专利名称：一种产生颗粒物质微重力环境的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学技术领域，涉及一种产生颗粒物质微重力环境 的装置。 技术背景
颗粒物质广泛存在于星球表面和人类生存的环境中，例如自然界中
沙石、土壤、浮冰、积雪等；日常生活中的粮食、糖、盐等；生产和技 术中的煤炭、矿石、建材以及不少药品、化工品也为颗粒物质。很多其 他离散态物质体系，例如散装货物输送、地球板块运动及公路上车辆的 流动等也常作为颗粒体系来处理。在外空间环境下，颗粒以悬浮形式存 在，由于非弹性碰撞引起的能量损耗，颗粒可能会产生聚集，这是气体 分子系统所没有的。这一独特性质使得即使是一个简单的颗粒系统也很 难清楚描述，空间实验的观察数据变得尤为重要。对微重力环境下颗粒 物质运动行为研究在基础物理与太空探测中都具有重大的意义。颗粒物 质微重力环境的实现是微重力环境下颗粒物质运动行为研究的前提条件 和必备基础。在先技术中有可以产生颗粒物质微重力环境的方法， 一种 方法是抛物线飞行方法(参见论文"空间环境颗粒物质运动行为的研究"， 《物理》期刊37巻10期，页码729-732)，即是利用飞机在空中做抛物 线飞行，产生微重力环境，装有颗粒物质的容器固定在飞机中，此种方 法实现成本高，对颗粒物质进行研究时操作不便利，颗粒物质所处环境 因素难以控制；另一种方法是利用颗粒物质本身进行自由落体运动，形 成颗粒物质微重力环境，此种方法同样存在颗粒物质所处环境因素难以 控制问题，并且自由落体具有下落时间限制，限制了微重力环境对颗粒 物质的研究。 发明内容
本实用新型的目的在于克服了上述在先技术的不足，提供一种产生 颗粒物质微重力环境的装置。
本实用新型包括激光光源、扩束准直器、空间光调制器、反射镜、 悬浮物镜、透光颗粒容器、成像物镜、分光镜、图像采集器、观测光源、 信息处理控制器。扩束准直器、空间光调制器和反射镜依次设置在激光 光源出射光束的光路上，激光光源出射光束经过反射镜后的反射光路与重力方向相反，反射光路与水平面的夹角为80° 90° ;悬浮物镜、透 光颗粒容器、成像物镜、分光镜、图像采集器依次设置在激光光源出射 光束经过反射镜后的反射光路上，并且透光颗粒容器设置在悬浮物镜的 焦平面上。观测光源设置在分光镜的一侧，并且与成像物镜位于分光镜 的同侧，观测光源的出射光束经过分光镜反射后的光路与激光光源出射 光束经过反射镜后的反射光路重合。图像采集器和空间光调制器均与信 息处理控制器信号连接。
所述的激光光源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液体 激光器中的一种。
所述的空间光调制器为液晶型空间光调制器、反射式空间光调制器、 微光栅空间光调制器中的一种。
所述的图像采集器为面阵电荷耦合器件、面阵互补型金属氧物半导 体晶体管图像采集器、光学微通道板图像采集器中的一种。
本实用新型通过信息处理控制器控制控制空间光调制器调节波前相 位或振幅分布，以及图像采集器将图像传给信息处理控制器观测处理分 析，这些都是成熟技术。本实用新型的发明点在于提供一种产生颗粒物 质微重力环境的方法及其装置光路结构。
本实用新型结构设计合理、实现所需费用低、使用操作便利，并且
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一歩的详细说明。
如图l， 一种产生颗粒物质微重力环境的装置包括激光光源l、扩束
准直器2、空间光调制器3、反射镜4、悬浮物镜5、透光颗粒容器6、成 像物镜7、分光镜8、图像采集器9、观测光源IO、信息处理控制器ll。 扩束准直器2、空间光调制器3和反射镜4依次设置在激光光源1出射光 束的光路上，激光光源1出射光束经过反射镜4后的反射光路与重力方 向相反，反射光路与水平面的夹角为80° 90° ;悬浮物镜5、透光颗 粒容器6、成像物镜7、分光镜8、图像采集器9依次设置在激光光源1 出射光束经过反射镜4后的反射光路上，并且透光颗粒容器6设置在悬 浮物镜5的焦平面上。观测光源10设置在分光镜8的一侧，并且与成像 物镜7位于分光镜8的同侦ij，观测光源10的出射光束经过分光镜8反射 后的光路与激光光源1出射光束经过反射镜4后的反射光路重合。图像采集器9和空间光调制器3均与信息处理控制器11信号连接。
