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2017年10月6日 – 科學家已經用重疊激光器創造了自由流動的空氣粒子的全息圖像。科學家用一個綠色激光器來測量光的偏轉，以及用一個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，這能為測量自用流動的懸浮顆粒的逆向問題提供一個解決方案。

部分原因是在自用流動粒子的測量中的波相位的信息的缺失，因此沒有任何推斷是唯一的，這個就是被稱為逆向問題的難題。在另一種方法中，科學家使用了可以把波相位信息編入測量值中的數字全息術。

堪薩斯州立大學的一個團隊使用數字全息和空間濾波來表明一個測量的散射模式可以跟粒子的大小、形狀和定向有非常獨特的聯系。自由流動粒子在粗式氣溶膠（CMA）尺寸范圍中以及其散射模式的圖像可以同時獲得，這使得科學家能夠將測量模式與大小、形狀、方向的粒子性質聯系到一起而無需假設。

圖片：兩個重疊激光器正在幫助堪薩斯州立大學的研究者們創造自由流動粒子的全息圖像，這能幫助氣象學家和生化武器監測器監測空氣中的成分 —— 圖片版權所屬：堪薩斯州立大學

通過全息法的“事后”聚焦能力，捕獲或嚴密控制粒子的流動便不再有必要。如果在測量期間在感測區域中存在多個粒字，則每顆粒子可以稍后從單全息測量進行聚焦，這種能力可以用來粗略估計單個粒子的3D架構。

在這個研究之前，因為捕捉一顆粒子并在顯微鏡下觀察它會使其物理形態或大小發生改變，當時學者們還不能客觀地定義自由流動的氣溶膠顆粒。

綠激光可以用來測量光的偏轉（左）；通過紅色激光，科學家們可以得到一個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，是一個代表性的粒子。 —— 圖片版權所屬：堪薩斯州立大學

“我們都見過在空氣中浮動的小塊顆粒，而人們也想要了解這些顆粒是由什么構成的，但是如果我們干擾了它們，這些顆粒可能就會改變它們的形態，” 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中去確認它們的大小和形狀的性質，而我們做到了，我們解決了逆向問題。
 

“我們確認了兩種性質 一一 形狀和大小，這是我們一直以來想要達成的事情” Berg教授說。

仍有一些粒子特性沒有從這個方法中揭示開來，這些未知的特性阻礙了構建一個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，而目前科學家在實驗中沒有測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值。

研究團隊正在設法把激光裝置裝到無人機上，以在大氣層中測量自由流動的氣溶膠顆粒。

“如果我們考慮大氣科學，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，它會以多大的量加熱周圍的大氣。”