Abstract

Second harmonic generation (SHG) results from molecules which are polarized by an external electric field often provided by an intense laser beam. The polarizability depends on firstly the intrinsic structural properties of the substance and hence the second-order nonlinear susceptibility, and secondly the intensity and polarization direction of the incident light. The polarization characteristics of the beam are therefore of interest. In this letter, we discuss some considerations in SHG microscopy of collagen when the incoming beam is circularly polarized, and present some supporting results as well as a numerical analysis. We propose a quasi-crystal model of collagen microstructure in an effort to further our understanding on this protein.

© 2010 Chinese Optics Letters

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).
  2. T. Petrallimallow, T. M. Wong, and J. D. Byers, J. Phys. Chem. 97, 1383 (1993).
  3. R. Hellwarth and P. Christensen, Opt. Commun. 12, 318 (1974).
  4. P. Stoller, B. Kim, A. Rubenchik, K. Reiser, and L. B. DaSilva, J. Biomed. Opt. 7, 205 (2002).
  5. J. N. Gannaway and C. J. R. Sheppard, Opt. Quantum Electron. 10, 435 (1978).
  6. R. Gauderon, P. B. Lukins, and C. J. R. Sheppard, Micron. 32, 685 (2001).
  7. L. Moreaux, O. Sandre, S. Charpak, M. Blanchard-Desce, and J. Mertz, Biophys. J. 80, 1568 (2001).
  8. G. Cox, E. Kable, A. Jones, I. Fraser, F. Manconi, and M. Gorrell, J. Structural Biol. 141, 53 (2003).
  9. P. Campagnola, H. A. Clark, W. A. Mohler, A. Lewis, and L. M. Loew, J. Biomed Opt. 6, 277 (2001).
  10. P. J. Campagnola, A. C. Millard, M. Terasaki, P. E. Hoppe, C. J. Malone, and W. A. Mohler, Biophys. J. 82, 493 (2002).
  11. W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nitikin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 7075 (2003).
  12. I. Freund, M. Deutsch, and A. Sprecher, Biophys. J. 50, 693 (1986).
  13. E. Georgiou, T. Theodossiou, V. Hovhannisya, K. Politopoulos, G. S. Rapti, and D. Yova, Opt. Commun. 176, 253 (2000).
  14. S. Roth and I. Freund, Biopolymers 20, 1271 (1981).
  15. P. Xu, G. Cox, J. Ramshaw, P. Lukins, and C. Sheppard, Proc. SPIE 5323, 343 (2004).
  16. S. W. Chu, S. Y. Chen, G. W. Chern, T. H. Tsai, Y. C. Chen, B. L. Lin, and C. K. Sun, Biophys. J. 86, 3914 (2004).

2004 (2)

P. Xu, G. Cox, J. Ramshaw, P. Lukins, and C. Sheppard, Proc. SPIE 5323, 343 (2004).

S. W. Chu, S. Y. Chen, G. W. Chern, T. H. Tsai, Y. C. Chen, B. L. Lin, and C. K. Sun, Biophys. J. 86, 3914 (2004).

2003 (2)

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nitikin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 7075 (2003).

G. Cox, E. Kable, A. Jones, I. Fraser, F. Manconi, and M. Gorrell, J. Structural Biol. 141, 53 (2003).

2002 (2)

P. Stoller, B. Kim, A. Rubenchik, K. Reiser, and L. B. DaSilva, J. Biomed. Opt. 7, 205 (2002).

P. J. Campagnola, A. C. Millard, M. Terasaki, P. E. Hoppe, C. J. Malone, and W. A. Mohler, Biophys. J. 82, 493 (2002).

2001 (3)

P. Campagnola, H. A. Clark, W. A. Mohler, A. Lewis, and L. M. Loew, J. Biomed Opt. 6, 277 (2001).

R. Gauderon, P. B. Lukins, and C. J. R. Sheppard, Micron. 32, 685 (2001).

L. Moreaux, O. Sandre, S. Charpak, M. Blanchard-Desce, and J. Mertz, Biophys. J. 80, 1568 (2001).

2000 (1)

E. Georgiou, T. Theodossiou, V. Hovhannisya, K. Politopoulos, G. S. Rapti, and D. Yova, Opt. Commun. 176, 253 (2000).

1993 (1)

T. Petrallimallow, T. M. Wong, and J. D. Byers, J. Phys. Chem. 97, 1383 (1993).

1986 (1)

I. Freund, M. Deutsch, and A. Sprecher, Biophys. J. 50, 693 (1986).

1981 (1)

S. Roth and I. Freund, Biopolymers 20, 1271 (1981).

1978 (1)

J. N. Gannaway and C. J. R. Sheppard, Opt. Quantum Electron. 10, 435 (1978).

1974 (1)

R. Hellwarth and P. Christensen, Opt. Commun. 12, 318 (1974).

1961 (1)

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).

