激光誘導(dǎo)水凝結(jié)模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光誘導(dǎo)水凝結(jié)，特別是一種激光誘導(dǎo)水凝結(jié)模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 一直以來，人工誘導(dǎo)降雨降雪是人類的一個美好夢想，迄今為止，傳統(tǒng)的方法主要 是在空氣中播撒小顆粒的干冰、碘化銀以及其他的鹽。由于人工降雨降雪對農(nóng)業(yè)和人類其 他活動有重要的影響，因此，研究人工降雨降雪問題尤為重要。近年來，隨著飛秒激光技術(shù) 的迅猛發(fā)展，超強超短激光脈沖射入空氣中被證明能產(chǎn)生一條等離子體通道，俗稱激光光 絲，從而能夠誘導(dǎo)激發(fā)水凝結(jié)。這種激光光絲起源于光克爾自聚焦和等離子體自散焦的一 個動態(tài)平衡?；诩す夤饨z獨特的性質(zhì)，激光光絲在飛秒激光誘導(dǎo)水凝結(jié)方面有許多潛在 的應(yīng)用，且引起廣泛的關(guān)注。因此，開展相關(guān)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用探索研究具有十分重要的意 義。
[0003] 目前，關(guān)于激光誘導(dǎo)水凝結(jié)在空氣和云室中的相關(guān)研究已經(jīng)展開[參見文 獻 1 ：P.Rohwetter,J.Kasparian,K.Stelmaszczyk,Z.Hao,S.Henin,N.Lascoux,ff. M.Nakaema,Y.Petit,M.Quei0er,R.Salame,E.Salmon,L.W6ste,andJ. -P. Wolf, "Laser-inducedwatercondensationinair, '，Nat.Photonics4 (7), 451 -456, 2010 ；2 ：S.Henin,Y.Petit,P.Rohwetter,K.Stelmaszczyk,Z.Q.Hao,ff.M.Nakaema,A. Vogel,T.Pohl,F.Schneider,J.Kasparian,K.Weber,L.Wdste,andJ.-P.Wolf,^Field measurementssuggestthemechanismoflaser-assistedwatercondensation, ''Nat. Commun. 2, 456, 2011]。其中激光誘導(dǎo)水凝結(jié)在云霧室中的研究，其研究的核心技術(shù)是控制 激光誘導(dǎo)水凝結(jié)模擬系統(tǒng)中云霧室的環(huán)境溫度。一般采用在云室底板下面盤冷凝管，然后 通過壓縮機壓縮冷卻冷凝管的方式來調(diào)整腔室的環(huán)境溫度，這種方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 另外，也有通過干冰制冷的方式調(diào)節(jié)云霧室內(nèi)的溫度，干冰由于其易揮發(fā)等特點，在制冷方 面有廣泛的應(yīng)用。干冰制冷的方法操作簡易，成本也比較低，但是由于其極易揮發(fā)，升華為 比固體體積大600-800倍的氣體二氧化碳，所以利用干冰制冷不能在密封性能好、體積較 小的容器中，容易引起爆炸，同時，干冰制冷不能夠精準(zhǔn)的控制云霧室環(huán)境溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種激光誘導(dǎo)水凝結(jié)模擬系 統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作安全方便，價格便宜，可模擬不同環(huán)境條件下的激光誘導(dǎo)水凝結(jié) 現(xiàn)象。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0006] 飛秒激光器、透鏡、半導(dǎo)體制冷組件、紫銅塊散熱片、半導(dǎo)體制冷片、紫銅塊冷卻 片、有機玻璃腔室、水槽、加熱電阻絲、溫濕度探測裝置、直流電流源、光束收集裝置；
