Исследование двухфотонных процессов в сложных органических молекулах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат физико-математических наук Грошев, Дмитрий Евгеньевич

• Грошев, Дмитрий Евгеньевич
• кандидат физико-математических наук
• 1999

Заключение диссертации по теме «Оптика», Грошев, Дмитрий Евгеньевич

6. Заключение.

1. Модернизирована методика расчета параметров резонаторов твердотельных лазеров с непрерывной накачкой, для получения максимальной выходной мощности при минимальной чувствительности к внешним возмущениям с учетом особенностей промышленных квантронов. На основании расчетов и с учетом результатов измерения параметров серийно выпускаемых промышленных кристаллов АИГ была экспериментально продемонстрирована возможность создания на отечественных промышленных элементах лазера с синхронизацией мод с выходной мощностью в одномодовом режиме более 10 Вт, при длительности импульса менее 100 пс. При этом по сравнению со стандартной конфигурацией значительно возрастает срок службы лазера, уменьшается энергопотребление и снижаются требования к системе охлаждения, и уменьшается чувствительность к расстройкам резонатора.

2. Разработан автоматизированный нелинейный спектрометр для исследования спектров двухфотонного возбуждения молекул в растворах.

3. Разработан автоматизированный нелинейный спектрометр для исследования спектров двухфотонновозбуждаемой люминесценции веществ в конденсированной фазе при комнатной температуре.

4. Впервые зарегистрировано ДФП, получены и исследованы спектры ДФВЛ ряда органических молекул, ароматических

127 аминокислот (триптофан, тирозин, фенилаланин), ряда белков и нуклеотидов (аденин, гуанин, тимин и цитозин).

5. Предложен метод измерения сечения ДФП молекул в растворах при комнатной температуре, позволяющий значительно уменьшить влияние пространственных и временных флуктуаций лазерного излучения на результаты измерения, и изготовлен двухканальный спектрометр, позволяющий измерять сечение ДФП до 10"55 см4с фот/моль.

6. Методом ДКЭ нами впервые измерены сечения двухфотонного поглощения ряда органических молекул, ароматических аминокислот и белков на длине волны 532 нм.

128

7. Список опубликованных работ по тематике диссертации

1. Мешалкин Ю.П., Грошев Д.Е, Гуськов JI.H., Лисицын В.Н., Макуха В.К. Двухфотонное возбуждение альбумина // Биофизика, 1990, т.35, N5. С 739-741.

2. Грошев Д.Е., Лисицын В.Н., Макуха В.К., Мешалкин Ю.П. Руденко П.А. Двухфотонное возбуждение люминесценции ароматических аминокислот.// Журнал прикладной спектроскопии, 1990, т.53, N1 С149-151.

3. Грошев Д.Е., Лисицын В.Н., Мешалкин Ю.П. Коротковолновая люминесценция сафранина.//Журнал прикладной спектроскопии., 1992г. т. 57, N1-2., стр. 112-115.

4. Алфимов Е.А., Грошев Д.Е., Макуха В.К., Мешалкин Ю.П. Метод двухквантового эталона для измерения сечения двухфотонного поглощения сложных органических молекул. Оптика и спектроскопия, 1995, т.78 N3 С400-402

5. Мешалкин Ю.П., Алфимов Е.А., Грошев Д.Е., Макуха В.К., Двухфотонное поглощение видимого света белками //Доклады Академии наук,1995 т.340, N6 С825-826.

6. Мешалкин Ю.П., Алфимов Е.Е., Грошев Д.Е. Макуха В.К. Измерение сечений двухфотонного поглощения ароматических аминокислот.// Журнал прикладной спектроскопии, 1996, т.63, N3 С432-435.

7. Meshalkin Yr.P., Alfimov Е.Е., Groshev D.E., Makukha V.K. The two-photon fluorescence exitation spectroscopy of biologikal molecules// Pros.SPIE.-1996.-V2802.-pl91-199.

8. Алфимов E.A., Грошев Д.Е., Макуха В.К., Мешалкин Ю.П. Плата расширения для автоматизированного двухфотонного

129 лазерного спектрометра на базе компьютера IBM PC// Приборы и техника эксперимента- 1998, №2. С.164-165.

9. Грошев Д.Е., Гуськов Л.Н., Лисицын В.Н., Макуха В.К. Двухфотонная лазерная спектроскопия органических и биомолекул.// Тез. докл. Международной конференции по нелинейной и когергентной оптике ИФ АН БССР, Минск, 1988.