Blanchard-Desce, M.

L. Moreaux, O. Sandre, S. Charpak, M. Blanchard-Desce, and J. Mertz, Biophys. J. 80, 1568 (2001).

Byers, J. D.

T. Petrallimallow, T. M. Wong, and J. D. Byers, J. Phys. Chem. 97, 1383 (1993).

Campagnola, P.

P. Campagnola, H. A. Clark, W. A. Mohler, A. Lewis, and L. M. Loew, J. Biomed Opt. 6, 277 (2001).

Campagnola, P. J.

P. J. Campagnola, A. C. Millard, M. Terasaki, P. E. Hoppe, C. J. Malone, and W. A. Mohler, Biophys. J. 82, 493 (2002).

Charpak, S.

L. Moreaux, O. Sandre, S. Charpak, M. Blanchard-Desce, and J. Mertz, Biophys. J. 80, 1568 (2001).

Chen, S. Y.

S. W. Chu, S. Y. Chen, G. W. Chern, T. H. Tsai, Y. C. Chen, B. L. Lin, and C. K. Sun, Biophys. J. 86, 3914 (2004).

Chen, Y. C.

S. W. Chu, S. Y. Chen, G. W. Chern, T. H. Tsai, Y. C. Chen, B. L. Lin, and C. K. Sun, Biophys. J. 86, 3914 (2004).

Chern, G. W.

S. W. Chu, S. Y. Chen, G. W. Chern, T. H. Tsai, Y. C. Chen, B. L. Lin, and C. K. Sun, Biophys. J. 86, 3914 (2004).

Christensen, P.

R. Hellwarth and P. Christensen, Opt. Commun. 12, 318 (1974).

Christie, R.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nitikin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 7075 (2003).

Chu, S. W.

S. W. Chu, S. Y. Chen, G. W. Chern, T. H. Tsai, Y. C. Chen, B. L. Lin, and C. K. Sun, Biophys. J. 86, 3914 (2004).

Clark, H. A.

P. Campagnola, H. A. Clark, W. A. Mohler, A. Lewis, and L. M. Loew, J. Biomed Opt. 6, 277 (2001).

Cox, G.

P. Xu, G. Cox, J. Ramshaw, P. Lukins, and C. Sheppard, Proc. SPIE 5323, 343 (2004).

G. Cox, E. Kable, A. Jones, I. Fraser, F. Manconi, and M. Gorrell, J. Structural Biol. 141, 53 (2003).

DaSilva, L. B.

P. Stoller, B. Kim, A. Rubenchik, K. Reiser, and L. B. DaSilva, J. Biomed. Opt. 7, 205 (2002).

Deutsch, M.

I. Freund, M. Deutsch, and A. Sprecher, Biophys. J. 50, 693 (1986).

Franken, P. A.

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).

Fraser, I.

G. Cox, E. Kable, A. Jones, I. Fraser, F. Manconi, and M. Gorrell, J. Structural Biol. 141, 53 (2003).

Freund, I.

I. Freund, M. Deutsch, and A. Sprecher, Biophys. J. 50, 693 (1986).

S. Roth and I. Freund, Biopolymers 20, 1271 (1981).

Gannaway, J. N.

J. N. Gannaway and C. J. R. Sheppard, Opt. Quantum Electron. 10, 435 (1978).

Gauderon, R.

R. Gauderon, P. B. Lukins, and C. J. R. Sheppard, Micron. 32, 685 (2001).

Georgiou, E.

E. Georgiou, T. Theodossiou, V. Hovhannisya, K. Politopoulos, G. S. Rapti, and D. Yova, Opt. Commun. 176, 253 (2000).

Gorrell, M.

G. Cox, E. Kable, A. Jones, I. Fraser, F. Manconi, and M. Gorrell, J. Structural Biol. 141, 53 (2003).

Hellwarth, R.

R. Hellwarth and P. Christensen, Opt. Commun. 12, 318 (1974).

Hill, A. E.

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).

Hoppe, P. E.

P. J. Campagnola, A. C. Millard, M. Terasaki, P. E. Hoppe, C. J. Malone, and W. A. Mohler, Biophys. J. 82, 493 (2002).

Hovhannisya, V.

