專利名稱：：用于控制昆蟲的頻率發(fā)射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及一種控制或吸引昆蟲的裝置及方法。更具體地說，本發(fā)明涉及利用一個散射面和泵浦輻射產(chǎn)生相干或者半相干輻射頻率來控制或者吸引昆蟲的裝置和方法。因為諸如跳蚤、蚊子和飛蛾等昆蟲不僅很令人討厭、而且糟蹋物品，通常還有害身體健康，所以它們很不受人歡迎，目前已經(jīng)發(fā)明了很多種捕殺和處理昆蟲的裝置和措施?，F(xiàn)有的裝置和方法五花八門，例如，滅蠅紙、利用電擊原理的電子殺蟲器和化學(xué)殺蟲劑等。傳統(tǒng)的裝置和方法存在很多缺陷。例如，滅蠅紙和電子殺蟲器都不能吸引昆蟲，而且在一個給定的區(qū)域內(nèi)僅僅具備有限的殺蟲作用(大約5-10％)。總的來說，化學(xué)殺蟲劑對人類的身體健康和自然環(huán)境都存在很大危害，而且它也不具備吸引昆蟲的功能。長期研究表明，昆蟲易于受某種特定的性激素和宿主誘餌吸引。例如，PhilipS.Callahan博士(下文稱之為申請人)在1957年試驗推斷，可見光并不吸引夜間的飛蛾，而是空氣中的植物氣味被低強度可見光光源激發(fā)后產(chǎn)生的紅外散射頻率容易吸引這些飛蛾。1957年9月Callahan博士在第50卷第5期《AnnalsoftheEntomologicalSocietyofAmerica》上發(fā)表了一篇題為“OvipositionResponsetothelmagooftheCornEarwormHeliothisZea(Boddie)，toVariousWaveLengthsofLight”的論文。在《Fabelinskii》一書中可以找到有關(guān)散射輻射方面的綜述，Brown大學(xué)物理系的RobertT.Beyer把該書翻譯成《MolecularScatteringofLight》，并于1968年由紐約的Plenum出版社出版發(fā)行。申請人在本世紀(jì)六十年代中期發(fā)表的系列文章中，驗證了昆蟲的觸角充當(dāng)開放式光子諧振器波導(dǎo)收集和發(fā)射紅外頻率的事實。參看1963年8月Callahan發(fā)表在《AppliedOptics》第7卷1425頁的文章“AHighFrequencyDielectricWaveguideontheAntennaofNight-FlyingMoths(Saturnidae)”、1965年9月Callahan發(fā)表在《AnnalsoftheEntomologicalSocietyofAmerica》第58卷第5期746-756頁的文章“IntermediateandFarInfraredSensingofNocturnalInsects，PartII，TheCompoundEyeoftheCornEarworm，Heliothiszea，andOtherMothsasaMosaicOptic-electromagneticThermalRadiometer”以及1967年6月Callahan發(fā)表在《MiscellaneousPublicationsoftheEntomologicalSocietyofAmerica》第5卷第7期315-347頁的文章“InsectMolecularBioelectronicsATheoreticalandExperimentalStudyofInsectSendillaeasTubularWaveguides，withParticularEmphasisonTheirDielectricandThermoelectricProperties”。1968年，申請人驗證了近紅外輻射所激發(fā)的人體氣化物在完全黑暗的環(huán)境中吸引埃及伊蚊的事實。參看Mangum等人于1968年2月發(fā)表在《JournalofEntomology》第61卷第1期36-37頁的文章“AttractanceofNear-InfraredRadiationtoAedesaegypti”。1975年Callahan發(fā)表在《Int.J.InsectMorphol.&amp;Embryol》第4卷第5期381-430頁的文章“InsectAntennawithSpecialReferencetoMechanismofScentDetectionandtheEvolutionoftheSensilla”中詳盡地描述了有關(guān)昆蟲觸角的研究工作。