Compact 3-dB tapered multimode interference coupler in silicon-on-insulator

We have fabricated a compact 3-dB multimode interference coupler with a large silicon-on-insulator cross section. To reduce the length of the usual symmetric interference multimode interference coupler, we propose using a parabolically tapered structure. The length of the device is 398 mum. The device has a uniformity of 0.28 dB. (C) 2001 Optical Society of America.

Signal bandwidth of general N x N multimode interference couplers

Analytical expression of signal bandwidth of general straight and tapered N x N multimode interference (MMI) couplers is presented. The signal bandwidth is characterized as a function of mode relative energy, mode propagation delay time, and mode pulse broadening in the multimode section of MMI coupler. The model is used to evaluate the signal bandwidth of specific couplers. Results indicate that the signal bandwidth decreases seriously with the increase of channel number and channel guide space. Compared with the straight MMI coupler, the tapered MMI coupler has an improved signal bandwidth.

Silicon-on-insulator based 2 x 2 multimode interference coupler with large tolerance

We demonstrate a type of 2 x 2 multimode interference 3 dB coupler based on silicon-on-insulator. The fabrication tolerance was investigated by the effective index method and the guide mode method. The devices with different lengths were fabricated and near-held output images were obtained. Tolerances to width, length and etch depth are 2, 200 and 2 mum, respectively. The devices show a uniform power distribution.

Fabrication of 2 x 2 tapered multimode interference coupler

The authors demonstrate a 3dB 2 x 2 parabolically tapered multimode interference (MMT) coupler with a large cross-section and space between the different ports using silicon-on-insulator technology. The device exhibits a uniformity of < 0.8dB and can be used in the realisation of an MMI-based optical switch with a high extinction ratio.

Interference effects in differential reflectance spectra of the GaAs epilayers grown on Si substrate

We report the observation of oscillating features in differential reflectance spectra from the GaAs epilayer grown on Si substrate in the energy range both below and above the fundamental band gap. It is demonstrated that the oscillating features are due to the difference in the interference between two neighboring areas of the sample. The interference arises from two light beams reflected from different interfaces of the sample. The calculated spectra in the nonabsorption region are in good agreement with measured data. It is shown that the interference effect can be used as a sensitive method to characterize the inhomogeneity of the semiconductor heterostructures. (C) 1998 American Institute of Physics. [S0021-8979(98)08723-4].

The effect of Fabry-Perot interference on the packaging of SOI-based optoelectronic devices

During the packaging of optoelectrome device, a problem always met is the instability of output power. The main effect causing this problem, Fabry-Perot interference, is discussed in this paper. Both theoretical analysis and experimental test are carried out and in good agreement. As an example of avoiding the disadvantage of Fabry-Perot interference, the packaging process of Silicon-on-Insulator (SOI) based Variable Optical Attenuator(VOA) is shown at last.

Surface plasmon waves generated by nanogrooves through spectral interference

A pure surface plasmon polariton (SPP) model predicted that the SPP excitation in a slit-groove structure at metallodielectric interfaces exhibits an intricate dependence on the groove width P. Lalanne et al. [Phys. Rev. Lett. 95, 263902 (2005); Nat. Phys. 2, 551 (2006)]. In this paper, we present a simple far-field experiment to test and validate this interesting theoretical prediction. The measurement results clearly demonstrate the predicted functional dependence of the SPP coupling efficiency on groove width, in good agreement with the SPP picture.

Structuring by multi-beam interference using symmetric pyramids

A method for producing optical structures using rotationally symmetric pyramids is proposed. Two-dimensional structures can be achieved using acute prisms. They form by multi-beam interference of plane waves that impinge from directions distributed symmetrically around the axis of rotational symmetry. Flat-topped pyramids provide an additional beam along the axis thus generating three-dimensional structures. Experimental results are consistent with the results of numerical simulations. The advantages of the method are simplicity of operation, low cost, ease of integration, good stability, and high transmittance. Possible applications are the fabrication of photonic micro-structures such as photonic crystals or array waveguides as well as multi-beam optical tweezers. (c) 2006 Optical Society of America.