E. Georgiou, T. Theodossiou, V. Hovhannisya, K. Politopoulos, G. S. Rapti, and D. Yova, Opt. Commun. 176, 253 (2000).

Hyman, B. T.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nitikin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 7075 (2003).

Jones, A.

G. Cox, E. Kable, A. Jones, I. Fraser, F. Manconi, and M. Gorrell, J. Structural Biol. 141, 53 (2003).

Kable, E.

G. Cox, E. Kable, A. Jones, I. Fraser, F. Manconi, and M. Gorrell, J. Structural Biol. 141, 53 (2003).

Kim, B.

P. Stoller, B. Kim, A. Rubenchik, K. Reiser, and L. B. DaSilva, J. Biomed. Opt. 7, 205 (2002).

Lewis, A.

P. Campagnola, H. A. Clark, W. A. Mohler, A. Lewis, and L. M. Loew, J. Biomed Opt. 6, 277 (2001).

Lin, B. L.

S. W. Chu, S. Y. Chen, G. W. Chern, T. H. Tsai, Y. C. Chen, B. L. Lin, and C. K. Sun, Biophys. J. 86, 3914 (2004).

Loew, L. M.

P. Campagnola, H. A. Clark, W. A. Mohler, A. Lewis, and L. M. Loew, J. Biomed Opt. 6, 277 (2001).

Lukins, P.

P. Xu, G. Cox, J. Ramshaw, P. Lukins, and C. Sheppard, Proc. SPIE 5323, 343 (2004).

Lukins, P. B.

R. Gauderon, P. B. Lukins, and C. J. R. Sheppard, Micron. 32, 685 (2001).

Malone, C. J.

P. J. Campagnola, A. C. Millard, M. Terasaki, P. E. Hoppe, C. J. Malone, and W. A. Mohler, Biophys. J. 82, 493 (2002).

Manconi, F.

G. Cox, E. Kable, A. Jones, I. Fraser, F. Manconi, and M. Gorrell, J. Structural Biol. 141, 53 (2003).

Mertz, J.

L. Moreaux, O. Sandre, S. Charpak, M. Blanchard-Desce, and J. Mertz, Biophys. J. 80, 1568 (2001).

Millard, A. C.

P. J. Campagnola, A. C. Millard, M. Terasaki, P. E. Hoppe, C. J. Malone, and W. A. Mohler, Biophys. J. 82, 493 (2002).

Mohler, W. A.

P. J. Campagnola, A. C. Millard, M. Terasaki, P. E. Hoppe, C. J. Malone, and W. A. Mohler, Biophys. J. 82, 493 (2002).

P. Campagnola, H. A. Clark, W. A. Mohler, A. Lewis, and L. M. Loew, J. Biomed Opt. 6, 277 (2001).

Moreaux, L.

L. Moreaux, O. Sandre, S. Charpak, M. Blanchard-Desce, and J. Mertz, Biophys. J. 80, 1568 (2001).

Nitikin, A. Y.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nitikin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 7075 (2003).

Peters, C. W.

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).

Petrallimallow, T.

T. Petrallimallow, T. M. Wong, and J. D. Byers, J. Phys. Chem. 97, 1383 (1993).

Politopoulos, K.

E. Georgiou, T. Theodossiou, V. Hovhannisya, K. Politopoulos, G. S. Rapti, and D. Yova, Opt. Commun. 176, 253 (2000).

Ramshaw, J.

P. Xu, G. Cox, J. Ramshaw, P. Lukins, and C. Sheppard, Proc. SPIE 5323, 343 (2004).

Rapti, G. S.

E. Georgiou, T. Theodossiou, V. Hovhannisya, K. Politopoulos, G. S. Rapti, and D. Yova, Opt. Commun. 176, 253 (2000).

Reiser, K.

P. Stoller, B. Kim, A. Rubenchik, K. Reiser, and L. B. DaSilva, J. Biomed. Opt. 7, 205 (2002).

Roth, S.

S. Roth and I. Freund, Biopolymers 20, 1271 (1981).

Rubenchik, A.

P. Stoller, B. Kim, A. Rubenchik, K. Reiser, and L. B. DaSilva, J. Biomed. Opt. 7, 205 (2002).

Sandre, O.

L. Moreaux, O. Sandre, S. Charpak, M. Blanchard-Desce, and J. Mertz, Biophys. J. 80, 1568 (2001).

Sheppard, C.

P. Xu, G. Cox, J. Ramshaw, P. Lukins, and C. Sheppard, Proc. SPIE 5323, 343 (2004).

Sheppard, C. J. R.