[0007] 所述的有機玻璃腔室是由六塊有機玻璃通過粘合劑拼合而成六面體空腔，該有機 玻璃腔室的四個側(cè)面的中心依次設(shè)有第一激光窗口、水凝結(jié)現(xiàn)象觀察窗口、第二激光窗口 和光譜探測窗口，所述的四個窗口均安裝石英玻璃密封，所述的有機玻璃腔室的一個左側(cè) 面或右側(cè)面設(shè)有水管通孔和導(dǎo)線通孔，在該有機玻璃腔室上的四周內(nèi)壁設(shè)有水槽，在水槽 內(nèi)放置加熱電阻絲，該加熱電阻絲經(jīng)所述的導(dǎo)線通孔與所述的第二直流電流源相連，所述 的水槽的進水管經(jīng)所述的水管通孔與所述的儲水箱的出水口相連，所述的溫濕度探測裝置 的探頭經(jīng)所述的導(dǎo)線通孔與所述的溫濕度探測裝置相連接；
[0008] 所述的半導(dǎo)體制冷組件包括四個半導(dǎo)體制冷件，所述的半導(dǎo)體制冷件均勻分布安 裝在所述的有機玻璃腔室頂層的有機玻璃上，每個半導(dǎo)體制冷件自上而下由紫銅塊散熱 片、半導(dǎo)體制冷片和紫銅塊冷卻片構(gòu)成，所述的半導(dǎo)體制冷片以串聯(lián)的方式通過導(dǎo)線串聯(lián) 后與所述的第一直流電流源相連，所述的有機玻璃腔室的六個外表面覆蓋絕熱材料；
[0009] 沿所述的飛秒激光器輸出的激光光束方向依次設(shè)置所述的透鏡、第一激光窗口、 第二激光窗口和光束收集裝置，所述的飛秒激光器發(fā)射的激光光束，經(jīng)過所述的透鏡聚焦， 在所述的有機玻璃腔室中形成等離子體通道，俗稱激光光絲，誘導(dǎo)激發(fā)水凝結(jié)。
[0010] 所述的通過改變加在所述的半導(dǎo)體制冷組件的電流，調(diào)節(jié)所述的有機玻璃腔室內(nèi) 的環(huán)境溫度。
[0011] 所述的通過改變加在所述水槽內(nèi)加熱電阻絲上的電流，調(diào)節(jié)所述的有機玻璃腔室 內(nèi)的環(huán)境濕度。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的顯著特點：
[0013] 1、本發(fā)明通過調(diào)節(jié)加在半導(dǎo)體制冷片上的電流，調(diào)控腔室內(nèi)的環(huán)境溫度，系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)更加簡單，操作更加安全方便，價格更加便宜，調(diào)控環(huán)境溫度更加精準(zhǔn)有效；
[0014] 2、本發(fā)明中有機玻璃腔室以及在其六個外表面覆蓋絕緣材料，既能很好地保持了 腔室內(nèi)的環(huán)境溫度，又節(jié)約了加工腔室的成本，利用有機玻璃腔室的實驗過程也更加方便 快捷；
[0015] 3、本發(fā)明能夠較好的實現(xiàn)不同環(huán)境中的激光誘導(dǎo)水凝結(jié)的基礎(chǔ)研究；溫控裝置和 濕度控制裝置能夠有效地調(diào)節(jié)腔室內(nèi)溫度和濕度，從而模擬腔室內(nèi)不同的環(huán)境條件。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明激光誘導(dǎo)水凝結(jié)模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0017] 圖2為半導(dǎo)體制冷組件AA部分剖視圖；
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不應(yīng)因此限制本發(fā)明的保護范 圍。
