Методическая статья

Выявление скрытой динамики естественных фотонных структур с помощью голографической визуализации

DOI:

10.3791/63676

⸱

31 марта 2022 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Institute of Physics, Photonics Center, University of Belgrade, 2Faculty of Mechanical Engineering, University of Belgrade, 3Institute of Chemistry, Technology and Metallurgy, University of Belgrade, 4School of Physics, University of Exeter, 5Department of Physics & Namur Institute of Structured Matter (NISM), University of Namur, 6Chemistry Department, Laboratory of Molecular Imaging and Photonics, KULeuven, 7Université de Mons

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Работа в первую очередь ориентирована на комбинированную мощность оптических (линейных и нелинейных) и голографических методов, используемых для выявления явлений на наноуровне. Результаты, полученные в результате исследований биофотонных и колебательных химических реакций, приведены в качестве репрезентативных примеров, подчеркивающих способность голографии выявлять динамику на наноуровне.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В этом методе используется потенциал оптики и голографии для раскрытия скрытых деталей динамического отклика естественной системы на наноуровне. В первой части представлены оптические и голографические исследования природных фотонных структур, а также условия появления фотофоретического эффекта, а именно смещения или деформации наноструктуры за счет светоиндуцированного теплового градиента, на наноуровне. Этот эффект выявляется с помощью цифровой голографической интерферометрии в режиме реального времени, контролирующей деформацию чешуек, покрывающих крылья насекомых, индуцированную температурой. Экспериментально продемонстрирована и подтверждена связь между геометрией и нанокорругированием, приводящая к возникновению фотофоретического эффекта. Во второй части показано, как голография может быть потенциально использована для раскрытия скрытых деталей в химической системе с нелинейной динамикой, таких как явление фазового перехода, которое происходит в сложной колебательной реакции Бриггса-Раушера (BR). Представленный потенциал голографии на наноуровне может открыть огромные возможности для контроля и формирования фотофоретического эффекта и формирования паттернов для различных применений, таких как улавливание и левитация частиц, включая движение несгоревших углеводородов в атмосфере и разделение различных аэрозолей, разложение микропластика и фракционирование частиц в целом, а также оценку температуры и теплопроводности частиц топлива микронного размера.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Чтобы полностью понять и заметить все уникальные явления в наномире, крайне важно использовать методы, которые способны раскрыть все детали, касающиеся структур и динамики на наноуровне. На этом счету представлено уникальное сочетание линейных и нелинейных методов в сочетании с силой голографии для выявления динамики системы на наноуровне.

Описанную голографическую технику можно рассматривать как метод тройного воспроизведения (rec — аббревиатура для записи), так как в данный момент времени сигнал одновременно записывается фотокамерой, тепловизионной камерой и интерферометром. Линейная и нелинейная оптическая спектроск....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Предварительная характеристика

  1. Выполните полную предварительную характеристику образца.
    1. Проведите все эксперименты на сухих образцах, приобретенных из коммерческого источника. Храните образцы в лаборатории, в сухом и темном месте, при комнатной температуре.
    2. Перед голографическими измерениями выполните полную характеристику образца с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), линейной оптической спектроскопии и нелинейной оптической микроскопии (NOM)10 (рисунок 1).
    3. Помимо оптических свойств образцов, измеренных линейными методами, собирают дополнит....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Фотофоретический эффект был индуцирован и контролировался в первом эксперименте на крыле бабочки Morpho menelaus 5. Эффект был инициирован действием светодиодных лазеров разной длины волны (450 нм, 532 нм, 660 нм, 980 нм). Здесь использовались крылья от бабочки I. lathonia 14 . После процедуры записи изображение голограммы было реконструировано.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В представленном биофотонном исследовании показано, что новый голографический метод может быть использован для обнаружения минимального морфологического смещения или деформации, вызванной низкоуровневым тепловым излучением.

Наиболее важным этапом голографического измерения с биологическими образцами является этап подготовки. Подготовка образца (резка/склеивание в соответствии с размером держателя) зависит от механических свойств образца, и невозможно иметь стандартный протокол для этого этапа........

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

M.S.P., D.G., D.V. и B.K. признают поддержку биологических и биоинспирированных структур для мультиспектрального наблюдения, финансируемых НАТО SPS (NATO Science for Peace and Security) 2019-2022. B.K., D.V., B.B., D.G. и M.S.P. признают финансирование, предоставленное Институтом физики Белграда через институциональное финансирование Министерства образования, науки и технологического развития Республики Сербия. Кроме того, Б.К. признает поддержку со стороны F R S - FNRS. М.. выражает поддержку со стороны Министерства образования, науки и технологического развития Республики Сербия, контракт No 451-03-9/2021-14/200026. С. Р. М. был поддержан стипендией BEWARE Валлонско....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Активная виброизоляция, четыре оптических опорыстола ThorlabsPTR502Высокая грузоподъемность: 2 500 кг, высота 600 мм
КюветаСтандартная стеклянная кювета
Голографическая камера (оптическая камера для голографии)CannonEOS 50DРазмер сенсора 22,3 x 14,9 мм; Шаг пикселя 4.69 & микро; m; Максимальное разрешение 4752 x 3168; Формат файла JPEG
Перекись водорода, H2O2Merck (Darmstadt, Germany)
LaserLaser QuantumTorus 532 laserДлина волны 532 нм; Мощность 390 мВт; Длина когерентности 10 м
Светодиодные лазеры
Малоновая кислота, C3H4O4Acrfigure-materials-1s Organics (Geel, Бельгия)
Сульфат марганца,  MnSO4Fluka (Buchs, Швейцария)Нелинейный
оптический микроскопIPB
Оптические принадлежностиThorlab
Оптический спектроскоп
Оптический столThorlabsTOP450II PTR52509размерами 2000*1250*310 мм
Хлорная кислота, HClO4Merck (Дармштадт, Германия)
Йодат калия, KIO3Merck (Дармштадт, Германия)
Программное обеспечениедля домашней сборки от одного из авторов: Душана Груича. Данное программное обеспечение было выполнено в рамках частичного выполнения требований, предъявляемых к кандидату наук д.г.
Тепловизионная камераFlirA65640х512 пикселей; Тепловое разрешение 50 мК
ВидеокамераNikon1v318.4 Мпиксель; 60 к/с

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Pietrzyk, D. J., Frank, C. W. Development of an analytical method. Analytical Chemistry. , 10-19 (1979).
  2. Ostrovsky, Y. I., Shchepinov, V. P., Yakovlev, V. V. Holographic Interferometry in Experimental Mechanics. 60, Springer. (2013).
  3. Pedrini, G., Osten, W., Gusev, M. E.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи