Устройство для управления движением нейтральных частиц

 

Союз Советских

Социалистимеских

Реотубпик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

<111668630 (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 09.12.70 (21) 1498472!!8-25 (23) Приоритет— (32) 15.12.69 (51) М Кт

Н01 S 4/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (33) США (31) 885070 (53) УДК621.384.6 (088.8) Опубликовано 15.06.79. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 25.06.79 (72) Автор изобретения

Иностранец

Артур Ашкин (CLLIA) Иностранная фирма

«Вестерн Электри к Компани Инкорпорейтед» (США) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕН11ЕМ

НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к технике физических экспериментов и может быть использовано при моделировании взаимодействия микрометеоритов с поверхностями конструктивных материалов, в технологии и т.д.

Известно, что свет оказывает давление на частицы (1). Однако способы ускорения нейтральных частиц разработаны относительно слабо, и эффективность используемых при этом устройств невысока.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для управления движением нейтральных частиц, содержашее рабочую камеру и источники оптического излучения (2). Это устройство также обладает отмеченным выше недостатком, особенно применительно к макрочастицаи.

Целью изобретения является повышение эффективности управления движением макрочастиц.

Цель достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено, по крайней мере, одним управляющим источником расходящегося луча когерентного излучения с длиной волны, не превышающей поперечного сечения указанных макрочастиц.

Кроме того. оно снабжено, по крайней мере, парой управляющих источников излучения с лучами, имею ними об1цу10 ось и .:аправленнымп навстречу друг к друi ó, и веду1цим управля1о1цим источником излуче5 ния. ось луча которого пересекает осп лучей указанной пары управляющих источников; рабочая камера снабжена рядом линз с центральными отверстиями, установлен1:ыми вдоль ос» луча веду1цего управля1ощего источника: рабочая камера снабжена систе10 мами откачки газа пз нее и напуска в нее необходимых газов; ведущий управляющий источник излучення выполнен в виде генератора луча с минимумом плотности потока излучения на осп; устройство снабжено

15 средствами для ввода в рабочую камеру, по крайней мере, одного дополнительного луча когерентного излучения, ось которого составляет острый угол с лучом упомянутого ведущего источника; для обеспечения вращения частиц, Но крайней мере, один из уlIравляющих источником выполнен в виде генератора луча с круговой поляризацией, а рабочая камера снабжена устройствах

668630

На фиг. 1 изображена общая схема ripeдлагаемого устройства, на фиг. 2 — схема силового воздействия луча на частицу, на фиг. 3 — вариант устройства с линзами, на фиг. 4 — вариант устройства для вращения частиц.

Устройство состоит (фиг. 1) из рабочеи камеры 1, в которой размещены управляющие источники 2 — 6 раходяшихся лучей когерентного излучения, устройства для ввоla в камеру частиц 7, мишени 8, на фиг. 1 показаны также частицы 9 и средства от- lo качки 10.

Устройство работает следующим образом.

После того, как частица введена и iio3Iещена в нужную точку камеры, с помощью

1$ пар источников 2, 4 и 3, 5 подвешивают частицу, т.е. создают для нее устойчивую потенциальную яму или, иными словами, уравновешивают Bcc силы, действукнцие на частицу. Затем включают ведугций источник 6, который создает луч, захватывающий и ус- 20 коряюший частицу, например в направлении мишени.

Возможность уравновешения внешних сил и созданий устойчивой потенциальной ямы видна на фиг. 2, где показана схема

35 сил, действующих на частицу. Излучение l(a частицу падает по стрелке А. Рассмотрим случай, когда поток осесимметричен и поперечное (no стрелке Б) распределение плотности светового потока имеет вид, показанный с помощью кривой Г 30

Пусть для простоты на частицу падает параллельный луч света. Рассмотрим лучи а, б и в. При незначительной пог;IOLIkaKInreé способности основной поток света частично отражается от поверхности частицы в направлении, показанном пунктирной стрелкой и частично проходит через нее и выходит в виде луча а . На фиг. 2 изображен случай, когда коэффициент преломления материала частицы h> больше коэффициента ripeломления среды B рабочей камере. 4g

В результате отражения частицей света на нее в месте подхода луча а к поверхности частицы действуют силы Fki, FII. Кроме того. из-за изменения направления светового пучка в частице появляются силы Г„и Fi.

Если частица не nor;Ioiцает света и оолада45 ет низким коэффициентом отражения, то lioперечные силы F kI F существенно больше сил Fo, причем их радиальные ко»noneIITbi складываются. Очевидно также, что радиальная составляющая силы от луча о, где интенсивность светового потока ниже, Sic«k»ше. Соответственно этому появляется результирующаяя сила, перемещающая частицу к центру пучка света.

Если частица обладает высоким коэффициентом отражения, то, наоборот, основнои становится сила, возни каю1цая в м(сто падения луча на частицу. При изображенном распределении интенсивности светового потока такая частица выталкивается из пучка. Поэтому, чтобы удержать ее в пучке, необходимо иметь распределение с минимумом в центре пучка.

