用下的取向和驰豫超快过程。鉴于生物分子光稳定性较差的特点,本项目提出利用超短脉冲柱矢量光构建单发五维分辨四波混频光谱系统,研究生物分子在偏振激光照射下分子极化方向,结构瞬态变化的过程,阐明激光与生物组织作用的机制。利用柱矢量光偏振方向不均匀,以及BOXCAR配置的四波混频过程中时间延迟与空间位置有关的特点,从单帧信号图像即可同时获得偏振分辨和时间分辨光谱。本项目的实施不仅克服了传统时间分辨和偏振光谱无法相互兼顾的缺点,也有效弥补了多发五维分辨非线性光谱技术对不可逆过程无法有效研究的缺陷,有望成为获取极性分子在偏振、时间和空间等各个自由度全部信息的重要手段。

结项摘要

在偏振激光作用下的分子/颗粒物的取向过程是激光与物质相互作用研究中的一个热点领域。实验上,为了获得偏振分辨光谱,通常需要依次测量同一物质在不同偏振激光作用下响应,激光的多次作用会导致物质(尤其是光稳定性较差的物质)的光损伤或降解,导致实验结果的可重复性下降。鉴于此,本项目提出利用柱矢量光偏振方向不均匀,从单帧信号图像同时获得偏振分辨光谱的方法,具体包括以下内容:① 提出了一种基于单束矢量光场的简并多波混频方案。利用柱矢量光场的偏振非均匀但具有轴对称分布的特点,使单束矢量光场通过偏振片之后,获得空间分离的多束相位匹配光束。改变螺旋相位板的拓扑荷数,选择适当的空间滤光片,将空间配置满足相位匹配条件的光束聚焦于Rb原子蒸气池中,得到了简并四波混频、简并六波混频、以及共存的多个简并四波混频信号。由于参与多波混频过程的光束源自同一束矢量光,极大地简化了光学系统,降低了光路调整的复杂程度,提高了抗外界干扰能力,对提高多波混频光谱技术的实用性,以及测量结果的准确性具有重要意义。② 实现了单帧扫描偏振分辨简并四波混频光谱测量,两束泵浦光保持线偏振态,探测光为矢量光场。由于四波混频信号的偏振和强度与探测光的偏振态密切相关,使用偏振态随空间变化的矢量探测光能够产生偏振态和强度随空间变化的简并四波混频信号,因此,从单帧信号图像中即可检索到偏振分辨光谱。③ 使用混合偏振光作为探测光,在 85Rb 原子蒸汽中实现了一种单帧扫描偏振分辨饱和吸收光谱。利用混合偏振探测光的偏振态随空间变化的特性,能够从单帧信号中检索到偏振分辨饱和吸收光谱信息。然后,在实验上对两个共振跃迁处(|5S1/2, F=3> → |5P3/2, F′=4> 和 |5S1/2, F=3> → |5P3/2, F′=3>)的饱和吸收信号的偏振依赖特性进行了探测和比较,发现在“闭合的二能级系统” |5S1/2, F=3> → |5P3/2, F′=4> 处,可以观察到饱和信号具有强烈的偏振依赖特性。然而在|5S1/2, F=3> → |5P3/2, F′=3> 这个“开放的二能级系统”处没有观察到饱和吸收信号的偏振依赖特性。本项目提出并实现了单发偏振分辨光谱,将为研究光稳定性较差的物质提供新思路和新方法。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(16)
Carboxyl graphene oxide mode-locked femtosecond fiber laser
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  • DOI:
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  • 期刊:
    Applied Physics Express
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Hao Wu;Jiwen Zhu;Lei Hou;Duidui Li;Jing Han;Zhipei Sun;Diao Li;Zhaoyu Ren
  • 通讯作者:
    Zhaoyu Ren
Multi-wave mixing using a single vector optical field
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Jiao Tengfei;Cheng Xuemei;Zhang Qian;Li Weilong;Ren Zhaoyu
  • 通讯作者:
    Ren Zhaoyu
Investigation on the laser trapping mechanism of light-absorbing particles in air
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    EPL (Europhysics Letters)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Bo He;Xuemei Cheng;Yongjie Zhan;Qian Zhang;Haowei Chen;Zhaoyu Ren;Chen Niu;Jingjing Yao;Tengfei Jiao;Jintao Bai
  • 通讯作者:
    Jintao Bai
Ultra-high harmonic mode-locking with a micro-fiber knot resonator and Lyot filter
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Tianqi Wang;Duidui Li;Zhaoyu Ren;Xuemei Cheng;Zhipei Sun;Jintao Bai
  • 通讯作者:
    Jintao Bai
Raman fingerprints and exciton-phonon coupling in 2D ternary layered semiconductor InSeBr
二维三元层状半导体 InSeBr 中的拉曼指纹和激子-声子耦合
  • DOI:
    10.1063/1.5143119
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Xuerong Hu;Luojun Du;Yadong Wang;Jouko Lahtinen;Lide Yao;Zhaoyu Ren;Zhipei Sun
  • 通讯作者:
    Zhipei Sun

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其他文献

角锥棱镜谐振腔抗失谐特性及本征模式的研究
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    赵佩;郑继明;陈有为;郭平;任兆玉
  • 通讯作者:
    任兆玉

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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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