激光光源1为相干公司生产的氩离子气体激光器，扩束准直器2采
用伽利略型扩束准直器，空间光调制器3为液晶型空间光调制器，悬浮 物镜5为尼康公司值孔径为0. 85的平场复消色差物镜，成像物镜7采用 尼康公司的数值孔径为0.65的物镜，监视光源10为宽谱白光光源，图 像采集器9为面阵电荷耦合器件，信息处理控制器11采用研华工控机。
该装置的工作过程为激光光源1射出光束经过光路上设置的扩束准 直器2，进行了扩束准直，形成扩束准直光束。经过扩束准直后的激光束 通过空间光调制器3，空间光调制器3对入射光束进行波前相位或振幅调 制，信息处理控制器ll控制空间光调制器调节波前相位或振幅分布；具 有一定波前相位或振幅分布的激光光束经过反射镜4反射后，向背离重 力方向传播。向背离重力方向传播激光光束经过悬浮物镜聚焦5，颗粒物 质12放置在透光颗粒容器6中，透光颗粒容器6设置在悬浮物镜5聚焦 区域。
悬浮物镜5聚焦形成焦点对颗粒物质12产生光梯度力和光散射力作 用，用于克服颗粒物质12自身重力作用力，悬浮起颗粒物质12，构成颗 粒物质12微重力环境，信息处理控制器11控制空间光调制器3改变波 前相位或振幅分布，可以实现光梯度力和光散射力分布调控，调节颗粒 物质12所处环境因素；由观测光源IO、分光镜8、成像物镜7和图像采 集器9构成的光学显微成像系统设置在悬浮物镜5聚焦区域上方，对处 于微重力环境中颗粒物质12行为进行观测，并且信息处理控制器11可 通分析图像得到颗粒物质12行为特性。
权利要求1、一种产生颗粒物质微重力环境的装置，包括激光光源、扩束准直器、空间光调制器、反射镜、悬浮物镜、透光颗粒容器、成像物镜、分光镜、图像采集器、观测光源、信息处理控制器，其特征在于扩束准直器、空间光调制器和反射镜依次设置在激光光源出射光束的光路上，激光光源出射光束经过反射镜后的反射光路与重力方向相反，反射光路与水平面的夹角为80°～90°；悬浮物镜、透光颗粒容器、成像物镜、分光镜、图像采集器依次设置在激光光源出射光束经过反射镜后的反射光路上，并且透光颗粒容器设置在悬浮物镜的焦平面上；观测光源设置在分光镜的一侧，并且与成像物镜位于分光镜的同侧，观测光源的出射光束经过分光镜反射后的光路与激光光源出射光束经过反射镜后的反射光路重合；图像采集器和空间光调制器均与信息处理控制器信号连接。
2、 如权利要求1所述的一种产生颗粒物质微重力环境的装置，其特 征在于所述的激光光源为半导体激光器、固体激光器、气体激光器、液 体激光器中的一种。
3、 如权利要求1所述的一种产生颗粒物质微重力环境的装置，其特征在于所述的空间光调制器为液晶型空间光调制器、反射式空间光调制器、微光栅空间光调制器中的一种。
4、 如权利要求1所述的一种产生颗粒物质微重力环境的装置，其特征在于所述的图像采集器为面阵电荷耦合器件、面阵互补型金属氧物半导体晶体管图像采集器、光学微通道板图像采集器中的一种。
专利摘要本实用新型涉及一种产生颗粒物质微重力环境的装置。现有技术采用抛物线飞行和自由落体运动技术，实现成本高，操作不便利。本实用新型中激光束依次经过扩束准直器、空间光调制器和反射镜，被反射镜反射后向背离重力方向传播，由悬浮物镜聚焦形成焦点对颗粒物质产生光梯度力和光散射力作用，用于克服颗粒物质自身重力作用力，悬浮起颗粒物质，构成颗粒物质微重力环境；信息处理控制器控制空间光调制器改变波前相位或振幅分布，调控光梯度力和光散射力分布，调节颗粒物质所处环境；由观测光源、分光镜、成像物镜和图像采集器构成成像系统观测颗粒物质进行。本实用新型结构设计合理、所需费用低、操作便利，并具有观测功能。
文档编号G09B23/06GK201331861SQ200920112909
公开日2009年10月21日 申请日期2009年1月19日 优先权日2009年1月19日
发明者健 王, 郭舒文, 高秀敏 申请人:杭州电子科技大学