Aufdecken verborgener Dynamiken natürlicher photonischer Strukturen mit holographischer Bildgebung

Dies ist nach unserem besten Wissen das erste Mal, dass holographische Technik verwendet wurde, um das Foto auf Rennen bei Insektenzwillingen und den Gesichtsübergang unter Nichtgleichgewichtsbedingungen zu überwachen. Der Vorteil dieser nicht-invasiven Technik liegt darin, dass sie keine nennenswerten Störungen des Systems verursacht. Dies ist beispielsweise für Nichtgleichgewichtsstudien von großer Bedeutung.

Nichtlineare Optik und Holographie geben Einblick in komplex organisierte Strukturen, denen wir in allen wissenschaftlichen Disziplinen begegnen. Dies sind zerstörungsfreie Techniken, die in der Lage sind, solche Strukturen auf einer Submikrometerskala zu untersuchen. Kenntnisse der Wellen- und geometrischen Optik sind notwendig, um den Aufbau vorzubereiten, während die Analyse auf dem Wissen der Physik basiert, das Experiment selbst, es ist einfacher durchzuführen.

Da die vorgestellten Experimente unvollständig dunkel durchgeführt werden, ist die Möglichkeit, der visuellen Signatur zu folgen, für die beschriebene Studie von entscheidender Bedeutung.Um eine vollständige Probencharakterisierung durch Rasterelektronenmikroskop, lineare optische Spektroskopie und nichtlineare optische Mikroskopie durchzuführen. Schalten Sie nach dem Einstellen der Raumtemperatur den Laser ein und überprüfen Sie die Ausrichtung der optischen Elemente. Richten Sie dann den Laserstrahl perfekt auf den konkaven Spiegel aus.

Überprüfen und justieren Sie anschließend die Position des optischen Strahlexpanders. Als nächstes bestimmen Sie den Balkenteil, der auf die Probe trifft, und stellen Sie sicher, dass er einen Reflexstrahl bildet. Überprüfen Sie, ob der Rest des Strahls auf einem sphärischen Spiegel gesammelt wird, um den Referenzstrahl zu erzeugen.

Und auch der Detektor wird innerhalb der Interferenzzone der beiden spezifizierten Strahlen platziert. Richten Sie eine optische Fotokamera für das holographische Experiment ein. Und eine weitere, um sichtbare Veränderungen in der Briggs-Rauscher-Reaktion zu sehen.

Stellen Sie zusätzlich eine Wärmebildkamera mit einer thermischen Auflösung von 50 Milli Kelvin und einer Brennweite von 13 Millimetern ein. Um die Probe für die Überwachung chemischer Reaktionen vorzubereiten, legen Sie eine Stütze mit einer flachen Klebefläche auf den optischen Tisch, auf dem die Küvette oder das Gefäß platziert wird. Dann füllen Sie die Reaktanden in die Küvette und mischen Sie die Küvette mit unterschiedlichen Volumina und Konzentrationen ein, um sicherzustellen, dass das Gesamtvolumen in der Küvette 2,5 Milliliter beträgt.

Als nächstes platzieren Sie es auf der Unterstützung im Setup. Nachdem Sie die externen Lichter ausgeschaltet haben, synchronisieren Sie die Kameras mit einem ausgewählten Intervall. Drücken Sie dann die Aufnahmetasten und induzieren Sie dynamische Änderungen im interessierenden System.

Als nächstes beobachten Sie das holographische Experiment. Sprechen Sie dann das Ende des Prozesses aus und speichern Sie die Ergebnisse. Um das Sondenhologramm auf entsprechende Einstellungen zu überprüfen, wählen Sie ein Hologramm aus und erstellen Sie eine Rekonstruktion, indem Sie auf die Schaltfläche Rekonstruieren klicken.

Ändern Sie anschließend die Einstellungen, um das beste Bild zu erzielen, und wiederholen Sie die Rekonstruktion, während Sie die Schritte wiederholen, bis die besten Einstellungen definiert sind. Um die Rekonstruktionen durchzuführen, wählen Sie alle Hologramme aus und wenden Sie die gewünschten Parameter für die numerische Rekonstruktion von Hologrammen an. Führen Sie dann die Rekonstruktionen mit der Rekonstruktionsschaltfläche und dem Interferogramm durch, indem Sie die Dateinamen in das Feld Start mit/Ende mit einfügen und dann, indem Sie auf die Schaltfläche Batch klicken.

Führen Sie eine visuelle Analyse durch, indem Sie nach sichtbaren Änderungen im Interferenzmuster suchen. Und versuchen Sie, die Veränderungen im Interferenzmuster mit den Ergebnissen optischer und thermischer Messungen abzugleichen. Als nächstes führen Sie ein Kreuzverhör durch, indem Sie die Bilder sowohl der optischen als auch der Wärmebildkameras mit den holographischen Rekonstruktionen visuell analysieren, um die Dynamik auf der Nanoskala aufzudecken.

Im Falle der B.R-Reaktion zeigt die Analyse von Interferogrammen eine Veränderung des Randmusters im genauen Moment eines Phasenübergangs. Die Ergebnisse sind von besonderer Bedeutung, da die optische interferometrische Methode keine signifikante Störung des Systems verursacht, was für die Nichtgleichgewichtsstudien von entscheidender Bedeutung ist. Zusätzlich wurde die holographische Rekonstruktion für Wings of Butterfly, Azoria Lithonia, durchgeführt, die mit Laserlicht bei 450, 532 und 980 Nanometern bestrahlt wurde.

Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Wechselwirkung von Nanostrukturen mit Licht eine Verschiebung auf der Nanoskala innerhalb der Gewebe erzeugt, die das interferometrische Muster beeinflussen. Diese vorgestellte Technik eröffnet die Möglichkeit, verschiedene Dynamiken und Selbstorganisationsprozesse für die verschiedenen Systeme auf der Nano- und Mesoskala aufzudecken.