[0019] 參閱圖1，圖1為本發(fā)明激光誘導(dǎo)水凝結(jié)模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)立體圖，如圖所示，本發(fā) 明激光誘導(dǎo)水凝結(jié)模擬系統(tǒng)，包括飛秒激光器1、透鏡2、半導(dǎo)體制冷組件7、有機玻璃腔室 4、水槽13、加熱電阻絲14、溫濕度探測裝置21、第一直流電流源8、第二直流電流源20、光束 收集裝置6 ;
[0020] 所述的有機玻璃腔室4是由六塊有機玻璃通過粘合劑拼合而成六面體空腔，該有 機玻璃腔室4的四個側(cè)面的中心依次設(shè)有第一激光窗口 3、水凝結(jié)現(xiàn)象觀察窗口 16、第二激 光窗口 5和光譜探測窗口 15,所述的四個窗口均安裝石英玻璃密封，所述的有機玻璃腔室4 的左側(cè)面或右側(cè)面設(shè)有一個水管通孔10和兩個導(dǎo)線通孔11、12,在該有機玻璃腔室4上的 四周內(nèi)壁設(shè)有水槽13,在水槽13內(nèi)放置加熱電阻絲14,該加熱電阻絲14經(jīng)所述的第一導(dǎo) 線通孔11與所述的第二直流電流源20相連，所述的水槽13的進水管經(jīng)所述的水管通孔10 與所述的儲水箱9的出水口相連，所述的溫濕度探測裝置21的探頭經(jīng)所述的第二導(dǎo)線通孔 12與所述的溫濕度探測裝置21相連接；
[0021] 所述的半導(dǎo)體制冷組件7包括四個半導(dǎo)體制冷件，所述的半導(dǎo)體制冷件均勻分布 安裝在所述的有機玻璃腔室4頂層的有機玻璃上，每個半導(dǎo)體制冷件自上而下由紫銅塊散 熱片21、半導(dǎo)體制冷片22和紫銅塊冷卻片23構(gòu)成，所述的半導(dǎo)體制冷片22以串聯(lián)的方式 通過導(dǎo)線串聯(lián)后與所述的第一直流電流源8相連，所述的有機玻璃腔室4的六個外表面覆 蓋絕熱材料；
[0022] 沿所述的飛秒激光器1輸出的激光光束方向依次設(shè)置所述的透鏡2、第一激光窗 口 3、第二激光窗口 5和光束收集裝置6,所述的飛秒激光器1發(fā)射的激光光束，經(jīng)過所述的 透鏡2聚焦，在所述的有機玻璃腔室4中形成等離子體通道，俗稱激光光絲，誘導(dǎo)激發(fā)水凝 結(jié)。
[0023] 所述的通過改變加在所述的半導(dǎo)體制冷片上的電流，調(diào)節(jié)所述的有機玻璃腔室4 內(nèi)的環(huán)境溫度。
[0024] 通過改變加在所述的水槽13內(nèi)加熱電阻絲14上的電流，調(diào)節(jié)所述的有機玻璃腔 室4內(nèi)的環(huán)境濕度。
[0025] 圖2為本發(fā)明中為半導(dǎo)體制冷組件AA部分剖視圖，如圖所示，所述的半導(dǎo)體制冷 件自上而下由紫銅塊散熱片21、半導(dǎo)體制冷片22和紫銅塊冷卻片23構(gòu)成，所述的半導(dǎo)體制 冷片22鑲嵌在所述的有機玻腔室頂板中，與所述的紫銅塊散熱片21下表面以及紫銅塊冷 卻片23上表面緊密接觸。
[0026] 經(jīng)試驗表明，本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)加在所述的半導(dǎo)體制冷片上的電流，調(diào)節(jié)所述 的有機玻璃腔室內(nèi)的環(huán)境溫度；通過改變加在所述的水槽內(nèi)加熱電阻絲上的電流，調(diào)節(jié)所 述的有機玻璃腔室內(nèi)的環(huán)境濕度。從而實現(xiàn)不同條件下的激光誘導(dǎo)水凝結(jié)。本發(fā)明可模擬 不同的實驗環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便、操作安全，適用于觀察分析不同環(huán)境條件下的激光 誘導(dǎo)水凝結(jié)現(xiàn)象。其實質(zhì)屬于超強超短飛秒激光技術(shù)，適用于人工研究降雨降雪的基礎(chǔ)研 究和應(yīng)用研究領(lǐng)域。
