[发明专利]一种通过多种外部扰动方式调控气泡行为的装置与方法

权利要求书

1.一种通过多种外部扰动方式调控气泡行为的装置，其特征在于，系统装置包括激发光源系统、外部扰动系统、催化反应系统和高速摄像系统，所述激发光源系统产生激发光束，通过外部扰动系统改变入射至催化反应系统内的光束属性，由高速摄像系统记录催化反应系统内的气泡行为，其中激发光源系统包括激光器(1)、消色差激光扩束镜(4)、半透半反棱镜(5)和聚焦透镜(7)，由上至下安装在支撑棒(19)上，外部扰动系统包括斩波片(2)、斩波控制器(3)、三维电动位移台(15)、精密运动控制器(16)和光束转折器(6)，斩波片(2)连接斩波控制器(3)，三维电动位移台(15)连接精密运动控制器(16)，光束转折器(6)安装在光学平台(11)上，激光器(1)产生的激光束通过消色差激光扩束镜(4)、半透半反棱镜(5)和聚焦透镜(7)的轴心位置，凸透镜(7)安装在一维位移台(8)上，斩波片(2)安装在激光器(1)与消色差激光扩束镜(4)之间，或者安装在半透半反棱镜(5)和光束转折器(6)之间，或者安装在半透半反棱镜(5)和凸透镜(7)之间，高速摄像系统安装在三维调节架(17)上，高亮度LED灯(9)正对显微镜(13)，电化学工作站(10)、精密运动控制器(16)和高速摄像机(14)连接计算机(18)。

2.一种基于权利要求1所述装置的由激光驱动气泡动力学行为的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，所述激光器(1)产生激发光束，激发光经过半透半反棱镜(5)后被平均分为两束，反射光束部分经光束转折器(6)反射后与透射光束部分通过凸透镜(7)进行聚焦，透射光和反射光在电极表面聚焦位置分别产生单气泡；

步骤二，调节光束转折器(6)的反射角度，控制反射光束驱动的气泡在电极表面运动，并与透射光束在电极表面驱动的气泡发生相互作用；光束转折器(6)的倾斜角度调整范围为±4°，使反射光路聚焦光斑位置与透射光路聚焦光斑位置距离1mm以内；

步骤三，通过调节斩波控制器(3)控制斩波片(2)的斩波频率，对光路进行斩光，从而驱动电极表面催化反应产生气泡的动力学行为；

步骤四，通过三维电动位移台(15)控制激光聚焦光斑在电极表面上相对运动，从而驱动电极表面气泡动力学行为；通过精密运动控制器(16)控制三维电动位移台(15)带动反应池(12)运动，间接带动反应池(12)内光电极运动，从而控制光电极上的聚焦光斑发生相对运动，进而控制光催化产生的气泡在电极表面上的动力学行为；

步骤五，由高速摄像系统记录催化反应系统中气泡的动力学行为。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，外部扰动系统可以实现多种扰动方式，包括斩波片(2)对光路进行斩光，光束转折器(6)调节入射光束在电极表面的位置，和三维电动位移台(15)控制聚焦光斑在电极表面的相对运动。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过一维位移台(8)调节凸透镜(7)在光路中的位置，使凸透镜(7)距离光电极表面9cm-11cm之间，控制透射光和反射光在电极表面聚焦光斑直径小于1mm。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，外部扰动系统中多种扰动方式独立工作，每种扰动方式可以单独控制电极表面气泡的动力学行为，或者多种扰动方式耦合控制电极表面气泡的动力学行为。