專利名稱：一種產生顆粒物質微重力強電場環境的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光學技術領域，涉及一種產生顆粒物質微重力強電 場環境的裝置。 技術背景
顆粒物質廣泛存在于星球表面和人類生存的環境中，例如自然界中
沙石、土壤、浮冰、積雪等；日常生活中的糧食、糖、鹽等；生產和技 術中的煤炭、礦石、建材以及不少藥品、化工品也為顆粒物質。在外空 間環境下，顆粒以懸浮形式存在，由于非彈性碰撞引起的能量損耗，顆 粒可能會產生聚集，這一獨特性質使得即使是一個簡單的顆粒系統也很 難清楚描述，微重力環境中的實驗觀察數據變得尤為重要。另外，目前 對顆粒物質研究通常只在振動驅動源激勵下探索顆粒物質行為特性，實 際上強電場下顆粒物質會表現出一些獨特的性質，例如電流變效應，電 泳現象等。所以，對微重力強電場環境下顆粒物質運動行為研究在基礎 物理領域和太空技術中均具有重大的研究意義和應用前景，微重力強電 場環境的實現是研究微重力強電場環境下顆粒物質行為的前提條件和必 備基礎。
在先技術中有可以產生顆粒物質微重力環境的裝置， 一種方法是拋 物線飛行方法及裝置(參見論文"空間環境顆粒物質運動行為的研究"，
《物理》期刊37巻10期，頁碼729-732)，即是利用飛機在空中做拋物 線飛行，產生微重力環境，裝有顆粒物質的容器固定在飛機中，此種方 法實現成本高，對顆粒物質進行研究時操作不便利，顆粒物質所處環境 因素難以控制；另一種方法是利用顆粒物質本身進行自由落體運動裝置， 形成顆粒物質微重力環境，此種方法同樣存在顆粒物質所處環境因素難 以控制問題，并且自由落體具有下落時間限制，限制了微重力環境對顆 粒物質的研究。并且，上述兩種除了自身不足之外，均不具備提供強電 場環境的能力。 發明內容
本實用新型的目的在于克服了上述在先技術的不足，提供一種產生顆粒物質微重力強電場環境的裝置。
本實用新型包括激光光源、括束準直器、空間光調制器、反射鏡、 懸浮物鏡、透光顆粒容器、高壓發生器和成像部件；激光光源出射光束 上依次設置有括束準直器、空間光調制器和反射鏡，激光光束經過反射 鏡反射向背離重力方向傳播，反射激光光束與水平面夾角范圍為大于 85° ，并且小于或等于90° ;背離重力方向傳播的激光光束光路上依次 設置有懸浮物鏡和透光顆粒容器，透光顆粒容器設置在懸浮物鏡焦點區 域；透光顆粒容器的上表面容器壁和下表面容器壁均為透光導電材料， 透光顆粒容器的上表面容器壁和下表面容器壁可以分別與高壓發生器的 正極和負極相連接，或是分別與高壓發生器的負極和正極相連接；透光 顆粒容器所在水平面上方設置有成像部件，成像部件的取景空間為懸浮 物鏡焦點區域。
所述的激光光源為半導體激光器、固體激光器、氣體激光器、液體 激光器和部分相干光源的一種。
所述的空間光調制器為液晶型空間光調制器、反射式空間光調制器、 微光柵空間光調制器的一種。
所述的成像部件為面陣電荷耦合器件、面陣互補型金屬氧物半導體 晶體管圖像采集器、光學微通道板圖像采集器的一種。
本實用新型中空間光調制器調節波前相位或振幅分布，以及成像部 件對將圖像采集和處理分析，這些都是成熟技術。本實用新型的發明點 在于提供一種微重力強電場顆粒環境光學實現裝置。
與現有技術相比，本實用新型具有以下優點和效果-
1) 提供一種顆粒物質微重力強電場環境的光學實現裝置，為顆粒物 質提供微重力環境和強電場環境，此裝置實現簡單，和調節方便，并且 應用廣泛；
2) 光學實現方法是非接觸式懸浮顆粒物質，并且本實用新型中容易 調節顆粒物質所處的環境因素；
3) 本實用新型結構設計合理、實現所需費用低、使用操作便利，并 且具有觀測功能。
圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
如圖l，一種產生顆粒物質微重力強電場環境的裝置包括激光光源1、括束準直器2、空間光調制器3、反射鏡4、懸浮物鏡5、透光顆粒容器6、 高壓發生器8和成像部件7;激光光源1出射光束上依次設置有括束準直 器2、空間光調制器3和反射鏡4，激光光束經過反射鏡4反射向背離重 力方向傳播，反射激光光束與水平面夾角范圍為90° ;背離重力方向傳 播的激光光束光路上依次設置有懸浮物鏡5和透光顆粒容器6，透光顆粒 容器6設置在懸浮物鏡5焦點區域；透光顆粒容器6的上表面容器壁601 和下表面容器壁602均為透光導電材料，透光顆粒容器6的上表面容器 壁601和下表面容器壁602分別與高壓發生器8的正極和負極相連接， 或是分別與高壓發生器8的負極和正極相連接；透光顆粒容器6所在水 平面上方設置有成像部件7，成像部件7的取景空間為懸浮物鏡5焦點區 域。
