Устройство для управления движением нейтральных частиц - SU668630A3

Код документа: SU668630A3

Чертежи

Описание

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕЛ НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ

На фиг. 1 изображена общая схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - с.хема 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 рабочей камеры 1, в которой размещены управляющие источники 2-6 раходящихся лучей когерентного излучения, устройства для ввода в камеру частиц 7, мищени 8, на фиг. 1 показаны также частицы 9 и средства откачки 10.

Устройство работает следующим образом .

После того, как частица введена и помещена в нужную точку камеры, с помощью пар источников 2, 4 и 3, 5 подвещивают частицу , т.е. создают для нее устойчивую потенциальную яму или, иными словами, уравновец ивают все силы, действующие ца частицу . Затем включают ведущий источник 6, который создает луч, за.чватывающий и ускоряющий частицу, нанример в направ.мении мип1ени.

Возможность уравновешения внешних сил и созданий устойчивой потенциальной ямы видна на фиг. 2, где показана схема сил, действующих на частицу. Излучение па частицу падает по стрелке А. Рассмотрим случай, когда поток осесимметричен и поперечное (по стрелке Б) распределение плотности светового потока и.меет вид, показанный с помощью кривой Г.

Пусть для простоты на частицу падает параллельный луч света. Рассмотрим лучи а. б и в. При незначительной Г1оглоп1аюп1ей способности основной поток света частично отражается от иоверхности 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 Ьг больше коэффициента преломления среды в рабочей камере .

В результате отражения частицей света на нее в месте подхода луча а к поверхности частицы действуют силы FU , FO . Кроме того, из-за изменения направления светового пучка в частице появляются силы Fn и F;,. Если частица не поглощает света и обладает низким коэффициентом отражения, то поперечные силы F и F существенно больп с сил FO, причем их радиальные компоненты складываются. Очевидно также, что радиальная составляющая силы от луча б, где интенсивность светового потока ниже, меньше . Соответственно этому появляется результирующая сила, перемещающая частицу к центру пучка света.

Если частица обладает высоким коэффициентом отражения, то, наоборот, основ ной становится сила, возникающая в месте 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 помоигью 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 указанной равнодействующей . Очевидно также, что с помощью двух и более лучей можно построить в области пересечения устойчивую потенциальную я.му. Можно также построить ее в виде желоба, создавая пучки света, составляющие небольщой угол с выбранным направлением. Эти же обстоятельства определяют работоспособность и эффективность устройства, выполненного в соответствии с

0 данным изобретением, а именно: источники 2 - 5 как уже отмечалось, используются для удержания частицы в данной точке, а источппк 6 - для сообщения движения частице .

При начальной установке частицы в исходное положение оказалось целесообразным ввести газовое демпфирование. Для ,регу;1и )ова1Ц1я степени де.мпфирования изменением давления в устройстве предусмотрены .системы откачки рабочей ка.меры, которая в этом случае становится вакуумной камерой - после установки частицы в потенцпа .льной яме газ может быть пг)лностью огкачеп и включен ведущий источпик излучения .

Ускорение частиц до больших скоростей

требует, естественно, больщих длин. Поэтому для обеспечения высокой эффективности ускорения с помощью одного и того же ведущего 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, напри.мер 2 и 4, (см. фиг. 4)

0 ВЕяполнить в виде генераторов с круговой поляризацией света. При это.м частица долж на частично поглощать излучение.

При ускорении или вращении частицы, естественно, необходи.мы средства детектирования положения, скорости движения или

скорости вращения, а также средства управления работой источников излучения, что также повышает эффективность управ.тенпя .

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.

Формула изобретения

1.Устройство для управления движением нейтральных частиц с помошью пучков оптического излучения, содержащее рабочую камеру и источники излучения, отличающееся 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.Устройство по п. 1,г отличающееся тем, что оно снабжено, по крайней мере, парой упрааляюших 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 отверстиями, установленными вдоль оси пучка упомяиугого ведущего управляющего источника.

4.Устройство по п. 1, отл 1ча1ои(сеся тем, что рабочая камера снабжена системами откачки газа из нее и напуска в нее необходимых газов.

5.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности управления движением частиц с высоким коэффициентом отражения, ведущий источник излучения выполнен в виде генератора луча с минимумом плотности потока излучения на оси.

6.Устройство по п. 2. ( т 1ичаюи(ееся тем. что оно снабжено cpiMCiHaNni для ввода в рабочую камеру, по KpaitHoii мере, одного ДОПОЛИ И, ibHoio .1уча 1()горентного излучения , ось которого составляет острый yio.i с лучом уиомян того ведущего источника.

7.Устройство по п. 1. отличающееся тем. что, с целью обеспечения вращения частиц, по крайней мере, один из управляющих источников выполнен в виде генератора луча с круговой поляризацией, а рабочая камера снабжена устройствами для детектирования вращения частиц.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Лебедев Г. Н. Собрание сочинений, М., изд. АН СССР, 1953, с. 301.

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.