專利名稱：一種產(chǎn)生顆粒物質(zhì)微重力環(huán)境的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光學技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種產(chǎn)生顆粒物質(zhì)微重力環(huán)境 的裝置。 技術(shù)背景
顆粒物質(zhì)廣泛存在于星球表面和人類生存的環(huán)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(chǎn)和技 術(shù)中的煤炭、礦石、建材以及不少藥品、化工品也為顆粒物質(zhì)。很多其 他離散態(tài)物質(zhì)體系，例如散裝貨物輸送、地球板塊運動及公路上車輛的 流動等也常作為顆粒體系來處理。在外空間環(huán)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?？赡軙a(chǎn)生聚集，這是氣體 分子系統(tǒng)所沒有的。這一獨特性質(zhì)使得即使是一個簡單的顆粒系統(tǒng)也很 難清楚描述，空間實驗的觀察數(shù)據(jù)變得尤為重要。對微重力環(huán)境下顆粒 物質(zhì)運動行為研究在基礎(chǔ)物理與太空探測中都具有重大的意義。顆粒物 質(zhì)微重力環(huán)境的實現(xiàn)是微重力環(huán)境下顆粒物質(zhì)運動行為研究的前提條件 和必備基礎(chǔ)。在先技術(shù)中有可以產(chǎn)生顆粒物質(zhì)微重力環(huán)境的方法， 一種 方法是拋物線飛行方法(參見論文"空間環(huán)境顆粒物質(zhì)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(chǎn)生微重力環(huán)境，裝有顆粒物質(zhì)的容器固定在飛機中，此種方 法實現(xiàn)成本高，對顆粒物質(zhì)進行研究時操作不便利，顆粒物質(zhì)所處環(huán)境 因素難以控制；另一種方法是利用顆粒物質(zhì)本身進行自由落體運動，形 成顆粒物質(zhì)微重力環(huán)境，此種方法同樣存在顆粒物質(zhì)所處環(huán)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(huán)境對顆粒 物質(zhì)的研究。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服了上述在先技術(shù)的不足，提供一種產(chǎn)生 顆粒物質(zhì)微重力環(huán)境的裝置。
本實用新型包括激光光源、擴束準直器、空間光調(diào)制器、反射鏡、 懸浮物鏡、透光顆粒容器、成像物鏡、分光鏡、圖像采集器、觀測光源、 信息處理控制器。擴束準直器、空間光調(diào)制器和反射鏡依次設(shè)置在激光 光源出射光束的光路上，激光光源出射光束經(jīng)過反射鏡后的反射光路與重力方向相反，反射光路與水平面的夾角為80° 90° ;懸浮物鏡、透 光顆粒容器、成像物鏡、分光鏡、圖像采集器依次設(shè)置在激光光源出射 光束經(jīng)過反射鏡后的反射光路上，并且透光顆粒容器設(shè)置在懸浮物鏡的 焦平面上。觀測光源設(shè)置在分光鏡的一側(cè)，并且與成像物鏡位于分光鏡 的同側(cè)，觀測光源的出射光束經(jīng)過分光鏡反射后的光路與激光光源出射 光束經(jīng)過反射鏡后的反射光路重合。圖像采集器和空間光調(diào)制器均與信 息處理控制器信號連接。
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 激光器中的一種。
所述的空間光調(diào)制器為液晶型空間光調(diào)制器、反射式空間光調(diào)制器、 微光柵空間光調(diào)制器中的一種。
所述的圖像采集器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中的一種。
本實用新型通過信息處理控制器控制控制空間光調(diào)制器調(diào)節(jié)波前相 位或振幅分布，以及圖像采集器將圖像傳給信息處理控制器觀測處理分 析，這些都是成熟技術(shù)。本實用新型的發(fā)明點在于提供一種產(chǎn)生顆粒物 質(zhì)微重力環(huán)境的方法及其裝置光路結(jié)構(gòu)。
本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、實現(xiàn)所需費用低、使用操作便利，并且


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本實用新型做進一歩的詳細說明。
如圖l， 一種產(chǎn)生顆粒物質(zhì)微重力環(huán)境的裝置包括激光光源l、擴束
準直器2、空間光調(diào)制器3、反射鏡4、懸浮物鏡5、透光顆粒容器6、成 像物鏡7、分光鏡8、圖像采集器9、觀測光源IO、信息處理控制器ll。 擴束準直器2、空間光調(diào)制器3和反射鏡4依次設(shè)置在激光光源1出射光 束的光路上，激光光源1出射光束經(jīng)過反射鏡4后的反射光路與重力方 向相反，反射光路與水平面的夾角為80° 90° ;懸浮物鏡5、透光顆 粒容器6、成像物鏡7、分光鏡8、圖像采集器9依次設(shè)置在激光光源1 出射光束經(jīng)過反射鏡4后的反射光路上，并且透光顆粒容器6設(shè)置在懸 浮物鏡5的焦平面上。觀測光源10設(shè)置在分光鏡8的一側(cè)，并且與成像 物鏡7位于分光鏡8的同偵ij，觀測光源10的出射光束經(jīng)過分光鏡8反射 后的光路與激光光源1出射光束經(jīng)過反射鏡4后的反射光路重合。圖像采集器9和空間光調(diào)制器3均與信息處理控制器11信號連接。
