Abstract

The angular dependence of the hyper-Rayleigh scattered light intensity from a suspension of bacteriorhodopsin has been analyzed. The observation calls for combination of the second-order nonlinear hyperpolarizability of the retinal chromophore with the linear refractive index of the apo-protein matrix. The structuring of the small nonlinear chromophore in the large linear matrix imparts properties of a photonic bandgap to bacteriorhodopsin.

© 2000 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
    [Crossref]
  2. J. D. Joannopoulos, P. R. Villeneuve, and S. Fan, Nature 386, 143 (1997).
    [Crossref]
  3. S. E. Barkou, J. Broeng, and A. Bjarklev, Opt. Lett. 24, 46 (1999).
    [Crossref]
  4. J. G. Fleming and S.-Y. Lin, Opt. Lett. 24, 49 (1999).
    [Crossref]
  5. J. C. Knight, J. Broeng, T. A. Birks, and P. St. J. Russell, Science 282, 1476 (1998).
    [Crossref] [PubMed]
  6. R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, Science 285, 1537 (1999).
    [Crossref] [PubMed]
  7. O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
    [Crossref] [PubMed]
  8. J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalán, Appl. Phys. Lett. 70, 702 (1997).
    [Crossref]
  9. R. B. Birge, Biochim. Biophys. Acta 1016, 293 (1990).
    [Crossref] [PubMed]
  10. E. Hendrickx, K. Clays, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, J. Am. Chem. Soc. 117, 3547 (1995).
    [Crossref]
  11. K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, T. Verbiest, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, Science 262, 1419 (1993).
    [Crossref] [PubMed]
  12. P. K. Schmidt and G. W. Rayfield, Appl. Opt. 33, 4286 (1994).
    [Crossref] [PubMed]
  13. P. Allcock, D. L. Andrews, S. R. Meech, and A. J. Wigman, Phys. Rev. A 53, 2788 (1996).
    [Crossref] [PubMed]
  14. E. Hendrickx, A. Vinckier, K. Clays, and A. Persoons, J. Phys. Chem. 100, 19672 (1996).
  15. K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, and A. Persoons, J. Mol. Liq. 67, 133 (1995).
    [Crossref]
  16. K. Clays and A. Persoons, Phys. Rev. Lett. 66, 2980 (1991).
    [Crossref] [PubMed]
  17. A. B. Myers and R. B. Birge, J. Am. Chem. Soc. 103, 1881 (1981).
    [Crossref]
  18. J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalan, Phys. Rev. A 55, 4520 (1997).
    [Crossref]

1999 (4)

S. E. Barkou, J. Broeng, and A. Bjarklev, Opt. Lett. 24, 46 (1999).
[Crossref]

J. G. Fleming and S.-Y. Lin, Opt. Lett. 24, 49 (1999).
[Crossref]

R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, Science 285, 1537 (1999).
[Crossref] [PubMed]

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[Crossref] [PubMed]

1998 (1)

J. C. Knight, J. Broeng, T. A. Birks, and P. St. J. Russell, Science 282, 1476 (1998).
[Crossref] [PubMed]

1997 (4)

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

J. D. Joannopoulos, P. R. Villeneuve, and S. Fan, Nature 386, 143 (1997).
[Crossref]

J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalán, Appl. Phys. Lett. 70, 702 (1997).
[Crossref]

J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalan, Phys. Rev. A 55, 4520 (1997).
[Crossref]

1996 (2)

P. Allcock, D. L. Andrews, S. R. Meech, and A. J. Wigman, Phys. Rev. A 53, 2788 (1996).
[Crossref] [PubMed]

E. Hendrickx, A. Vinckier, K. Clays, and A. Persoons, J. Phys. Chem. 100, 19672 (1996).

1995 (2)

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, and A. Persoons, J. Mol. Liq. 67, 133 (1995).
[Crossref]

E. Hendrickx, K. Clays, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, J. Am. Chem. Soc. 117, 3547 (1995).
[Crossref]

1994 (1)

1993 (1)

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, T. Verbiest, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, Science 262, 1419 (1993).
[Crossref] [PubMed]

1991 (1)

K. Clays and A. Persoons, Phys. Rev. Lett. 66, 2980 (1991).
[Crossref] [PubMed]

1990 (1)

R. B. Birge, Biochim. Biophys. Acta 1016, 293 (1990).
[Crossref] [PubMed]

1981 (1)

A. B. Myers and R. B. Birge, J. Am. Chem. Soc. 103, 1881 (1981).
[Crossref]

Allan, D. C.

R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, Science 285, 1537 (1999).
[Crossref] [PubMed]

Allcock, P.

P. Allcock, D. L. Andrews, S. R. Meech, and A. J. Wigman, Phys. Rev. A 53, 2788 (1996).
[Crossref] [PubMed]

Andrews, D. L.