10. Грошев Д.Е., Макуха В.К., Мешалкин Ю.П.Двухфотонная лазерная спектроскопия белков// Тез. докл. XLIY Всесоюзной научной сессии,посвященной Дню Радио, ВНТОРЭС им.А.С. Попова, Москва, 1989.

11. Грошев Д.Е., Лисицын В.Н., Макуха В.К., Мешалкин Ю.П. Автоматизированный лазерный двухфотонный спектрометр для исследования биологических молекул.// Мат Всес.научно-техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Новосибирск, 1990.

12. Groshev D.E., Lisitsin V.N., Makukha V.K ., Meshalkin Yr.P., Two-photon fluorescence of biological molecules.// Proc. Int. Conf. "Laser's - 91", San-Diego, California, USA.

13. . Грошев Д.E., Лисицын В.Н., Мешалкин Ю.П. Нелинейная каскадная люминесценция сафранина при лазерном возбуждении// Тез.докл. Межд. научно-техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Новосибирск,1992. ТЗ- С17-20.

14. Грошев Д.Е., Мешалкин Ю.П., Макуха В.К. Относительный метод измерения сечения двухфотонного поглощения органических и биологических молекул.// Тезисы докладов Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций", РНТОРЭС им. А.С.Попова, Новосибирск, 1994.

130

15. Мешалкин Ю.П., Алфимов Е.Е., Грошев Д.Е., Макуха

В.К., Сечение двухфотонного поглощения белков с различным количеством ароматических аминокислот в первичной структуре//Мат Межд. научно-техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения",

Новосибирск,1994 Т.6. С.3-7.

16. Балакирев М.К., Грошев Д.Е., Макуха В.К. Оптимизация параметров резонатора лазера на АИГ:Ыс1 //Мат Межд. научно-техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Новосибирск, 1994 Т.6. С.67-73.

17. Meshalkin Yr.P., Alfimov Е.Е., Groshev D.E., Makukha V.K. The two-photon fluorescence excitation spectroscopy of biological molecules. International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO-95). 1995.

18. Алфимов E.E., Грошев Д.Е., Мешалкин Ю.П., Макуха В.К., Измерение сечения двухфотонного поглощения в растворах биомолекул с учетом ширины линии люминесценции //Мат Межд. научно-техн. конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Новосибирск, 1996 Т.З. С.51-53.

19. Alfimov Е.Е., Groshev D.E., Makukha V.K., Meshalkin Yr.P. Two photon absorption of laser radiation in visible range in blood's serum. Proc. First Korea - Russia International Symposium on Science and Technology - KORUS'97, Ulsan, Republic of Korea, 1997, p. 318 - 321.

8. Список используемых сокращений

NLL-HI nonlinear luminescence high-intensity

NLL-LI nonlinear luminescence low-intensity

АОЗ акустооптический затвор

ВВСС высоко возбужденные синглетные состояния дкэ метод двухквантового эталона

Дф двухфотонные

ДФВ двухфотонное возбуждение

ДФВЛ двухфотонновозбуждаемая люминесценция

ДФП двухфотонное поглощение ив к измерительно-вычислительный комплекс кл коротковолновая люминесценция кп коэффициент пропускания лнк лазер на красителе

МСБ Бис (о-метилстерилбензол) нлл нелинейная люминесценция

OA оптоакустический

ОФВ однофотонное возбуждение

ОФВЛ однофотонновозбуждаемая люминесценция

СВХ схема выборки и хранения

132

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Грошев, Дмитрий Евгеньевич, 1999 год

1. Bhawalkar J.D., Kumar N.D., Zhao C.F., Prasad P.N. Two-photon photodynamic therapy. J Clin Laser Med Surg 1997; 15(5) p. 201 -204.

2. Fisher W.G., Partridge W.P. Jr., Dees C., Wachter E.A. Simultaneous two-photon activation of type-I photodynamic therapy agents. Photochem Photobiol 1997 Aug;66(2), p. 141-155.

3. Lenz P. In vivo excitation of photosensitizers by infrared light. Photochem Photobiol 1995 Aug;62(2), p. 333-338.

4. Bodaness R. S., Heller D. F., Krasinski J., King D. S. The two -photon laser induced fluorescence of the tumor - localizing photosensitizer hematoporphyrin derivative. - J. Biol. Chem., 1986, v. 261, N 26. - p.12098-12101.

5. Штокман М.И. Селективная двухквантовая фотомодификация нуклеиновых кислот.//Молекулярные механизмы биологического действия оптического излучения. М. 1988г. 65 стр.

6. Parthenopoulos D.A., Rentzepis Р.М, Three-dimensional optical storage memory. Science, 1989, v. 245, N 4920, 843 - 845.

