专利名称：一种产生颗粒物质微重力强电场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强电 场环境的装置。 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。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，微重力环境中的实验观察数据变得尤为重要。另外，目前 对颗粒物质研究通常只在振动驱动源激励下探索颗粒物质行为特性，实 际上强电场下颗粒物质会表现出一些独特的性质，例如电流变效应，电 泳现象等。所以，对微重力强电场环境下颗粒物质运动行为研究在基础 物理领域和太空技术中均具有重大的研究意义和应用前景，微重力强电 场环境的实现是研究微重力强电场环境下颗粒物质行为的前提条件和必 备基础。
在先技术中有可以产生颗粒物质微重力环境的装置， 一种方法是抛 物线飞行方法及装置(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装置， 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。并且，上述两种除了自身不足之外，均不具备提供强电 场环境的能力。 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强电场环境的装置。
本实用新型包括激光光源、括束准直器、空间光调制器、反射镜、 悬浮物镜、透光颗粒容器、高压发生器和成像部件；激光光源出射光束 上依次设置有括束准直器、空间光调制器和反射镜，激光光束经过反射 镜反射向背离重力方向传播，反射激光光束与水平面夹角范围为大于 85° ，并且小于或等于90° ;背离重力方向传播的激光光束光路上依次 设置有悬浮物镜和透光颗粒容器，透光颗粒容器设置在悬浮物镜焦点区 域；透光颗粒容器的上表面容器壁和下表面容器壁均为透光导电材料， 透光颗粒容器的上表面容器壁和下表面容器壁可以分别与高压发生器的 正极和负极相连接，或是分别与高压发生器的负极和正极相连接；透光 颗粒容器所在水平面上方设置有成像部件，成像部件的取景空间为悬浮 物镜焦点区域。
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 激光器和部分相干光源的一种。
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的一种。
所述的成像部件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的一种。
本实用新型中空间光调制器调节波前相位或振幅分布，以及成像部 件对将图像采集和处理分析，这些都是成熟技术。本实用新型的发明点 在于提供一种微重力强电场颗粒环境光学实现装置。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和效果-
1) 提供一种颗粒物质微重力强电场环境的光学实现装置，为颗粒物 质提供微重力环境和强电场环境，此装置实现简单，和调节方便，并且 应用广泛；
2) 光学实现方法是非接触式悬浮颗粒物质，并且本实用新型中容易 调节颗粒物质所处的环境因素；
3) 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 且具有观测功能。
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步的详细说明。
如图l，一种产生颗粒物质微重力强电场环境的装置包括激光光源1、括束准直器2、空间光调制器3、反射镜4、悬浮物镜5、透光颗粒容器6、 高压发生器8和成像部件7;激光光源1出射光束上依次设置有括束准直 器2、空间光调制器3和反射镜4，激光光束经过反射镜4反射向背离重 力方向传播，反射激光光束与水平面夹角范围为90° ;背离重力方向传 播的激光光束光路上依次设置有悬浮物镜5和透光颗粒容器6，透光颗粒 容器6设置在悬浮物镜5焦点区域；透光颗粒容器6的上表面容器壁601 和下表面容器壁602均为透光导电材料，透光颗粒容器6的上表面容器 壁601和下表面容器壁602分别与高压发生器8的正极和负极相连接， 或是分别与高压发生器8的负极和正极相连接；透光颗粒容器6所在水 平面上方设置有成像部件7，成像部件7的取景空间为悬浮物镜5焦点区 域。
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，成像部件7为面 阵电荷耦合器件，高压发生器8为直流高压发生器，透光颗粒容器的上 表面容器壁601和下表面容器壁602均为导电玻璃。
本实用新型工作过程为激光光源1射出光束经过光路上设置的括束 准直器2，进行了括束准直，形成括束准直光束。经过括束准直后的激光 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；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，颗粒物质放置在透光颗粒容器6中，透光颗粒^器6设置在悬浮物镜 5焦点区域。悬浮物镜5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。透光颗粒容器6的上表面容器壁601和下表面容器 壁602分别与高压发生器8的正极和负极相连接，产生强电场，构成悬 浮物镜5焦点区域颗粒物质的强电场环境。设置在浮物镜聚5焦区域上 方的成像部件7，对处于微重力强电场环境中颗粒物质行为进行观测分 析。
本实用新型提供了一种产生颗粒物质微重力强电场环境的装置，成 功实现了可以同时提供微重力环境和强电场环境、结构设计合理、实现 所需费用低、使用操作便利、具有观测功能的微重力强电场颗粒环境。
权利要求1、一种产生颗粒物质微重力强电场环境的装置，包括激光光源、括束准直器、空间光调制器、反射镜、悬浮物镜、透光颗粒容器、高压发生器和成像部件，其特征在于激光光源出射光束上依次设置有括束准直器、空间光调制器和反射镜，激光光束经过反射镜反射向背离重力方向传播，反射激光光束与水平面夹角范围为大于85°，并且小于或等于90°；背离重力方向传播的激光光束光路上依次设置有悬浮物镜和透光颗粒容器，透光颗粒容器设置在悬浮物镜焦点区域；透光颗粒容器的上表面容器壁和下表面容器壁均为透光导电材料，透光颗粒容器的上表面容器壁和下表面容器壁可以分别与高压发生器的正极和负极相连接，或是分别与高压发生器的负极和正极相连接；透光颗粒容器所在水平面上方设置有成像部件，成像部件的取景空间为悬浮物镜焦点区域。
2、 如权利要求1所述的一种产生颗粒物质微重力强电场环境的装 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、液体激光器和部分相干光源的一种。
3、 如权利要求1所述的一种产生颗粒物质微重力强电场环境的装 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的一种。
4、 如权利要求1所述的一种产生颗粒物质微重力强电场环境的装置，其特征在于所述的成像部件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强电场环境的装置。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，不能提供强电场环境。本实用新型中激光束依次经过括束准直器、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，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；透光颗粒容器的上表面容器壁和下表面容器壁可以分别与高压发生器的正极和负极相连接，产生强电场，构成悬浮物镜焦点区域颗粒物质的强电场环境。本实用新型具有同时提供微重力环境和强电场环境、结构设计合理、所需费用低、操作便利、具有观测功能等特点。
文档编号G09B23/00GK201364672SQ20092011431
公开日2009年12月16日 申请日期2009年2月20日 优先权日2009年2月20日
发明者李劲松, 詹秋芳, 郭舒文 申请人:詹秋芳;郭舒文