P. Allcock, D. L. Andrews, S. R. Meech, and A. J. Wigman, Phys. Rev. A 53, 2788 (1996).
[Crossref] [PubMed]

Barkou, S. E.

Birge, R. B.

R. B. Birge, Biochim. Biophys. Acta 1016, 293 (1990).
[Crossref] [PubMed]

A. B. Myers and R. B. Birge, J. Am. Chem. Soc. 103, 1881 (1981).
[Crossref]

Birks, T. A.

R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, Science 285, 1537 (1999).
[Crossref] [PubMed]

J. C. Knight, J. Broeng, T. A. Birks, and P. St. J. Russell, Science 282, 1476 (1998).
[Crossref] [PubMed]

Bjarklev, A.

Brédas, J.-L.

E. Hendrickx, K. Clays, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, J. Am. Chem. Soc. 117, 3547 (1995).
[Crossref]

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, T. Verbiest, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, Science 262, 1419 (1993).
[Crossref] [PubMed]

Broeng, J.

S. E. Barkou, J. Broeng, and A. Bjarklev, Opt. Lett. 24, 46 (1999).
[Crossref]

J. C. Knight, J. Broeng, T. A. Birks, and P. St. J. Russell, Science 282, 1476 (1998).
[Crossref] [PubMed]

Clays, K.

E. Hendrickx, A. Vinckier, K. Clays, and A. Persoons, J. Phys. Chem. 100, 19672 (1996).

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, and A. Persoons, J. Mol. Liq. 67, 133 (1995).
[Crossref]

E. Hendrickx, K. Clays, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, J. Am. Chem. Soc. 117, 3547 (1995).
[Crossref]

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, T. Verbiest, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, Science 262, 1419 (1993).
[Crossref] [PubMed]

K. Clays and A. Persoons, Phys. Rev. Lett. 66, 2980 (1991).
[Crossref] [PubMed]

Corbalan, R.

J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalan, Phys. Rev. A 55, 4520 (1997).
[Crossref]

Corbalán, R.

J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalán, Appl. Phys. Lett. 70, 702 (1997).
[Crossref]

Cregan, R. F.

R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, Science 285, 1537 (1999).
[Crossref] [PubMed]

Dapkus, P. D.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[Crossref] [PubMed]

Dehu, C.

E. Hendrickx, K. Clays, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, J. Am. Chem. Soc. 117, 3547 (1995).
[Crossref]

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, T. Verbiest, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, Science 262, 1419 (1993).
[Crossref] [PubMed]

Fan, S.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

J. D. Joannopoulos, P. R. Villeneuve, and S. Fan, Nature 386, 143 (1997).
[Crossref]

Ferrera, J.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

Fleming, J. G.

Foresi, J. S.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

Hendrickx, E.

E. Hendrickx, A. Vinckier, K. Clays, and A. Persoons, J. Phys. Chem. 100, 19672 (1996).

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, and A. Persoons, J. Mol. Liq. 67, 133 (1995).
[Crossref]

E. Hendrickx, K. Clays, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, J. Am. Chem. Soc. 117, 3547 (1995).
[Crossref]

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, T. Verbiest, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, Science 262, 1419 (1993).
[Crossref] [PubMed]

Ippen, E. I.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

Joannopoulos, J. D.

J. D. Joannopoulos, P. R. Villeneuve, and S. Fan, Nature 386, 143 (1997).
[Crossref]

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

Kim, I.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[Crossref] [PubMed]

Kimerling, L. C.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

Knight, J. C.

R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, Science 285, 1537 (1999).
[Crossref] [PubMed]

J. C. Knight, J. Broeng, T. A. Birks, and P. St. J. Russell, Science 282, 1476 (1998).
[Crossref] [PubMed]

Lee, R. K.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[Crossref] [PubMed]

Lin, S.-Y.

Mangan, B. J.

R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, Science 285, 1537 (1999).
[Crossref] [PubMed]

Martorell, J.

J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalán, Appl. Phys. Lett. 70, 702 (1997).
[Crossref]

J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalan, Phys. Rev. A 55, 4520 (1997).
[Crossref]

Meech, S. R.

P. Allcock, D. L. Andrews, S. R. Meech, and A. J. Wigman, Phys. Rev. A 53, 2788 (1996).
[Crossref] [PubMed]

Myers, A. B.

A. B. Myers and R. B. Birge, J. Am. Chem. Soc. 103, 1881 (1981).
[Crossref]

O’Brien, J. D.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[Crossref] [PubMed]

Painter, O.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[Crossref] [PubMed]

Persoons, A.