Analysis of the lateral displacement and optical path difference in wide-field-of-view polarization interference imaging spectrometer

The mechanism of beam splitting and principle of wide-field-of-view compensation of modified Savart polariscope in the wide-field-of-view polarization interference imaging spectrometer (WPIIS) are analyzed and discussed. Formulas for the lateral displacement and optical path difference (OPD) produced by the modified Savart polariscope are derived by ray-tracing method. The theoretical and practical guidance is thereby provided for the study, design, modulation, experiment and engineering of the polarization interference imaging spectrometers and other birefringent Fourier-transform spectrometers based on Savart polariscopes. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Analysis of the modulation depth affected by the polarization orientation in polarization interference imaging spectrometers

The influence of the orientations of both polarizer and analyzer on modulation depth of spatially distributed interferograms for static polarization interference imaging spectrometer (SPIIS) is analyzed. A generally, theoretical relationship to determine the modulation depth of a SPIIS is derived. The special cases of maximum modulation depth (V = 1) and the minimum modulation depth (V = 0) are examined. Our results will provide a theoretical and practical guide for studying, developing and engineering polarization interference imaging spectrometers. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

新外显子的起源与功能及短同源序列介导转录滑动产生嵌合RNA 的研究

新外显子的起源是一种重要的增加转录组和蛋白质组多样性的分子机制。 对于新外显子及其父本基因的进化和功能特征方面还有很多重要的问题有待于 解决。本研究首先在全基因组水平上鉴定在人和小鼠中产生的新外显子，随后 对这些外显子及其父本基因作进化和功能上的分析。我们发现新外显子倾向于 位于基因的UTR 区域，尤其是5’ UTR 区域，这表明可能有些新外显子的出现 与基因的表达调控相关。我们还发现，产生新外显子的基因具有较高的组织表 达特异性，其基因功能倾向于细胞调控和与外界环境相互作用。通过对外群中 直系同源基因的分析，我们的结果表明进化速率较高的基因更容易获得新的外 显子，纠正了先前认为的获得新外显子会加速基因进化速率的看法。 我们对哺乳类CDYL 基因家族中产生的新外显子进行了具体的进化分析和 功能研究。我们的结果表明CDYL 基因在哺乳类分化前在原先的基因上游区域 获得了一个新的启动子和三个新的外显子。随后在哺乳动物各个支系的分化中， CDYL 基因在小鼠，狗和人中分别独立的进化出一个新的外显子。同源比对的 结果表明，这些新外显子是通过内含子序列的外显子化这一分子机制产生。近 缘物种间的进化速率的计算结果表明这些新产生的外显子具有快速进化的模 式，并且其快速进化可能是由正选择所驱动。在人中，多种突变包括新外显子 的获得，启动子的改变，选择性剪切的发生使得人的CDYL 基因获得了一种新 的编码更长蛋白质的剪切体。在人Hela 细胞系中的实验表明，新产生的蛋白质 与原有的蛋白质相比都具有显著的转录抑制活性，但新的蛋白质的转录抑制活 性较弱，且两者之间存在相互干扰的关系。这一结果表明通过新外显子的获得 产生的新的蛋白质可以丰富原有的基因表达调控体系，使得生物体的调控网络 更加精确。 嵌合RNA 通常认为是由来源于不同的pre-mRNA 的外显子通过反式剪切连 接在一起形成的。这一现象在包括多种动物和植物中被广泛的报道。我们的研 究首先通过大规模表达序列（ESTs）的搜索，在酵母，果蝇，小鼠和人中鉴定 到了大量的嵌合RNA。这一结果表明形成嵌合RNA 在真核生物中是一种普遍 的生物学过程，是一种重要的增加转录组和蛋白质组的多样性的分子机制。对 嵌合RNA 的序列分析表明，仅有<20%的嵌合RNA 在接合处可以找到典型的剪切位点 GU-AG，可以用经典的反式剪切模型来解释其产生机制。然而有意思的 是，我们在大约一半的嵌合RNA 的供体基因之间找到了短的同源序列，这一发 现使我们提出了一种新的分子机制来解释这些嵌合RNA 的形成，我们称之为 “转录滑动”模型。在酵母我们，我们用实验的方法验证了短同源序列对形成嵌 合RNA 的必要性，有力地支持了我们这一模型。

