菌紫质光诱导折射率变化及在全息存储中的应用研究

摘要

细菌视紫红质(菌紫质,BR)是一种对光具有奇异光敏特性的生物分子材料,随着对其结构和特性的深入研究,人们已经能够利用现代基因工程和生化手段来优化菌紫质的物理和化学性质,使其展现出良好的应用前景.其中光信息存储是菌紫质的一个重要应用领域.基于其光致变色效应,我们可以将它作为一种可擦写的光学记录材料来研究.我们利用基因改性菌紫质BR-D96N样品的B态和M态之间光致变色反应,进行了全息记录方面的应用研究.细菌视紫红质的光致变色反应导致光致折射率的变化,对其在不同波长下光致吸收变化与光致折射率变化量的研究对于全息记录应用是非常必要的.本论文对BR-D96N样品在不同波长下光致吸收变化与光致折射率变化特性进行了研究,并在此基础上进行了角度复用全息记录的初步实验.此外,还测量了野生菌紫质样品的非线性折射率.主要工作如下:(1)光致折射率变化的理论研究.从介质电极化率实部和虚部之间的Kramers-Kronig关系出发,推导了介质折射率变化与吸收变化之间的理论关系.通过实验测量菌紫质薄膜样品吸收变化光谱,理论计算得到了菌紫质薄膜样品的光致折射率变化光谱曲线.(2)光致折射率变化的实验测量.采用迈克尔逊干涉方法,测量了BR-D96N菌紫质薄膜样品在几种激光波长(405nm,488nm,514nm,633nm,650nm)下的光致折射率变化量,并与理论计算曲线进行了比较,二者基本符合.(3)非线性折射率测量.采用z扫描实验方法,对野生型菌紫质薄膜样品在650nm处的非线性折射率进行了测量,发现菌紫质在红光区呈现自散焦效应.(4)角度复用全息存储研究.由光致折射率变化曲线理论计算出了衍射效率随波长变化曲线.选择衍射效率较高且擦除效应较弱的He-Ne633nm激光作为记录和读出光源,在BR-D96N菌紫质薄膜样品上进行了角度复用全息存储实验,得到了6幅图像复用结果.

目录

文摘

英文文摘

科研道德声明及知识产权声明

第一章引言

1.1菌紫质的基本性质

1.2菌紫质的研究动态

1.3本论文的研究内容

参考文献

第二章光致折射率变化理论计算

2.1光致折射率变化理论

2.2光致折射率变化计算

参考文献

第三章光致折射率变化实验测量

3.1光致折射率变化实验测量

3.2测量数据及处理

3.3结果与讨论

参考文献

第四章非线性折射率实验测量

4.1菌紫质的非线性特性

4.2 z扫描原理

4.3非线性折射率测量与讨论

参考文献

第五章菌紫质角度复用全息存储

5.1全息存储概述

5.2全息记录与再现波长的选择

5.3角度复用全息存储实验及其理论分析

5.4菌紫质角度复用全息存储实验结果与分析

参考文献

总结和建议

致谢

攻读硕士期间发表的论文