激光光源1為相干公司生產的氬離子氣體激光器，擴束準直器2采 用伽利略型擴束準直器，空間光調制器3為液晶型空間光調制器，懸浮 物鏡5為尼康公司值孔徑為0. 85的平場復消色差物鏡，成像部件7為面 陣電荷耦合器件，高壓發生器8為直流高壓發生器，透光顆粒容器的上 表面容器壁601和下表面容器壁602均為導電玻璃。
本實用新型工作過程為激光光源1射出光束經過光路上設置的括束 準直器2，進行了括束準直，形成括束準直光束。經過括束準直后的激光 光束通過空間光調制器3，空間光調制器3對入射光束進行波前相位或振 幅調制；具有一定波前相位或振幅分布的激光光束經過反射鏡4反射后， 向背離重力方向傳播。向背離重力方向傳播激光光束經過懸浮物鏡聚焦 5，顆粒物質放置在透光顆粒容器6中，透光顆粒^器6設置在懸浮物鏡 5焦點區域。懸浮物鏡5聚焦形成焦點對顆粒物質產生光梯度力和光散射 力作用，用于克服顆粒物質自身重力作用力，懸浮起顆粒物質，構成顆 粒物質微重力環境。透光顆粒容器6的上表面容器壁601和下表面容器 壁602分別與高壓發生器8的正極和負極相連接，產生強電場，構成懸 浮物鏡5焦點區域顆粒物質的強電場環境。設置在浮物鏡聚5焦區域上 方的成像部件7，對處于微重力強電場環境中顆粒物質行為進行觀測分 析。
本實用新型提供了一種產生顆粒物質微重力強電場環境的裝置，成 功實現了可以同時提供微重力環境和強電場環境、結構設計合理、實現 所需費用低、使用操作便利、具有觀測功能的微重力強電場顆粒環境。
權利要求1、一種產生顆粒物質微重力強電場環境的裝置，包括激光光源、括束準直器、空間光調制器、反射鏡、懸浮物鏡、透光顆粒容器、高壓發生器和成像部件，其特征在于激光光源出射光束上依次設置有括束準直器、空間光調制器和反射鏡，激光光束經過反射鏡反射向背離重力方向傳播，反射激光光束與水平面夾角范圍為大于85°，并且小于或等于90°；背離重力方向傳播的激光光束光路上依次設置有懸浮物鏡和透光顆粒容器，透光顆粒容器設置在懸浮物鏡焦點區域；透光顆粒容器的上表面容器壁和下表面容器壁均為透光導電材料，透光顆粒容器的上表面容器壁和下表面容器壁可以分別與高壓發生器的正極和負極相連接，或是分別與高壓發生器的負極和正極相連接；透光顆粒容器所在水平面上方設置有成像部件，成像部件的取景空間為懸浮物鏡焦點區域。
2、 如權利要求1所述的一種產生顆粒物質微重力強電場環境的裝 置，其特征在于所述的激光光源為半導體激光器、固體激光器、氣體激光器、液體激光器和部分相干光源的一種。
3、 如權利要求1所述的一種產生顆粒物質微重力強電場環境的裝 置，其特征在于所述的空間光調制器為液晶型空間光調制器、反射式空間光調制器、微光柵空間光調制器的一種。
4、 如權利要求1所述的一種產生顆粒物質微重力強電場環境的裝置，其特征在于所述的成像部件為面陣電荷耦合器件、面陣互補型金 屬氧物半導體晶體管圖像采集器、光學微通道板圖像采集器的一種。
專利摘要本實用新型涉及一種產生顆粒物質微重力強電場環境的裝置。現有技術采用拋物線飛行和自由落體運動技術，實現成本高，操作不便利，不能提供強電場環境。本實用新型中激光束依次經過括束準直器、空間光調制器和反射鏡，被反射鏡反射后向背離重力方向傳播，由懸浮物鏡聚焦形成焦點對顆粒物質產生光梯度力和光散射力作用，克服顆粒物質自身重力作用力懸浮起顆粒物質，構成顆粒物質微重力環境；透光顆粒容器的上表面容器壁和下表面容器壁可以分別與高壓發生器的正極和負極相連接，產生強電場，構成懸浮物鏡焦點區域顆粒物質的強電場環境。本實用新型具有同時提供微重力環境和強電場環境、結構設計合理、所需費用低、操作便利、具有觀測功能等特點。
文檔編號G09B23/00GK201364672SQ20092011431
公開日2009年12月16日 申請日期2009年2月20日 優先權日2009年2月20日
發明者李勁松, 詹秋芳, 郭舒文 申請人:詹秋芳;郭舒文