1977年，申請人驗證了夜間飛蛾受蠟燭的吸引并不是因為昆蟲的眼睛和燭光的緣故，而是由于昆蟲的介電觸角和對昆蟲觸角起到調(diào)諧作用的蠟燭水氣所產(chǎn)生的紅外輻射。參看1977年12月PhilipS.Callahan發(fā)表在《AppliedOptics》第16卷3089頁的文章“Mothandcandlethecandleflameasasexualmimicofthecodedinfraredwavelengthsfromamothsexscent(pheromone)”以及1977年12月PhilipS.Callahan發(fā)表在《AppliedOptics》第16卷3098頁的文章“Trappingmodulationofthefarinfrared(17-μmregion)emissionfromthecabbageloopermothpheromone(sexscent)”。針對某些昆蟲種類，已經(jīng)采用化學(xué)手段鑒別并合成了專門的誘餌(例如外激素，昆蟲產(chǎn)生的易揮發(fā)性混合物)。在過去的幾十年中，有關(guān)性和宿主植物誘餌微粒的分離研究取得了穩(wěn)步發(fā)展，已經(jīng)把誘餌應(yīng)用在各種傳統(tǒng)的捕殺器中。但因為這些捕殺器使它們(外激素)所有的氣味散逸在空氣中，而且僅僅在幾天內(nèi)就失效了，所以殺蟲效果很差。在Callahan申請的第3,997,785號美國專利中，專利申請人描述了一種昆蟲控制系統(tǒng)。為了從紅外發(fā)射窗口中激發(fā)并發(fā)射窄帶脈澤類能量，該系統(tǒng)在盛有微粒態(tài)氣化物的封閉腔體中振動一根鍍金的針狀物。本文的發(fā)明以該專利為參考。盡管和傳統(tǒng)解決方案相比，該系統(tǒng)具備了一些優(yōu)點，但因為它不能近似模擬被控制昆蟲所產(chǎn)生的頻率的脈澤類頻率，經(jīng)常會失效。因此，需要發(fā)明一種不危害人類健康、相對便宜、易于制作、能夠在特定區(qū)域內(nèi)吸引或者控制昆蟲的裝置和方法。本發(fā)明采用天然的(復(fù)制)散射面、天然的振動調(diào)制頻率和相關(guān)的泵浦輻射產(chǎn)生相干或者半相干輻射頻率來控制或者吸引昆蟲，克服了傳統(tǒng)解決方案存在的缺陷。因此，本發(fā)明適用于控制自然界所有的昆蟲。對昆蟲而言，這類控制既能充當(dāng)誘餌輻射(用于捕殺目的)，也能充當(dāng)歇振(即抑制)頻率輻射。為達(dá)到控制昆蟲的目的，本發(fā)明提供了一種發(fā)射天然毫米、紅外、可見光、紫外或者紫外-X射線頻率的裝置和方法?？刂瓢ㄎハx和驅(qū)趕昆蟲兩個方面發(fā)射被控制昆蟲的吸引頻率可以實現(xiàn)吸引；發(fā)射幾倍于該昆蟲光子通信系統(tǒng)的歇振(或抑制)頻率、或者發(fā)射與該昆蟲微粒通信系統(tǒng)的非同步相干頻率實現(xiàn)驅(qū)趕。采用一個專門設(shè)計的頻率(波長)發(fā)射器實現(xiàn)上述這些功能和頻率，該發(fā)射器利用特定昆蟲的天然化學(xué)信息素(semiochemical)和該昆蟲的介質(zhì)散射面來模仿它在日常繁殖和覓食行為中所采用的編碼波長。把化學(xué)信息或者其它特性的微粒裝在一個帶有窗口的封閉腔體中，相干或者半相干的脈擇狀輻射頻率從該窗口中發(fā)射出來。根據(jù)昆蟲的觸角、胸腔、翅膀或者腿部蝕刻復(fù)制而成的散射面平板位于腔體的中央，散射面平板與腔體內(nèi)的窗口邊沿相垂直。另外還提供一塊可調(diào)光柵來聚焦通過窗口發(fā)射的脈澤類輻射頻率。可調(diào)光柵的刻線數(shù)目是事先確定的，它和適當(dāng)昆蟲的觸角大小(介質(zhì)波導(dǎo)開放式諧振器)匹配。散射面與可調(diào)光柵垂直，并把散射面安裝在一個控制振動桿上，使得它在極低頻率范圍內(nèi)(即在1Hz到800Hz之間，由該昆蟲決定)振動?；瘜W(xué)信息素散布在振動散射面上，通過窗口把它產(chǎn)生的相干或者半相干窄帶高強度脈澤類輻射發(fā)射到環(huán)境中。利用該相干或者半相干的脈澤類輻射控制、吸引或者抑制昆蟲的天然頻率。另一方面，本發(fā)明提供一種裝置和方法，用于發(fā)射光子波模擬吸引或者驅(qū)趕昆蟲的天然波。