2017年10月6日 – 科學(xué)家已經(jīng)用重疊激光器創(chuàng)造了自由流動(dòng)的空氣粒子的全息圖像?？茖W(xué)家用一個(gè)綠色激光器來(lái)測(cè)量光的偏轉(zhuǎn)，以及用一個(gè)能夠主觀分析一系列例子形狀的紅色激光器來(lái)提供3D圖像，這能為測(cè)量自用流動(dòng)的懸浮顆粒的逆向問(wèn)題提供一個(gè)解決方案。

部分原因是在自用流動(dòng)粒子的測(cè)量中的波相位的信息的缺失，因此沒(méi)有任何推斷是唯一的，這個(gè)就是被稱(chēng)為逆向問(wèn)題的難題。在另一種方法中，科學(xué)家使用了可以把波相位信息編入測(cè)量值中的數(shù)字全息術(shù)。

堪薩斯州立大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)使用數(shù)字全息和空間濾波來(lái)表明一個(gè)測(cè)量的散射模式可以跟粒子的大小、形狀和定向有非常獨(dú)特的聯(lián)系。自由流動(dòng)粒子在粗式氣溶膠（CMA）尺寸范圍中以及其散射模式的圖像可以同時(shí)獲得，這使得科學(xué)家能夠?qū)y(cè)量模式與大小、形狀、方向的粒子性質(zhì)聯(lián)系到一起而無(wú)需假設(shè)。

圖片：兩個(gè)重疊激光器正在幫助堪薩斯州立大學(xué)的研究者們創(chuàng)造自由流動(dòng)粒子的全息圖像，這能幫助氣象學(xué)家和生化武器監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)空氣中的成分 —— 圖片版權(quán)所屬：堪薩斯州立大學(xué)

通過(guò)全息法的“事后”聚焦能力，捕獲或嚴(yán)密控制粒子的流動(dòng)便不再有必要。如果在測(cè)量期間在感測(cè)區(qū)域中存在多個(gè)粒字，則每顆粒子可以稍后從單全息測(cè)量進(jìn)行聚焦，這種能力可以用來(lái)粗略估計(jì)單個(gè)粒子的3D架構(gòu)。

在這個(gè)研究之前，因?yàn)椴蹲揭活w粒子并在顯微鏡下觀察它會(huì)使其物理形態(tài)或大小發(fā)生改變，當(dāng)時(shí)學(xué)者們還不能客觀地定義自由流動(dòng)的氣溶膠顆粒。

綠激光可以用來(lái)測(cè)量光的偏轉(zhuǎn)（左）；通過(guò)紅色激光，科學(xué)家們可以得到一個(gè)可以主觀地分析各種的粒子形狀的3D圖像（中）；右邊的SEM圖像是來(lái)自電子顯微鏡下的畫(huà)面，是一個(gè)代表性的粒子。 —— 圖片版權(quán)所屬：堪薩斯州立大學(xué)

“我們都見(jiàn)過(guò)在空氣中浮動(dòng)的小塊顆粒，而人們也想要了解這些顆粒是由什么構(gòu)成的，但是如果我們干擾了它們，這些顆?？赡芫蜁?huì)改變它們的形態(tài)，” Matthew Berg教授如此說(shuō)道。“在這之前，沒(méi)有任何特別的和有把握的方式在粒子的自然形態(tài)中去確認(rèn)它們的大小和形狀的性質(zhì)，而我們做到了，我們解決了逆向問(wèn)題。
 

“我們確認(rèn)了兩種性質(zhì) 一一 形狀和大小，這是我們一直以來(lái)想要達(dá)成的事情” Berg教授說(shuō)。

仍有一些粒子特性沒(méi)有從這個(gè)方法中揭示開(kāi)來(lái)，這些未知的特性阻礙了構(gòu)建一個(gè)完整的解決逆向問(wèn)題的方案。最主要的是全息影像并沒(méi)有提供折射率，而目前科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有測(cè)試的是從全息圖中得到的散射的波相位信息能否用來(lái)確定折射率的數(shù)值。

研究團(tuán)隊(duì)正在設(shè)法把激光裝置裝到無(wú)人機(jī)上，以在大氣層中測(cè)量自由流動(dòng)的氣溶膠顆粒。

“如果我們考慮大氣科學(xué)，他們想知道浮在大氣中的顆粒的大小和形狀，”Berg說(shuō)。 “這些信息可以幫助氣候科學(xué)家解釋這些顆粒將多少陽(yáng)光散射回太空或吸收，如果它們吸收了陽(yáng)光，它會(huì)以多大的量加熱周?chē)拇髿狻?rdquo;