从头起源的酵母新基因的功能和正反链编码的基因相互作用的新机制的研究

基因从头起源一直被传统观念认为是近乎不可能的事件。虽然近年来有一些 基因起源于非编码序列的实例的报道，但所有这些从头起源的基因都没有确凿的 编码蛋白的能力的证据。在本工作的前半部分，我们在酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae 中发现了一个从头起源的蛋白编码基因MDF1。通过全面的遗传学、 细胞生物学和分子生物学等研究手段，我们细致地揭示了MDF1 在酿酒酵母中 获得的新功能。在营养充足的情况下，MDF1 编码的蛋白质Mdf1p 通过与一个 S. cerevisiae 交配型决定因子MATα2 结合抑制了酿酒酵母交配通路，从而极大程 度上抑制了S. cerevisiae 的交配行为，使S. cerevisiae 节省下更多的能量用于快速 的无性繁殖。我们的工作首次为从头起源的基因提供了确凿的蛋白编码能力的证 据，而且证明年轻的新基因也可以像保守的老基因一样在一些基本的生命过程发 挥关键的作用，为提高物种的适应性作出重要贡献。同时我们的工作在机制上阐 明一个新进化出的基因如何被一个已有的信号通路募集，这为更深刻理解信号通 路的进化提供了有益参考。 在本工作的后半部分，我们发现了一种新的正反链编码的基因对相互作用的 分子机制。最近全基因组转录谱的研究提示：在很多真核生物的基因组中，很大 一部分双链DNA 链都有编码能力，这些分别由正反两条链编码的基因之间可能 存在的相互作用已被公认为一种基因调控的重要方式。现在已知的正反链基因相 互作用的分子机制包括RNAi, 转录干扰，RNA-诱导的组蛋白去乙酰化，RNA 编辑等，所有这些反链基因对正链基因的调控机制都依赖于非编码的反链RNA 的存在，但编码蛋白的反链基因能否对正链基因行使调节功能还是未知。在本工 作中，我们发现编码新基因MDF1 的同一座位的反链基因可以编码一个保守的 基因ADF1, 而且MDF1 和ADF1 对酿酒酵母生长产生相反的影响（MDF1 可以 促进生长，但ADF1 抑制生长）提示MDF1 和ADF1 之间存在相互作用。对这种 相互作用的分子机制的深入研究揭示ADF1 编码的蛋白Adf1p 以转录抑制因子的 方式结合在MDF1 的启动子区，从而抑制MDF1 的转录。这种相互作用需要反 链编码的蛋白而不是RNA 参与，所以不同于任何一种已知的正反链相互作用机 制。我们还进一步发掘出这种抑制效应在S. cerevisiae 中起作用的生理条件。当 营养丰富时，Mdf1p 抑制性地结合非发酵碳源代谢的控制因子Snf1p, 从而促进可发酵碳源被快速利用，使S. cerevisiae 获得最快的生长速度。当营养减少时， Adf1p 抑制MDF1 表达，从而促进非发酵碳源的利用。我们前后两部分的工作还 为生殖代价提供了一种机制上的解释。有性生殖和无性繁殖是两种负相关的过 程，有性生殖总会以生长速度减慢为代价，但至今没有一种分子机制能把这两个 拮抗的过程联系起来。Mdf1p 同时处在有性生殖和无性繁殖两条信号通路中，抑 制交配行为而加速生长，所以Mdf1p 实现了两条信号通路之间的对话。

