|
Разработали съедобные голограммы
|
|
|
|
Физики разработали методику создания голографических изображений на съедобных сахарных пластинках из кукурузного сиропа и ванильного экстракта. Для оптимизации созданной техники ученые исследовали оптические свойства сахарных дифракционных решеток, а также продемонстрировали возможный вид получаемых таким образом голограмм. Потенциально такая технология может быть использована в пищевой промышленности в целом ряде задач: к примеру, как в качестве украшения кондитерских изделий, так и для проверки состава продукта. Статья опубликована в журнале ACS Nano.
|
|
|
|
Оптическая голограмма, в отличие от обычной фотографии, хранит в себе информацию не только о цвете и интенсивности регистрируемого света, но и фазах волн, приходящих от интересующего нас объекта. Это возможно благодаря тому, что в ходе записи голограммы на регистрирующую пластинку направляются одновременно две волны света от одного источника: одна (опорная) сразу же попадает на фотопластинку или иной регистрирующий материал, а другая (объектная) предварительно отражается от предмета, который хочется запечатлеть.
|
|
|
В результате интерференции этих двух волн в материале будущей голограммы возникают области максимумов и минимумов интенсивности падающего на нее светового поля, которые превращают фоточувствительную пластинку в замысловатую дифракционную решетку. Если таким образом записать голограмму, а затем посветить на нее опорной волной с теми же характеристиками, что и при записи, то в ходе дифракции при взаимодействии с фотопластинкой эта волна преобразуется в копию искомой объектной волны. То есть на выходе наблюдатель увидит объемное изображение исходного объекта.
|
|
|
|
Помимо очевидного преимущества голографии в полноте записываемой информации об объекте, у такого метода регистрации изображения есть еще одна особенность: даже маленькая часть голограммы (к примеру, после ее повреждения или раздробления на маленькие части) хранит информацию о всех зарегистрированных объектах. То есть даже частичная утрата голограммы не приводит к потере двумерного изображения, хоть и влечет за собой уменьшение диапазона доступных ракурсов и ухудшение четкости. Тем не менее, особенно широкого практического применения голограммы пока не сыскали, в первую очередь из-за сложных процессов записи и воспроизведения: в них должен использоваться мощный источник монохроматического света, роль которого обычно играет лазер.
|
|
|
|
Но физики не отчаиваются и продолжают искать способы технически упростить методы голографии и найти ей применение в повседневной жизни. Так, у голографии большой потенциал для применения в пищевой области: съедобные голограммы могли бы быть не только приятным украшением и повысить привлекательность разных продуктов питания, но и защитить потребителя от некачественной или поддельной еды. В этом случае, однако, к проблеме технологической сложности записи голограммы добавляются и ограничения на регистрирующий фотоматериал: он должен быть не только съедобным, но и устойчивым к разложению, а также не должен усложнять процесс регистрации светового поля изображаемого объекта. Теперь же выяснилось, что таким требованиям хорошо соответствуют пластинки из тонкого слоя высушенного раствора кукурузного сиропа с ванильным экстрактом. К такому выводу пришел Бадер АльКаттан (Bader AlQattan) из Бирмингемского университета вместе с коллегами в своем исследовании дифракционных свойств сахарных фотопластинок, облученных лазером по схеме записи Денисюка.
|
|
|
|
Исходные пластинки толщиной 100 микрон ученые получали в процессе трехчасового высушивания раствора, который состоял из 1,5 миллилитра ванильного экстракта, 2 миллилитров сахарного сиропа и 0,5 миллилитра воды. Этот состав физики предпочли благодаря тому, что полученные таким образом пластинки оказались тверже чем те, в которых было меньше ванильного экстракта. Затем физики напыляли на сахарные пластинки слой черного красителя толщиной в 900 нанометров, чтобы усилить поглощение лазера с последующей абляцией, благодаря которой на поверхности пластинок возникали дифракционные структуры.
|
|
|
|
Само облучение происходило по схеме, похожей на схему записи Денисюка: опорная волна лазера (с длиной волны в 1064 нанометра) проходила сквозь сахарную пластинку и отражалась от зеркала (на месте которого в классическом случае должен был бы стоять изображаемый объект), формируя объектную волну. В рамках такой схемы интерференционные максимумы и минимумы на пластинке располагались параллельно друг другу, а значит в результате облучения сахарная пластинка превращалась в классическую дифракционную решетку, период которой исследователи могли варьировать за счет изменяемого угла положения пластинки в ходе облучения.
|
|
|
|
Для выбора оптимальных параметров облучения ученые варьировали угол, под которым исходная волна падала на сахарную пластинку, а также изменяли содержание сахара в исходном растворе. Оказалось, что наибольшей эффективностью обладали дифракционные пластинки, полученные при облучении лазером под углом в 35 градусов, что соответствовало периоду дифракционной решетки в 1050 нанометров. Для такой пластинки, как и ожидалось, физики получили наибольшие углы положения первого максимума дифракционной картины при облучении монохроматическим светом и самые широкие спектры при облучении белым светом. Добавление сахара в исходный раствор, в свою очередь, приводил к увеличению показателя преломления сахарной пластины и к уменьшению угла первого максимума полученной таким образом дифракционной решетки. Это значит, что по оптическим свойствам таких структур можно, в том числе, следить за составом вещества, из которого они сделаны (или в котором они находятся).
|
|
|
|
Наконец, исследователи показали примеры возможных съедобных радужных голографических изображений, чтобы продемонстрировать, как описанная технология может быть применена на практике. Физики отметили, что разработанный ими метод голографии не требует много времени и ресурсов, а полученные результаты в будущем могут быть применены для создания более сложных голограмм или других наноструктур на съедобных носителях. Ученые отметили и то, что полученные структуры сохраняли свои оптические свойства в течение нескольких месяцев, а значит устойчивы к износу и деградации.
|
|
|
|
В настоящей работе, однако, на поверхность сахарных пластинок напылялся синтетический краситель. Хоть он и не был токсичным и почти весь удалялся в ходе облучения лазером, для реального использования технологии в пищевой индустрии ее необходимо адаптировать с использованием пищевых красителей. Кроме кукурузного сиропа с ванильным экстрактом в качестве основы для голограмм можно использовать и другие сладости: ранее мы рассказывали, как инженеру удалось записать голограммы на поверхности шоколада. Также голограммы можно создавать и на квантовом уровне, а неделю назад у физиков получилось сделать это даже без прямого наложения волн.
|
|
|
|
Источник
|