【主權(quán)項】
1. 一種激光誘導(dǎo)水凝結(jié)模擬系統(tǒng)，特征在于其構(gòu)成包括：飛秒激光器（I)、透鏡（2)、半 導(dǎo)體制冷組件（7)、紫銅塊散熱片（17)、半導(dǎo)體制冷片（18)、紫銅塊冷卻片（19)、有機玻璃 腔室（4)、水槽（13)、加熱電阻絲（14)、溫濕度探測裝置（21)、第一直流電流源（8)、第二直 流電流源（20)、光束收集裝置（6); 所述的有機玻璃腔室（4)是由六塊有機玻璃通過粘合劑拼合成六面體空腔，該有機玻 璃腔室（4)的四個側(cè)面的中心依次設(shè)有第一激光窗口（3)、水凝結(jié)現(xiàn)象觀察窗口（16)、第二 激光窗口（5)和光譜探測窗口（15)，所述的四個窗口均安裝石英玻璃密封，所述的有機玻 璃腔室（4)的左側(cè)面或右側(cè)面設(shè)有一個水管通孔（10)和兩個導(dǎo)線通孔（11、12)，在該有機 玻璃腔室（4)上的四周內(nèi)壁設(shè)有水槽（13)，在水槽（13)內(nèi)放置加熱電阻絲（14)，該加熱電 阻絲（14)經(jīng)所述的第一導(dǎo)線通孔（11)與所述的第二直流電流源（20)相連，所述的水槽 (13)的進水管經(jīng)所述的水管通孔（10)與所述的儲水箱（9)的出水口相連，所述的溫濕度探 測裝置（21)的探頭經(jīng)所述的第二導(dǎo)線通孔（12)與所述的溫濕度探測裝置（21)相連接； 所述的半導(dǎo)體制冷組件（7)包括四個半導(dǎo)體制冷件（71)，所述的半導(dǎo)體制冷件（71)均 勻分布安裝在所述的有機玻璃腔室（4)頂層的有機玻璃上，每個半導(dǎo)體制冷件（71)自上而 下由紫銅塊散熱片（21)、半導(dǎo)體制冷片（22)和紫銅塊冷卻片（23)構(gòu)成，所述的半導(dǎo)體制冷 片（22)以串聯(lián)的方式通過導(dǎo)線串聯(lián)后與所述的第一直流電流源（8)相連，所述的有機玻璃 腔室（4)的六個外表面覆蓋絕熱材料； 沿所述的飛秒激光器（1)輸出的激光光束方向依次是所述的透鏡（2)、第一激光窗口 (3)、第二激光窗口（5)和光束收集裝置（6)，所述的飛秒激光器（1)發(fā)射的激光光束，經(jīng)過 所述的透鏡（2)聚焦，在所述的有機玻璃腔室（4)中形成等離子體通道，俗稱激光光絲，誘 導(dǎo)激發(fā)水凝結(jié)。
【專利摘要】一種激光誘導(dǎo)水凝結(jié)模擬系統(tǒng)，其實質(zhì)是將飛秒激光脈沖聚焦之后，射入由半導(dǎo)體制冷組件控制環(huán)境溫度的腔室中，聚焦激光在腔室中成絲，激光絲在不同的環(huán)境中，誘導(dǎo)激發(fā)腔室內(nèi)的水凝結(jié)；本發(fā)明通過分別調(diào)節(jié)加在半導(dǎo)體制冷片和加熱電阻絲上的電流，來控制腔室內(nèi)的溫、濕度，實現(xiàn)不同環(huán)境下的激光誘導(dǎo)水凝結(jié)。本發(fā)明裝置可模擬不同的實驗環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡單，操作安全方便，價格便宜，適用于研究分析不同環(huán)境條件下的激光誘導(dǎo)水凝結(jié)現(xiàn)象。
【IPC分類】G01N33/00
【公開號】CN105004839
【申請?zhí)枴緾N201510398978
【發(fā)明人】劉永宏, 劉建勝, 孫海軼, 鞠晶晶, 李鵬華, 王成
【申請人】中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月9日