激光光源1為相干公司生產(chǎn)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(diào)制器3為液晶型空間光調(diào)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，成像物鏡7采用 尼康公司的數(shù)值孔徑為0.65的物鏡，監(jiān)視光源10為寬譜白光光源，圖 像采集器9為面陣電荷耦合器件，信息處理控制器11采用研華工控機。
該裝置的工作過程為激光光源1射出光束經(jīng)過光路上設(shè)置的擴束準 直器2，進行了擴束準直，形成擴束準直光束。經(jīng)過擴束準直后的激光束 通過空間光調(diào)制器3，空間光調(diào)制器3對入射光束進行波前相位或振幅調(diào) 制，信息處理控制器ll控制空間光調(diào)制器調(diào)節(jié)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經(jīng)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(jīng)過懸浮物鏡聚焦5，顆粒物 質(zhì)12放置在透光顆粒容器6中，透光顆粒容器6設(shè)置在懸浮物鏡5聚焦 區(qū)域。
懸浮物鏡5聚焦形成焦點對顆粒物質(zhì)12產(chǎn)生光梯度力和光散射力作 用，用于克服顆粒物質(zhì)12自身重力作用力，懸浮起顆粒物質(zhì)12，構(gòu)成顆 粒物質(zhì)12微重力環(huán)境，信息處理控制器11控制空間光調(diào)制器3改變波 前相位或振幅分布，可以實現(xiàn)光梯度力和光散射力分布調(diào)控，調(diào)節(jié)顆粒 物質(zhì)12所處環(huán)境因素；由觀測光源IO、分光鏡8、成像物鏡7和圖像采 集器9構(gòu)成的光學顯微成像系統(tǒng)設(shè)置在懸浮物鏡5聚焦區(qū)域上方，對處 于微重力環(huán)境中顆粒物質(zhì)12行為進行觀測，并且信息處理控制器11可 通分析圖像得到顆粒物質(zhì)12行為特性。
權(quán)利要求1、一種產(chǎn)生顆粒物質(zhì)微重力環(huán)境的裝置，包括激光光源、擴束準直器、空間光調(diào)制器、反射鏡、懸浮物鏡、透光顆粒容器、成像物鏡、分光鏡、圖像采集器、觀測光源、信息處理控制器，其特征在于擴束準直器、空間光調(diào)制器和反射鏡依次設(shè)置在激光光源出射光束的光路上，激光光源出射光束經(jīng)過反射鏡后的反射光路與重力方向相反，反射光路與水平面的夾角為80°～90°；懸浮物鏡、透光顆粒容器、成像物鏡、分光鏡、圖像采集器依次設(shè)置在激光光源出射光束經(jīng)過反射鏡后的反射光路上，并且透光顆粒容器設(shè)置在懸浮物鏡的焦平面上；觀測光源設(shè)置在分光鏡的一側(cè)，并且與成像物鏡位于分光鏡的同側(cè)，觀測光源的出射光束經(jīng)過分光鏡反射后的光路與激光光源出射光束經(jīng)過反射鏡后的反射光路重合；圖像采集器和空間光調(diào)制器均與信息處理控制器信號連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生顆粒物質(zhì)微重力環(huán)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 體激光器中的一種。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生顆粒物質(zhì)微重力環(huán)境的裝置，其特征在于所述的空間光調(diào)制器為液晶型空間光調(diào)制器、反射式空間光調(diào)制器、微光柵空間光調(diào)制器中的一種。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種產(chǎn)生顆粒物質(zhì)微重力環(huán)境的裝置，其特征在于所述的圖像采集器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中的一種。
專利摘要本實用新型涉及一種產(chǎn)生顆粒物質(zhì)微重力環(huán)境的裝置?，F(xiàn)有技術(shù)采用拋物線飛行和自由落體運動技術(shù)，實現(xiàn)成本高，操作不便利。本實用新型中激光束依次經(jīng)過擴束準直器、空間光調(diào)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(zhì)產(chǎn)生光梯度力和光散射力作用，用于克服顆粒物質(zhì)自身重力作用力，懸浮起顆粒物質(zhì)，構(gòu)成顆粒物質(zhì)微重力環(huán)境；信息處理控制器控制空間光調(diào)制器改變波前相位或振幅分布，調(diào)控光梯度力和光散射力分布，調(diào)節(jié)顆粒物質(zhì)所處環(huán)境；由觀測光源、分光鏡、成像物鏡和圖像采集器構(gòu)成成像系統(tǒng)觀測顆粒物質(zhì)進行。本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、所需費用低、操作便利，并具有觀測功能。
文檔編號G09B23/06GK201331861SQ200920112909
公開日2009年10月21日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者健 王, 郭舒文, 高秀敏 申請人:杭州電子科技大學