7. Hunter S., Kiamilev F., Esener S., Parthenopoulos D. A., Rentzepis P. M. Potentials of two-photon based 3-D optical memories for high performance computing. Applied Optics, 1990, v. 29, N 14, p. 2058 - 2066.

8. Koroteev N.I., Magnitskii S.A., Shubin V.V., Sokolyuk N. T. Photochemical and spectroscopic properties of naphthacenequinones as candidates for 3D optical data storage. -Jpn. J Appl Phys Pt 1, 1997, Vol. 36, N IB, p. 424-425.

9. J.E. Ehrlich, X.L. Wu, I.Y.S. Lee, et All. Two-photon absorption and broadband optical limiting with bis-donor stilbenes// Optics Letters, 1997 vol 22, № 24.

10. Goppert-Mayer M. // Annalen der Physik 1931 Y.5 P.273.

11. Hughest V.W., L. Grabner //Physycal review letters 1951 V.79 P.314.

12. Kaiser W., C.G.B. Garrett // Physycal review letters 1961 V.7 P.229.

13. Лакович Д. Основы флуоресцентной спектроскопии М. Мир 1982г.

14. Летохов B.C. Чеботаев В.П. Нелинейная спектроскопия сверхвысокого разрешения. М. Наука 1990.

15. Catalano I.M.,Cingolani A./Absolute determination of the twophoton cross-section in NADH.//Opt.Commun. 1980. v.32,Nl, P.156-158.

16. Kochevar I.E.,Hefetz Y.,Dunn D.A.,Deutsch T.F.,Bucley L.,Hillinkamp F./DNA photo products formed using high intensity 532-nm laser radiation.//Proceedings.Laser Applications in Life Sciences Part II.SPIE.-1990.-v.1403,P.756-763.

17. Jiang S.-P.,Lian S.-H.,Ruan K.C. et al./Two-photon excitation of proteins.//Chem.Phys.Lett.-1984.-v.104,N1,P.109-111.134

18. Hui L.,Li Q.,Zhang Z. et al./Study of two-photon indused fluorescence of protein.//Chin.J.Lasers.-1984.-v.11,N10,P.611-616.

19. Мешалкин Ю.П. Грошев Д.Е. Лисицын В.Н. и др.//Двухфотонное возбуждение альбумина//Биофизика-1990-т35 N 5 С 739-741.

20. Hopfield J.,Worlock J.,Park K.//Phys.Rev.Lett.-1963.-v.l 1, P.414.

21. Swofford R.L.,McClain W.M./New two-photon absorption spectrometer and its application todiphenylbutadiene.//Rev.Sc.Instrum. -1975.-v.46,N3,P.246-249.

22. Там Э. Фотоакустика: спектроскопия и другие применения//Сверхчувствительная лазерная спектроскопия Под ред. Д. Клайджера М. Мир 1986 С.13-137.

23. Tarn А.С., Patel С.К./Two-photon absorption spectra and crosssection measurements in Iiquids.//Nature.l979. v.280,P.304-306.

24. Бонч-Бруевич A.M. Разумова Т.К. Старобогатов И.О. /Наблюдение поглощения в жидкостях методом поляризованного зондирующего излучения/Юптика и спектроскопия-1974-тЗ6 N4 С.692-695.

25. Бердж Р. Спектроскопия одно- и двухфотонного возбуждения// Сверхчувствительная лазерная спектроскопия Под ред. Д. Клайджера М. Мир-1986 С. 138-213.

26. Mikami N. Ito М. Two-photon exitation spectra of naphthalene and naphthalene-d8.//Chem.Phys.Lett.- 1974. V.31, N3. P.472-478.

27. Bergman A.,Jortner J. Two-photon absorption spectra of crystalline naphtalene and of the naphthalene molecule in solution.//Chem.Phys.Lett.- 1974. V.26, N3. P.323-326.135

28. Dick В. Hohlneicher G. / Two-photon spectroscopy of low-lyingn states of naphtalene and acenaphthene.//Chem.Phys.Lett.-1981. V.84, N3. P.471-478.

29. Anderson B. Jones R. Rehms A. Ilich P.Callis P./Polarized two-photon fluorescence exitation spectra of indole and benzimidazol.// Chem.Phys.Lett.- 1986. V.125,N2. P.106-112.

30. Rehms A. Ilich P. /Resolution of L and L bands in metthil indole by two-photon spectroscopy.// Chem.Phys.Lett.- 1987. V.140, N1. P.83-89.

