2017年10月6日 – 科学家已经用重叠激光器创造了自由流动的空气粒子的全息图像。科学家用一个绿色激光器来测量光的偏转，以及用一个能够主观分析一系列例子形状的红色激光器来提供3D图像，这能为测量自用流动的悬浮颗粒的逆向问题提供一个解决方案。

部分原因是在自用流动粒子的测量中的波相位的信息的缺失，因此没有任何推断是唯一的，这个就是被称为逆向问题的难题。在另一种方法中，科学家使用了可以把波相位信息编入测量值中的数字全息术。

堪萨斯州立大学的一个团队使用数字全息和空间滤波来表明一个测量的散射模式可以跟粒子的大小、形状和定向有非常独特的联系。自由流动粒子在粗式气溶胶（CMA）尺寸范围中以及其散射模式的图像可以同时获得，这使得科学家能够将测量模式与大小、形状、方向的粒子性质联系到一起而无需假设。

图片：两个重叠激光器正在帮助堪萨斯州立大学的研究者们创造自由流动粒子的全息图像，这能帮助气象学家和生化武器监测器监测空气中的成分 —— 图片版权所属：堪萨斯州立大学

通过全息法的“事后”聚焦能力，捕获或严密控制粒子的流动便不再有必要。如果在测量期间在感测区域中存在多个粒字，则每颗粒子可以稍后从单全息测量进行聚焦，这种能力可以用来粗略估计单个粒子的3D架构。

在这个研究之前，因为捕捉一颗粒子并在显微镜下观察它会使其物理形态或大小发生改变，当时学者们还不能客观地定义自由流动的气溶胶颗粒。

绿激光可以用来测量光的偏转（左）；通过红色激光，科学家们可以得到一个可以主观地分析各种的粒子形状的3D图像（中）；右边的SEM图像是来自电子显微镜下的画面，是一个代表性的粒子。 —— 图片版权所属：堪萨斯州立大学

“我们都见过在空气中浮动的小块颗粒，而人们也想要了解这些颗粒是由什么构成的，但是如果我们干扰了它们，这些颗粒可能就会改变它们的形态，” Matthew Berg教授如此说道。“在这之前，没有任何特别的和有把握的方式在粒子的自然形态中去确认它们的大小和形状的性质，而我们做到了，我们解决了逆向问题。

“我们确认了两种性质 一一 形状和大小，这是我们一直以来想要达成的事情” Berg教授说。

仍有一些粒子特性没有从这个方法中揭示开来，这些未知的特性阻碍了构建一个完整的解决逆向问题的方案。最主要的是全息影像并没有提供折射率，而目前科学家在实验中没有测试的是从全息图中得到的散射的波相位信息能否用来确定折射率的数值。

研究团队正在设法把激光装置装到无人机上，以在大气层中测量自由流动的气溶胶颗粒。

“如果我们考虑大气科学，他们想知道浮在大气中的颗粒的大小和形状，”Berg说。 “这些信息可以帮助气候科学家解释这些颗粒将多少阳光散射回太空或吸收，如果它们吸收了阳光，它会以多大的量加热周围的大气。”

翻译/Nick
原文出处: Photonics
https://www.photonics.com/Article.aspx?AID=62620&refer=picks