Измерение давления микроволнового излучения на тонкие металлические волокна

Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Український метрологічний журнал / Ukrainian Metrological Journal; № 4 (2021); 45-50
Украинский метрологический журнал / Ukrainian Metrological Journal; № 4 (2021); 45-50
Ukrainian Metrological Journal; No. 4 (2021); 45-50
ISSN: 2306-7039
2522-1345
Popis: The pressure of electromagnetic radiation in the optical range is widely used to hold microparticles in a given place and control their movement. This is possible by focusing the laser radiation into an area with the dimension of several micrometers. The intensity of radiation in this area is large and sufficient to retain micro-particles in the laser beam and manipulate them. Nowadays, intensive research is underway on the use of microwave and terahertz radiation and the possibility of applying radiation pressure in these ranges. But in the microwave range, the focal spot dimension is much larger than in the optical one. Therefore, control of the objects whose dimensions are comparable to those of the focal spot using the radiation pressure requires very high power. For the objects with small dimensions, a small amount of radiation energy falls on them, and the acting force decreases. However, it is known that thin conductive fibers interact very strongly with microwave radiation. This can be used to levitate short thin metal fibers (vibrators), hold them in predicted place and control their position in space. The paper describes the measurements of the pressure of microwave radiation with a wavelength of 8mm on thin copper fibers. Torsional balance is used for this purpose. In the metal case on a suspension from a tungsten fiber with a diameter of 8microns there is located the rocker arm with 50mm length with receiving elements in the form of system of copper fibers with a diameter of 300microns and 15mm length. Microwave radiation was directed to one of the receiving elements using a horn. The calibration of torsion balance, the measurement process, and the evaluation of the resulting error are described. The measurements gave the value of the efficiency factor of the radiation pressure Qpr = 4.86. This agrees satisfactorily with the results of calculations Qpr = 5.39. The difference is 10%.
Давление электромагнитного излучения в оптическом диапазоне используется в лазерных ловушках (“оптических пинцетах”) для управления положением мишеней (микрочастиц, биологических клеток и др.). Это возможно благодаря фокусировке лазерного излучения в область размером в несколько микрометров. Интенсивность излучения в ней достаточна для удержания частиц в луче и манипуляций с ними. В микроволновом диапазоне диаметр фокального пятна намного больше, и для управления объектами с помощью давления излучения необходимы очень большие мощности. Но известен эффект очень сильного взаимодействия тонких проводящих волокон с микроволновым излучением. Фактор эффективности давления излучения на такие объекты достигает значений в несколько сотен. Это может быть использовано для левитации объектов в виде тонких металлических волокон и для управления их положением в пространстве. В статье описано измерение давления микроволнового излучения с длиной волны 8мм на тонкие медные волокна. Для этого использованы крутильные весы. Описана калибровка крутильных весов, процесс измерений и оценка погрешности результата. Эксперимент подтвердил выводы теории.
Тиск електромагнітного випромінювання в оптичному діапазоні широко застосовується для утримання мікрочастинок і керування ними. Це досягається завдяки можливості фокусування лазерного випромінювання в область розміром у декілька мікрометрів. Інтенсивність випромінювання в ній достатня для утримання мікронних частинок у промені лазера і маніпуляцій з ними. Зараз проводяться інтенсивні дослідження щодо використання мікрохвильового й терагерцового випромінювань та можливості застосування тиску випромінювання в цих діапазонах. Але в мікрохвильовому діапазоні розміри фокальної області набагато більші, ніж в оптичній. Тому для керування об’єктами, розмір яких порівняний із розміром фокальної області, за допомогою тиску випромінювання необхідні дуже великі потужності. При малих розмірах об’єктів на них потрапляє невелика кількість енергії випромінювання, і діюча сила зменшується. Однак, відомо, що тонкі провідникові волокна дуже сильно взаємодіють з мікрохвильовим випромінюванням. Це може бути використано для левітації коротких тонких металевих волокон (вібраторів), утриманні їх у заданому місці та керуванні їхнім положенням у просторі. У статті описано вимірювання тиску мікрохвильового випромінювання з довжиною хвилі 8мм на тонкі мідні волокна. Для цього використано крутильні ваги. Уметалевому корпусі на підвісі з вольфрамового волокна діаметром 8мкм розташовано коромисло довжиною 50мм із приймальними елементами у вигляді системи мідних волокон діаметром 300мкм і довжиною 15мм. На один із приймальних елементів за допомогою рупора спрямовувалось мікрохвильове випромінювання. Описано калібрування крутильних ваг, процес вимірювань та оцінку похибки результатів. Вимірювання дали значення фактора ефективності тиску випромінювання Qpr=4.86. Це задовільно узгоджується з результатами розрахунків Qpr =5.39. Різниця становить 10%.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: