真空中电荷选择捕获释放的装置与方法与流程

技术特征：
1.一种真空中电荷选择捕获释放的装置，其特征在于：包括真空室(1)、栅网电极系统、等离子体系统、光阱(14)和微粒(15)，光阱(14)和微粒(15)位于真空室(1)内，微粒(15)稳定捕获于光阱(14)中，栅网电极系统将等离子体系统产生的电荷(16)输送至微粒(15)上；栅网电极系统包括第一栅网电极(4)、第二栅网电极(5)和第三栅网电极(6)，第一栅网电极(4)、第二栅网电极(5)和第三栅网电极(6)依次相互平行并间隔竖直布置于真空室(1)内，第一栅网电极(4)、第二栅网电极(5)和第三栅网电极(6)中心均开设有通孔，光阱(14)位于第二栅网电极(5)和第三栅网电极(6)之间；等离子体系统包括等离子体靶材(2)、诱导等离子体光源(7)和光路系统(8)，等离子体靶材(2)和光路系统(8)位于真空室(1)内，等离子体靶材(2)位于第一栅网电极(4)和第二栅网电极(5)通孔之间，等离子体靶材(2)靠近第一栅网电极(4)通孔处，等离子体靶材(2)的靶面朝向第二栅网电极(5)通孔，光路系统(8)位于第三栅网电极(6)远离第二栅网电极(5)的一侧，诱导等离子体光源(7)位于真空室(1)外靠近光路系统(8)的一侧；诱导等离子体光源(7)发射诱导等离子体激光(9)并由光纤输入光路系统(8)中，诱导等离子体激光(9)经过光路系统(8)准直聚焦后从光路系统(8)中出射并依次穿过第三栅网电极(6)和第二栅网电极(5)中心的通孔，最终垂直聚焦于等离子体靶材(2)表面，使得等离子体靶材(2)靶面产生等离子体(3)，等离子体(3)中电荷(16)由第一栅网电极(4)、第二栅网电极(5)和第三栅网电极(6)引出并加速至微粒(15)处与微粒(15)碰撞，使微粒(15)带电或呈电中性。2.根据权利要求1所述的一种真空中电荷选择捕获释放的装置，其特征在于：所述的光阱(14)由真空室(1)外的光源产生激光并由光纤入射聚焦至真空室(1)内形成。3.根据权利要求1所述的一种真空中电荷选择捕获释放的装置，其特征在于：所述的栅网电极系统还包括第一栅网电极电源(10)、第二栅网电极电源(11)和第三栅网电极电源(12)，第一栅网电极电源(10)、第二栅网电极电源(11)和第三栅网电极电源(12)位于真空室(1)外，第一栅网电极电源(10)、第二栅网电极电源(11)和第三栅网电极电源(12)分别与第一栅网电极(4)、第二栅网电极(5)和第三栅网电极(6)电连接；所述的等离子体系统还包括诱导等离子体激光源电源(13)，诱导等离子体激光源电源(13)位于真空室(1)外，诱导等离子体激光源电源(13)与诱导等离子体激光源(9)电连接。4.根据权利要求1所述的一种真空中电荷选择捕获释放的装置，其特征在于：所述的等离子体靶材(2)的材质为致密介质。5.根据权利要求1所述的一种真空中电荷选择捕获释放的装置，其特征在于：所述的等离子体诱导激光源(13)包括气体激光器、准分子激光器或半导体激光器；诱导等离子体激光(9)的波段包括红外波段、可见光波段或紫外波段。6.应用于权利要求1-5任一所述装置的一种真空中电荷选择捕获释放的方法，其特征在于：步骤如下：1)将所述装置的诱导等离子体光源(7)接通电源，诱导等离子体光源(7)发射诱导等离子体激光(9)并由高功率光纤输入光路系统(8)中，诱导等离子体激光(9)经过光路系统(8)
准直聚焦后，从光路系统(8)中出射并依次穿过第三栅网电极(6)和第二栅网电极(5)中心的通孔，最终垂直聚焦于等离子体靶材(2)表面，等离子体靶材(2)在诱导等离子体激光(9)的作用下产生等离子体(3)；2)将所述装置的第一栅网电极(4)、第二栅网电极(5)和第三栅网电极(6)接通电源，第一栅网电极(4)和第二栅网电极(5)之间产生电势差形成引出电场，第二栅网电极(5)和第三栅网电极(6)之间产生电势差形成加速电场；3)步骤1)中等离子体(3)中电荷(16)在引出电场的作用下引出并单向移动至加速电场内，并在加速电场的作用下单向加速移动至光阱(14)处与光阱(14)中的微粒(15)碰撞；4)若微粒(15)呈电中性，则电荷(16)与微粒(15)碰撞后使得微粒(15)带电，微粒(15)带电性质与电荷(16)一致；若微粒(15)带电，且微粒(15)带电性质与电荷(16)相反，则电荷(16)与微粒(15)碰撞后使得微粒(15)被电荷(16)中和，从而实现在真空环境下对电荷(16)的选择捕获和释放。7.根据权利要求6所述的一种真空中电荷选择捕获释放的方法，其特征在于：所述步骤1)中，光路系统包括扩束装置、准直装置和聚焦装置，通过将引入的诱导等离子体激光(9)进行扩束、准直和聚焦，最终将诱导等离子体激光(9)入射至等离子体靶材(2)表面。8.根据权利要求6所述的一种真空中电荷选择捕获释放的方法，其特征在于：所述步骤1)中，诱导等离子体激光(9)的能量密度大于等离子体靶材(2)表面能量密度临界值。9.根据权利要求6所述的一种真空中电荷选择捕获释放的方法，其特征在于：所述步骤2)中，若第一栅网电极(4)电势高于第三栅网电极(6)电势，第二栅网电极(5)电势介于第一栅网电极(4)电势和第三栅网电极(6)电势之间，则第一栅网电极(4)、第二栅网电极(5)和第三栅网电极(6)将等离子体(3)的正电荷引出加速至微粒(15)上；若第一栅网电极(4)电势低于第三栅网电极(6)电势，第二栅网电极(5)电势介于第一栅网电极(4)电势和第三栅网电极(6)电势之间，则第一栅网电极(4)、第二栅网电极(5)和第三栅网电极(6)将等离子体(3)的负电荷引出加速至微粒(15)上。

技术总结
本发明公开了一种真空中电荷选择捕获释放的装置与方法。光阱和微粒位于真空室内，微粒稳定捕获于光阱中，栅网电极系统将等离子体系统产生的电荷输送至微粒上；方法步骤为：等离子体系统发射诱导等离子体激光垂直聚焦于等离子体靶材表面并产生等离子体，等离子体的电荷在栅网电极系统的作用下引出并在单向移动中与光阱中的微粒碰撞，被微粒选择捕获。本发明通过激光诱导产生等离子体，避免产生高压电场；同时，通过对栅网电极电势的合理分配，很好的控制在静电场中运动的电荷的性质及电量，从而控制微粒所捕获电荷的性质。从而控制微粒所捕获电荷的性质。从而控制微粒所捕获电荷的性质。


技术研发人员：刘承
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2021.10.12
技术公布日：2022/2/6