31. Александров А.П. Генкин В.H. Самылин В.A. /Некоторые вопросы двухквантового поглощения органических молекул//Нелинейная оптика. Новосибирск 1968 С. 14-18.

32. Herman J. P.,Ducuing J./Absolute Measurement of Two-Photon Cross Section.//Physical review A.General physics.- 1972.-v.5, N6,P.2557-2568.

33. Bradley D.J., Hutchinson M.H.R.,Koetser H./Interaction of picosecond laser pulses with organic molecules.II.Two-photon absorption cross-sections.//Proc.R.Soc.Lond.-1972.-A329,P. 105109.

34. Saissy A., Azema A., Botineau J., Gires F. /Appl.Phys.-1978. v.15, P.99. Цит no 24.

35. Catalano I.M.,Cingolani A.,Ferrara M.,Lugara M./Multiphoton cross-section determination by means of luminescence experiments. //Optica acta.-1980.-v.27, N5, P.625-635.

36. Catalano I.M.,Cingolani A./Multiphoton cross-section measurements with low-power CW laser-induced luminescence.//Appl.optics.- 1982.-v.21,N3,P.477-480.

37. Catalano I.M.,Cingolani A./Absolute two-photon fluorescence with low-power CW lasers.//Appl.Phys.Lett.-1981.-v.38,N10,P.745- 747.

38. Kendy S.M. Lytle F.E. /p-Bis(o~metthylstyryl)benzene as a Power-Squared Sensor for Two-Photon Absorption Measurements between 537 and 694 nm.//Anal.Chem.-1986.v.58, p.2643-2647.

39. Xu C., Guild J., Webb W.W., Denk W. Determination of absolute two photon excitation cross sections by in situ second - order autocorrelation. Optics Letters, 1995, V. 20, N 23, p. 2372 - 2374.

40. Giordmine J.A., Rentzepis P.M., Shapiro S.L., Wecht K.W. Two Photon Excitation of Fluorescence by Picosecond Light Pulses. -Appl. Phys. Letters, 1967, V. 11, N 7, 216 - 219

41. Diels J., in Dye Laser Principles, Duarte F.J. and Hillman L.W., eds. (Academic, San Diego, Calif., 1990), p. 104.

42. Webb W.W., Xu c. Measurement of two photon excitation cross sections of molecular fluorophores with data from 690 nm to 990 nm. Biophys. J. 1995, V. 68, p. A197.

43. Peticolas W. Norris R. Rickoff K./Pabrization effects in the Two-photon exitation anthracene fluoriscence.// J.Chem.Phys. 1965. V.42. N13, P.4164-4169.

44. McMahon D. ,Soref R. Franklin A./Quantative measuruments of doubl-photon absorption in policyclic benzene rig compaunds.// Phys.Rev.Lett. 1965. V.14. P.1060-1062.

45. Галанин М.Д. Чижикова З.А. Письма в ЖЭТФ.- 1966. Т.4. С.41

46. Александров А.П. Генкин В.Н. Ефремова Г.Ф. Леонов A.M. Изв.вузов (Радиофизика). 1967. Т.10. С.145.

47. Александров А.П. Бредихин В.И. Оптика и спектроскопия -1971. Т.30. С.72.

48. Herman J.P.,Ducuing J. Dispersion of the two-photon cross section in rodamin dyes.// Opt. Commun. 1972. V.6. P.101137

49. Венкин Г.В., Зубов Б.В., Кузьмин М.Г./ Наблюдение нелиней-ного поглощения в некоторых органических веществах. //Нелинейная оптика. Новосибирск. 1968. С.346-347.

50. Sperber P.,Penzkofer A. So— Sn Two-photon absorption dynamics of rhodamine dyes.//Optical and Quantum.Electr. -1986. V.18. P.381-401.

51. Kennedy S.M.,Lytle F.E. p-bis (O-Methylstyril) benzene as a power-squared sensor for two-photon absorption measurements between 537 and 694 nm.//Anal.Chem. 1986. V.58,N13. P.2643 -2647.

52. Hassinger M.J. Ph.D. Thesis. Purdue University, West Lafayette, IN.- 1983.

53. Birge R.R. Bennett J.A. Pierce B.M. Thomas T.M. J. Am. Chem. Soc. 1978. V.100. P.1533-1539.

54. Monson P.R. Ph.D. dissertation (University of California at Berkley) 1972.

55. Pradere F.,Hanus J.,Schott M. Compt.Rend.Acad.Sci.(Paris) -1966. V.263B. P.372.

56. Penzkofer A.,Faljenstein W.,Kaiser W. Appl.Phys.Lett. 1976. V.28. P.319

57. Lotem H.,DeAranjo C.B. Phys.Rev.B. 1977. V.16. P.1711

58. Kochevar I.E.,Hefetz Y.,Dunn D.A.,Deutsch T.F.,Bucley L., Hillinkamp F. DNA photo products formed using high intensity 532-nm laser radiation.// Proceedings Laser Applications in Life Sciences. Part II. SPIE. 1990. V.1403. P.756-763.

