[发明专利]一种基于悬浮微粒测量电场的方法及装置

权利要求书

1.一种基于悬浮微粒测量电场的方法，其特征在于，

1）捕获微粒并悬浮微粒；

2）调节悬浮微粒所带的电荷量；

3）测得悬浮微粒的电荷数N；

4）将悬浮微粒放置于待测电场中，测得悬浮微粒在电场作用下的位移功率谱密度响应，得到电场力F_el；

5）根据公式E=F_el/Nq_e，得到电场强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微粒为质量已知的标准光学均匀介质球，形状为球型，材料是二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）捕获微粒并悬浮微粒的方式包括光悬浮、磁悬浮或者电悬浮。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）调节微粒带电量的方式包括紫外光激发或者高压电晕放电。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3）测量微粒带电量的方式为，在一对平行电极上施加频率为ω_dr的交流驱动电压，以形成交变电场，悬浮微粒的位置处于电场覆盖范围内；

通过解调ω_dr处的信号获得悬浮微粒对电场力的响应幅值，根据该响应幅 值的变化即可测出微粒所带的电荷数N。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）采用光悬浮微粒，电场探测的灵敏度在谐振子的谐振频率处最优，理论灵敏度由热噪声限和微粒的带电量决定：

，其中k_B为玻尔兹曼常数，T为开尔文温度，m为微粒的质量，Γ为阻尼率。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4）将悬浮微粒的运动进行正交分解，分别探测出三个轴向的电场分量并进行叠加，从而实现矢量电场的探测。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微粒的尺寸为百纳米级，振动幅度为数个纳米，可探测电场的空间分辨率达百纳米级。