E. Hendrickx, A. Vinckier, K. Clays, and A. Persoons, J. Phys. Chem. 100, 19672 (1996).

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, and A. Persoons, J. Mol. Liq. 67, 133 (1995).
[Crossref]

E. Hendrickx, K. Clays, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, J. Am. Chem. Soc. 117, 3547 (1995).
[Crossref]

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, T. Verbiest, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, Science 262, 1419 (1993).
[Crossref] [PubMed]

K. Clays and A. Persoons, Phys. Rev. Lett. 66, 2980 (1991).
[Crossref] [PubMed]

Rayfield, G. W.

Roberts, P. J.

R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, Science 285, 1537 (1999).
[Crossref] [PubMed]

Russell, P. St. J.

R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, Science 285, 1537 (1999).
[Crossref] [PubMed]

J. C. Knight, J. Broeng, T. A. Birks, and P. St. J. Russell, Science 282, 1476 (1998).
[Crossref] [PubMed]

Scherer, A.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[Crossref] [PubMed]

Schmidt, P. K.

Smith, H. I.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

Steinmeyer, G.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

Thoen, E. R.

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

Triest, M.

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, and A. Persoons, J. Mol. Liq. 67, 133 (1995).
[Crossref]

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, T. Verbiest, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, Science 262, 1419 (1993).
[Crossref] [PubMed]

Verbiest, T.

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, T. Verbiest, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, Science 262, 1419 (1993).
[Crossref] [PubMed]

Vilaseca, R.

J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalán, Appl. Phys. Lett. 70, 702 (1997).
[Crossref]

J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalan, Phys. Rev. A 55, 4520 (1997).
[Crossref]

Villeneuve, P. R.

J. D. Joannopoulos, P. R. Villeneuve, and S. Fan, Nature 386, 143 (1997).
[Crossref]

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

Vinckier, A.

E. Hendrickx, A. Vinckier, K. Clays, and A. Persoons, J. Phys. Chem. 100, 19672 (1996).

Wigman, A. J.

P. Allcock, D. L. Andrews, S. R. Meech, and A. J. Wigman, Phys. Rev. A 53, 2788 (1996).
[Crossref] [PubMed]

Yariv, A.

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[Crossref] [PubMed]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (1)

J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalán, Appl. Phys. Lett. 70, 702 (1997).
[Crossref]

Biochim. Biophys. Acta (1)

R. B. Birge, Biochim. Biophys. Acta 1016, 293 (1990).
[Crossref] [PubMed]

J. Am. Chem. Soc. (2)

E. Hendrickx, K. Clays, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, J. Am. Chem. Soc. 117, 3547 (1995).
[Crossref]

A. B. Myers and R. B. Birge, J. Am. Chem. Soc. 103, 1881 (1981).
[Crossref]

J. Mol. Liq. (1)

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, and A. Persoons, J. Mol. Liq. 67, 133 (1995).
[Crossref]

J. Phys. Chem. (1)

E. Hendrickx, A. Vinckier, K. Clays, and A. Persoons, J. Phys. Chem. 100, 19672 (1996).

Nature (2)

J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan, J. D. Joannopoulos, L. C. Kimerling, H. I. Smith, and E. I. Ippen, Nature 390, 143 (1997).
[Crossref]

J. D. Joannopoulos, P. R. Villeneuve, and S. Fan, Nature 386, 143 (1997).
[Crossref]

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. A (2)

J. Martorell, R. Vilaseca, and R. Corbalan, Phys. Rev. A 55, 4520 (1997).
[Crossref]

P. Allcock, D. L. Andrews, S. R. Meech, and A. J. Wigman, Phys. Rev. A 53, 2788 (1996).
[Crossref] [PubMed]

Phys. Rev. Lett. (1)

K. Clays and A. Persoons, Phys. Rev. Lett. 66, 2980 (1991).
[Crossref] [PubMed]

Science (4)

J. C. Knight, J. Broeng, T. A. Birks, and P. St. J. Russell, Science 282, 1476 (1998).
[Crossref] [PubMed]

R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, Science 285, 1537 (1999).
[Crossref] [PubMed]

O. Painter, R. K. Lee, A. Scherer, A. Yariv, J. D. O’Brien, P. D. Dapkus, and I. Kim, Science 284, 1819 (1999).
[Crossref] [PubMed]

K. Clays, E. Hendrickx, M. Triest, T. Verbiest, A. Persoons, C. Dehu, and J.-L. Brédas, Science 262, 1419 (1993).
[Crossref] [PubMed]

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.


Figures (1)

Fig. 1
Fig. 1

Open circles, angular dependence of the second-order scattered light intensity (hyper-Rayleigh scattering from 1064 to 532 nm) for a suspension of purple membrane patches of bacteriorhodopsin (formal concentration, 2.8 µM) before any solubilization has taken place by the Triton X-100 in an acetate buffer. Forward direction, 180°. Solid curve, best fit to the sum of the incoherent background and the coherent contribution. The latter is best described by the combination of the hyperpolarizability of the retinal with the refractive index of the apo-protein.

Metrics