59. Herman J.P.,Ducuing J. Absolute mesurement of two-photon cross section.//Phys.Rev.A.-1972.-v 5,No6, P.2557-2568.

60. Бурштейн Э.А. Люминесценция белковых хромофоров. М. 1976.138

61. Бурштейн Э.А. Собственная люминесценция белка М. 1977г.

62. Kogelnik Н., Shank C.V. J. Appl Phys 43,P 2327.

63. Dey Lasers edited by F.P. Schafer. Springer-Verlay, Berlin 1973.

64. M. Борн M., Вольф Э. Основы оптики.-М.:Наука,1970.-856c.

65. Смирнов A.M. Применение ФЭУ 140 в импульсной спектроскопии плазмы/ //Приборы и техника эксперимента-1987-N3 С.57.

66. Веселов А.К. /Спектральные характеристики некоторых ФЭУ//Приборы и техника эксперимента- 1987-N4 С.63.

67. Хорвиц П., Хилл У. Искусство схемотехники.:В 3-х томах. Пер. с англ. 4-е изд. перераб. и доп. М. :Мир, 1993.- т.1 -413 с.

68. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах.-Л.:Энергоатомиздат, 1988.-304с.

69. Финогенов Г.К. Программирование измерительных систем реального времени. М.:Энергоатомиздат 1990.-256с.

70. Задков В.Н., Пономарев Ю.В. Компьютер в эксперименте: Архитектура и программные средства автоматизации. М. Наука 1988г.

71. S.De Silvestri, P.Laporta, V. Magni./14-W continuouswave mode-locked Nd:YAG laser.//Opt. Lett. 11, N12, -1986, p785-787.

72. A.P. De Fonso, M. Gitkind, C.R. Luts and T.A. Kucta/ Hight power harmonically mode-locked cw-pumped Nd:YAG laser.// Appl. Opt., 0V27, N17, 1988, p3604-3607.

73. V.Magui./ Resonators for solid state lasers with large - volume fundamental mode and nigh alignment stability./Appl. Opt.,V25, N1, 1986, pl07-l 17.

74. Когельник,Ли "Резонаторы и световые пучки лазеров". ТИИЭР, 1966,t.54,N 10 с.95-113.139

75. Справочник по лазерам. (Под ред. A.M. Прхорова, в 2-х томах, т.1. М., Советское радио, 1978-504с.

76. Лазеры на алюмоитриевом гранате с неодимом. Г.М. Зверев и др. М., Радио и связь, 1985, 144с.

77. Дмитриев В.Г., Уманский Н.В., Шкунов Н.В. Технические напряжения в активных элементах в непрерывном режиме накачки. Квантовая электроника, 1971,N2, с.80-86.

78. Berlman Handbook of fluorescence spectra of aromatic molecyles. 2nd ed. New York 1971 p.473.

79. Никогосян Д.Н. Действие мощного УФ излучения на основания нуклеиновых кислот./Квантовая электроника т.8 N 12 1981 г. стр.2674-2679.

80. К.Сале, Р.В. Бензассон, P.C. Беккер Свойства возбужденныых состояний компонентов нуклеиновых кислот./Квантовая электроника т.8 N 12 1981 г. стр. 2609-2616.

81. Штокман М.И. Селективная двухквантовая фотомодификация нуклеиновых кислот.//Молекулярные механизмы биологического действия оптического излучения. М. 1988г. 65 стр.

82. Бенинецкая М.И., Козинов А.Л., Новожилов С.Ю., Штокман М.И. Универсальность нелинейного разрезания ДНК по типу красителя. Новосибирск 1984г. с. 134.

83. Бамрук В.В., Камалов В.Ф., Коротеев Н.И., Толеутаев Б.И., /Люминесценция кристаллов аденина и цитозина при двухфотонном возбуждении// Доклады АН СССР 1986т.289, №6, 1497-1500.

84. Левшин Л.В. Салецкий A.M. Люминесценция и ее измерения. М.,1989г.

85. Паркер С Фотолюминесценция растворов М., Мир 1976г.

86. Берковский А.Г. Вакуумные фотоэлектронные приборы. M 1986г.