R. Gauderon, P. B. Lukins, and C. J. R. Sheppard, Micron. 32, 685 (2001).

J. N. Gannaway and C. J. R. Sheppard, Opt. Quantum Electron. 10, 435 (1978).

Sprecher, A.

I. Freund, M. Deutsch, and A. Sprecher, Biophys. J. 50, 693 (1986).

Stoller, P.

P. Stoller, B. Kim, A. Rubenchik, K. Reiser, and L. B. DaSilva, J. Biomed. Opt. 7, 205 (2002).

Sun, C. K.

S. W. Chu, S. Y. Chen, G. W. Chern, T. H. Tsai, Y. C. Chen, B. L. Lin, and C. K. Sun, Biophys. J. 86, 3914 (2004).

Terasaki, M.

P. J. Campagnola, A. C. Millard, M. Terasaki, P. E. Hoppe, C. J. Malone, and W. A. Mohler, Biophys. J. 82, 493 (2002).

Theodossiou, T.

E. Georgiou, T. Theodossiou, V. Hovhannisya, K. Politopoulos, G. S. Rapti, and D. Yova, Opt. Commun. 176, 253 (2000).

Tsai, T. H.

S. W. Chu, S. Y. Chen, G. W. Chern, T. H. Tsai, Y. C. Chen, B. L. Lin, and C. K. Sun, Biophys. J. 86, 3914 (2004).

Webb, W. W.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nitikin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 7075 (2003).

Weinreich, G.

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).

Williams, R. M.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nitikin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 7075 (2003).

Wong, T. M.

T. Petrallimallow, T. M. Wong, and J. D. Byers, J. Phys. Chem. 97, 1383 (1993).

Xu, P.

P. Xu, G. Cox, J. Ramshaw, P. Lukins, and C. Sheppard, Proc. SPIE 5323, 343 (2004).

Yova, D.

E. Georgiou, T. Theodossiou, V. Hovhannisya, K. Politopoulos, G. S. Rapti, and D. Yova, Opt. Commun. 176, 253 (2000).

Zipfel, W. R.

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nitikin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 7075 (2003).

Biophys. J. (4)

L. Moreaux, O. Sandre, S. Charpak, M. Blanchard-Desce, and J. Mertz, Biophys. J. 80, 1568 (2001).

P. J. Campagnola, A. C. Millard, M. Terasaki, P. E. Hoppe, C. J. Malone, and W. A. Mohler, Biophys. J. 82, 493 (2002).

I. Freund, M. Deutsch, and A. Sprecher, Biophys. J. 50, 693 (1986).

S. W. Chu, S. Y. Chen, G. W. Chern, T. H. Tsai, Y. C. Chen, B. L. Lin, and C. K. Sun, Biophys. J. 86, 3914 (2004).

Biopolymers (1)

S. Roth and I. Freund, Biopolymers 20, 1271 (1981).

J. Biomed Opt. (1)

P. Campagnola, H. A. Clark, W. A. Mohler, A. Lewis, and L. M. Loew, J. Biomed Opt. 6, 277 (2001).

J. Biomed. Opt. (1)

P. Stoller, B. Kim, A. Rubenchik, K. Reiser, and L. B. DaSilva, J. Biomed. Opt. 7, 205 (2002).

J. Phys. Chem. (1)

T. Petrallimallow, T. M. Wong, and J. D. Byers, J. Phys. Chem. 97, 1383 (1993).

J. Structural Biol. (1)

G. Cox, E. Kable, A. Jones, I. Fraser, F. Manconi, and M. Gorrell, J. Structural Biol. 141, 53 (2003).

Micron. (1)

R. Gauderon, P. B. Lukins, and C. J. R. Sheppard, Micron. 32, 685 (2001).

Opt. Commun. (2)

R. Hellwarth and P. Christensen, Opt. Commun. 12, 318 (1974).

E. Georgiou, T. Theodossiou, V. Hovhannisya, K. Politopoulos, G. S. Rapti, and D. Yova, Opt. Commun. 176, 253 (2000).

Opt. Quantum Electron. (1)

J. N. Gannaway and C. J. R. Sheppard, Opt. Quantum Electron. 10, 435 (1978).

Phys. Rev. Lett. (1)

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).

Proc. Natl. Acad. Sci. (1)

W. R. Zipfel, R. M. Williams, R. Christie, A. Y. Nitikin, B. T. Hyman, and W. W. Webb, Proc. Natl. Acad. Sci. 100, 7075 (2003).

Proc. SPIE (1)

P. Xu, G. Cox, J. Ramshaw, P. Lukins, and C. Sheppard, Proc. SPIE 5323, 343 (2004).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.