超流氦自由表面的数字全息成像
光学
2025-09-15 v1
摘要
可视化超流氦的自由表面提供了一个在粘度趋于零的极限下探索波动力学的难得机会。然而，由于氦的低折射率对比度、维持氦超流态所需低温装置的受限光学通路，以及来自各种冷却阶段的机械振动，此类测量极具挑战性。克服这些限制将有助于对表面波动力学进行定量研究，并应用于流体力学、量子模拟和量子光力学。在此，我们报告了首次实现轴外数字全息技术，用于超流 He 自由表面的全场成像。我们在两个低温系统中进行了纳米至微米尺度界面涨落的非接触式测量：传统氦浴低温恒温器和无制冷剂低温制冷机。我们采用基于机器学习的分析来分离噪声驱动的简正模态及其在两个系统中的空间结构。这使得能够重建宏观样品中重力毛细波的色散关系，并且对于厚膜，可以通过测得的色散确定膜的厚度，为我们的方法提供了定量基准。这些概念验证实验表明，数字全息是一种用于超流表面高分辨率、微创研究的强大且通用的工具，具有集成到各种实验平台中的巨大潜力。
引用
@article{arxiv.2509.10235,
title = {Digital holographic imaging of superfluid helium free surfaces},
author = {Vitor S. Barroso and Patrik Švančara and Chris Goodwin and Sreelekshmi C. Ajithkumar and Ilaria Dimina and Silvia Schiattarella and Pietro Smaniotto and Leonardo Solidoro and Marion Cromb and Radivoje Prizia and Anthony J. Kent and Silke Weinfurtner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.10235},
year = {2025}
}