不同FGF-2表达量的饲养层对猕猴和兔胚胎干细胞的增殖和自我更新的影响

胚胎干细胞（ESC）培养是ESC研究的基础，饲养层的选择是ESC培养的一个重要方面。本实验曾对不同的猕猴饲养层进行研究，显示能够更好的支持猕猴ESC生长的饲养层FGF-2表达量也较高。FGF-2，又名bFGF（碱性成纤维生长因子），是ESC生长所需的重要因子，但其中的分子机制现在并未完全了解。本文一方面对ESC相关研究进展进行了综述，另一方面对以下内容进行了研究：用转基因和RNA干（RNAi）扰的方法建立不同FGF-2的表达量猕猴耳部皮肤细胞（MESF）系五组：过表达FGF-2（f1），过表达的阴性对照组（f2），FGF-2 RNA干扰组（f3），RNA干扰的阴性对照组（f4）以及未作任何处理的对照组（f5），这五组MESF的FGF-2表达量相对值为f1：f2：f3：f4：f5＝4：2：1：2：2；c-fos，TGF-β1，INHBA，Gremlin1在f1中表达量上升，在f3中表达量下降；BMP4，TGF-β2在f1中表达量下降，在f3中表达量上升；表明内源FGF-2能够作用于MESF的TGF-β信号通路，引起相关基因表达量的变化。用这些细胞作为饲养层分别培养两种ESC（猕猴ESC，R366. 4和兔ESC，RFESC） ，连续培养了10代，其中在f1上培养的两种ESC增殖速度都比对照组快，并且c-fos，TGF-β1，INHBA，Gremlin1，OCT-4，Nanog，Sox2表达量均上升，BMP4表达下调；在f3上培养的猕猴ESC增殖较慢，BMP4表达上调，c-fos，TGF-β1，INHBA，Gremlin1，OCT-4，Nanog，Sox2表达下调；f3上的兔ESC没有变化。表明ESC中的TGF-β信号通路也受到调节。五组猕猴和兔的ESC形成的EB均表达各胚层早期标记基因(marker)，但表达量有差异，f1上ESC形成的EB所有marker都低表达。实验结果表明饲养层中的FGF-2含量高低不仅影响自身相关基因的表达，还对ESC的增殖和维持自我更新有一定的作用。

小鼠Bicc1 基因的克隆、Bicc1 多克隆抗体制备及蛋白定位与表达的研究

双尾-C 基因 (Bicaudal-C)首先在果蝇（Drosophila melanogaster）中发现，其功能丧失导致果蝇胚胎滤泡细胞的错误迁移、头部的缺失和双尾结构的形成。后来发现多个物种都含有Bicaudal-C 的同源基因，其中小鼠中的同源基因Bicc1 的缺失导致小鼠产生肾脏等脏器的病变，其症状与人类多囊肾疾病高度相似，但其具体机制还不清楚。本研究以小鼠肾脏组织总RNA 为模板体外反转录为cDNA，通过分段巢式 PCR 及酶切连接的方法获得了全长约3Kb 的小鼠Bicc1 cDNA 序列。根据生物信息学分析全长的Bicc1 蛋白，选择两个免疫原性较好的区段作为抗原位点构建相应的原核表达载体；IPTG 诱导表达并纯化融合蛋白，制备两种兔抗Bicc1 蛋白多克隆抗体，并通过Western blot 证实这两种抗体具有高度特异性。用细胞免疫荧光方法及免疫组织化学方法对该蛋白的定位做了一些初步研究。发现Bicc1 蛋白定位于体外培养的小鼠肾细胞的细胞质内，并在胚胎发育于期表达仅在心脏，后来逐步地在各个组织器官内出现，并在出生后的小鼠体内表达稳定。Bicc1 mDNA 也表达于多个器官内，并且在肾脏中有明显较高的表达量。找到了的两个针对Bicc1 基因的RNAi 的序列，通过荧光强度变化和Western blot 均证明这两个序列能明显降低Bicc1 蛋白在体外培养细胞中的表达水平，为下一步建立稳定的细胞株奠定了良好的基础。