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美国开发出新型纳米级光源 透析纳米激光器技术简介及发展应用

2013-06-03 09:36
苏子言岁月
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  近日,美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的研究小组开发出一种能够在可见光谱范围内发出相干光的生物友好型纳米级光源。一旦该技术得到加强和改进,这种纳米级光源的应用前景将十分广阔,这些应用包括单细胞内窥镜检查、其它形式的“亚波长”生物成像技术、基于纳米光子技术的集成电路和先进的新型计算机加密法。

  该项目的主要研究员之一,化学家杨培东说:“我们利用个体纳米线开发出了第一种无电极的,持续可调式相干光源,这种光源可以与生理环境相互兼容。”杨培东是纳米科学界的权威人士,他在伯克利国家实验室分子铸造分部、材料科学分部和加州大学伯克利分校化学系身兼数职。“我们的试验还表明,这种光源可以利用光学镊子诱捕并操纵单一纳米线,这种能力十分重要,它不仅可以应用于生物成像技术,还可以应用于纳米光子集成电路。”

  生物物理学家简·里法茨是另一名主要的研究人员,他身兼伯克利国家实验室物理生物科学分部和加州大学伯克利分校物理系的两项任职。里法茨说:“有了这种纳米线光源好比有了一个微型手电筒,我们可以利用它来扫描整个活细胞,从而在与细胞进行机械式接合的同时用肉眼观察细胞。”

  杨培东和里法茨等人发表的文章出现在2007年6月28日版《自然》杂志的封面上,文章的标题是:“可调式纳米非线性光学探测器。这篇文章的其它合著者分别为:尤里.纳卡亚玛、彼得.鲍左斯基、亚历山德拉.拉德诺维克、罗伯特.奥诺拉托和理查德.塞卡里。

  这些研究员在文章中阐述了一种技术,在这项技术中,铌酸钾纳米线被合成为特殊的热水溶液并利用超声波使其分离。这些纳米线的大小高度统一,它们的长度均为数微米,而直径仅为50纳米左右。红外线激光器发出的一道光束被用于创造允许捕获和操纵个体纳米线的光学“陷阱”。由于铌酸钾具有独特的光学属性,这种红外线激光光束还可以充当促使纳米线发出可见光的光泵,而这种可见光的色彩是可以选择的。为了展示该技术的潜力,这些纳米线光源被用于从经过特殊处理的光束中产生荧光。

  “我们的铌酸钾纳米线的直径远远小于可见光的波长,”杨培东说:“它们还具有优秀的光电属性和低毒性,此外,它们在常温条件下的化学属性是稳定的。因此,它们可以为“亚波长”激光和成像技术提供理想的光源。”里法茨说:“对于显微镜观察法而言,通常的规则是,你要么可以观察物体,要么可以触摸物体,利用我们的纳米线光源技术,我们把这些能力结合在一个单一的设备中。这将使得我们在肉眼观察样本的同时能够操纵样本。”

  纳米线光源取得成功的关键之处在于铌酸钾的非线性光学属性。这种光学属性使得正在进入的红外线光束在被作为可见光发射出去之前,通过相关技术,即二次谐波产生技术(SHG)或和频产生技术(SFG),其频率可以被合成或加倍。其结果是光即是可调的,又是相干的,从而实现了相关的技术需求,而这种技术需求曾经一度成为“亚波长”光学中的光电成像和光电控测的主要难题。

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