Отмеченные обстоятельства позволяют с помощью лучей света уравновешивать частицы. Так, с помощью одного луча можно удерживать частицу в равновесии, если направить ведущий луч света против равнодействующей всех остальных сил, действующих на частицу, и подобрать интенсивность пучка такой, чтобы продольная сила радиации равнялась по величине 1 казанной равнодействующей. Очевидно также, что с помощью двух и более лучей можно построить в области пересечения устойчивую потенциальную яму. Можно также построить ее в виде желоба, создавая пучки света, составляющие небольшой угол с выбранным направлением. Эти же обстоятельства определяют работоспособность и эффективность устройства, выполненного в соответствии с данным изобретением, а именно: источники 2 — 5 как уже отмечалось, используются для удержания частицы в данной точке, а источник 6 — для сообщения движения частицее.

При начальной установке частицы в исходное положение оказалось целесообразным ввести газовое демпфирование. Для,регулирования степени демпфирования изменением давления в устройстве предусмотрены,системы откачки рабочей камеры, которая в этом случае становится вакуумной камерой — после установки частицы в потен (иальной яме газ может оыть п((лностью

urI a÷eII и включен ведущий источник излучения

Ускорение частиц до больших скорос; .й требует, естественно, больших длин. Поэтому для ооеспечения высокой эффективности ускорения с помощью одного и того же веду щего источника (см. фиг. 3) применяется набор фокусирующих линз 11, установленных последовательно по направлению пучка, используемого для ускорения.

Фокусировка может быть обеспечена, как уже отмечалось, и с помощью совокупности лучей когерентного излучения с направлением, составляющим малый угол с направлением ускоряющего пучка.

Подвешенную частицу можно не только ускорять, но и вращать. Для этого достаточно источники, используемые для удержания частицы, например 2 и 4, (см. фиг. 4) выполнить в виде генераторов с круговой поляризацией света. При этом частица долж на частично поглощать излучение.

При ускорении или вращении частицы, естественно, необходимы средства детектирования положения, скорости движения или скорости вращения, а также средства управления работой источников излучения, что также повышает эффективность управления.

668630 с

Испытания устройства, выполненного согласно изобретению, показали хорошую работоспособность и широкие технические возможности этого устройства. В частности, они показали эффективность применения устройства для удержания в фиксированной точке частицы, разогреваемой специальным лазером, либо с целью получения точечного источника теплового излучения, либо с целью испарения частицы, нанесения испаренного материала на подложку.

Фор )гула изобретения

1. Устройство для управления движением нейтральных частиц с помощью пучков оптического излучения, содержащее рабочую камеру и источники излучения, от.гичающееся тем, что, с целью повышения эффективност,. управления движением микрочастиц, оно снабжено, по крайней мере, одним управляющим источником расходящегося луча когерентного излучения с длиной волны, не превышающей поперечного сечения указанных макрочастиц.

2. У стройство по п. 1,г отличающееся тем, что оно снабжено, по крайней мере, парой управляющих источников излучения с лучами, имеющими общую ось и направленными навстречу друг другу, и ведущим управляющим источником излучения, ось пучка которого пересекает оси лучей указанной пары управляющих источников.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что рабочая камера снабжена рядом линз с центральными Отвер(т!!ях)и. установленны1(IH ВДОЛЬ OCII ПХ Ч К 1 (П<)Х! и Н> 10!О I30, I CII(CГО управляю1цего нет()>гiiltк;!.

4. Устро!!ство пo II. 1, 0Т.II< <())<)t

5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности управ. пения движением частиц с 13I>lcOIII41 коэффициентом отражения, ведугций источник излучения выполнен в виде генератора луча с минимумом плотности потока из>! в чения на оси.

6. Устройство 110 и. 2, <>гпlггчающеесч тем, что 0Но снабженО c;)c;,011311)cи для вво 11! 13 рабочую к;!мер . !I() кр;!!!!iей мере. одного допО .!11>«)! !<>1<) .!i ÷;1 1«я ерентного излучения. <)сь !«> I ()1)() I O составляет острый угол с l чом х помям того ведущего источника.

7. х стройство Ilo и. 1, отличающе<.сч тем, что, с целью обеспечения вра(цения частиц, по крайней мере, один из управляющих источников выполнен в виде генератора Л3 1!! с круговой поляризацией, а рабочая ках ер;! снабжена устройствами для детектирования вращения частиц.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Лебедев Г. Н. Собрание сочинений, М., изд. ЛН СССР, 1953, с. 30!.

2. Райнберг Я. Б. и др. К, теории метода ускорения с помощью давления света, в книге «Теория и расчет линейных ускорителей», М., 1962, с. 167.

Я//2. 3

Составитель В. Ким

Редактор И. Шубина Техред О. Луговая Корректор Гн. Горват

Заказ 3348/56 Тираж 022 Подписное

ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4