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，因此沒有任何推斷是唯一的，這個(gè)就是被稱為逆向問題的難題。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。

綠激光可以用來測(cè)量光的偏轉(zhuǎn)（左）；通過紅色激光，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圖像是來自電子顯微鏡下的畫面，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)

“我們都見過在空氣中浮動(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教授如此說道。“在這之前，沒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，這是我們一直以來想要達(dá)成的事情” Berg教授說。

仍有一些粒子特性沒有從這個(gè)方法中揭示開來，這些未知的特性阻礙了構(gòu)建一個(gè)完整的解決逆向問題的方案。最主要的是全息影像并沒有提供折射率，而目前科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中沒有測(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。 “這些信息可以幫助氣候科學(xué)家解釋這些顆粒將多少陽光散射回太空或吸收，如果它們吸收了陽光，它會(huì)以多大的量加熱周圍的大氣。”