采用電源、氣體放電管以及浸泡在適當(dāng)誘餌中的散射面來實現(xiàn)模擬。在運作中，電源激勵氣體放電管產(chǎn)生氣體放電輻射。把散射面安裝在與氣體管鄰接的位置，在氣體管上安裝一個圓柱形散射面，致使氣體放電管產(chǎn)生的能量被導(dǎo)向散射面上。因此，附著在散射面上(或附近)的誘餌微粒受放電能量激勵并開始振蕩，當(dāng)吸收到足夠的放電能量時，該振蕩產(chǎn)生光子波(或者輻射)，光子波再被昆蟲的介質(zhì)波導(dǎo)(例如昆蟲的觸角)吸收。通過改變放電能量、散射面以及誘餌，本發(fā)明對很多種昆蟲都能夠?qū)崿F(xiàn)有效的性能。能夠從幾個方面改變氣體放電管的能量輸出。改變填充管子的氣體能夠?qū)崿F(xiàn)期望譜線范圍內(nèi)的能量輸出。也可以從頻率(即充電速率)和/或幅度兩個方面改變用于激勵氣體管放電的電源能量。此外，對氣體管表面進行處理，能夠把放電輻射限制在期望的任何譜線范圍內(nèi)。也能夠從幾個方面改變散射面。首先，改變散射面的物理形狀能夠使本發(fā)明的制作變得容易。其次，改變散射面相對于氣體管的空間關(guān)系能夠使光子波沿著期望的方向發(fā)射。用不同材料制作散射面，會得到不同的誘餌吸收率和/或被吸收誘餌微粒的振動自由度。結(jié)合下面這些針對本發(fā)明最佳實施例的更具體描述和附圖，本發(fā)明上述和其它的特性與優(yōu)點會更加明確。附圖包括圖1是根據(jù)本發(fā)明制作的相干散射與群波孤子波導(dǎo)表面增強發(fā)射器的最佳實施例示意圖；圖2(a)至2(f)所示的照片是在昆蟲的觸角、胸部和腿部發(fā)現(xiàn)的各種散射面的例子；圖3所示的例子是粉紋夜蛾觸角的散射面；圖4是粉紋夜蛾(夜蛾科)外激素的譜圖5是從盛在一個小容器中的燕麥、水稻和豌豆的表面散射出來的譜圖，使它們的表面朝向分光光度計的光束方向，以確保這些種子外表面的扁平面接受光照；圖6是流過波長為3600埃的紫外黑光燈泡的甲醛譜圖；圖7是14.9μm的CO2旋光線譜圖；圖8是常壓ELF群波孤子的譜圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明制作的一個相干散射波導(dǎo)的最佳實施例示意圖；圖10所示的顯微照片是本發(fā)明的一個最佳實施例中用作散射面的纖維狀薄紙板復(fù)合陣列；圖11是根據(jù)本發(fā)明制作的相干散射波導(dǎo)的一個最佳實施例示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明制作的相干散射波導(dǎo)的一個最佳實施例示意圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明制作的相干散射波導(dǎo)的一個最佳實施例示意圖。I.第一個實施例的運作概覽圖1是本發(fā)明的最佳實施例之一。本發(fā)明包括一個能夠提供相干散射和孤子群波導(dǎo)的頻率發(fā)射器5，和一個控制昆蟲的表面增強型頻率發(fā)射器。發(fā)射引誘頻率波或是相反地發(fā)射幾倍于昆蟲光子通訊系統(tǒng)的抑制頻率波實現(xiàn)上述作用。頻率發(fā)射器5利用特定昆蟲的天然化學(xué)信息素和天然介電散射面模仿該昆蟲在日常繁殖和覓食行為中使用的編碼波長來實現(xiàn)這些功能。在這篇文獻中，“化學(xué)信息素”一詞是指發(fā)射天然通訊光子的昆蟲所發(fā)射的任何微粒。“控制”一詞是指將昆蟲誘至能夠?qū)⑵湎麥?比如用電擊或殺蟲劑)的特定區(qū)域，或者將昆蟲趕離某個特定區(qū)域。頻率發(fā)射器5包括腔體10、散射面20、可調(diào)節(jié)光柵30、振動/旋轉(zhuǎn)電機40、氣泵50、光泵60和紅外窗口70。下面給出這些組件的功能和運作描述。簡言之，頻率發(fā)射器5從盛有化學(xué)信息素的腔體10中產(chǎn)生窄帶、高強度的脈澤類輻射?；瘜W(xué)信息素通過散射面20在腔體中循環(huán)。設(shè)置泵的流速(即化學(xué)信息素通過散射面20的循環(huán)速率(在閉環(huán)系統(tǒng)中))，使其和刺激昆蟲尋找并響應(yīng)化學(xué)信息素的風(fēng)速相匹配。散射面20以適當(dāng)調(diào)制頻率振動(通常在在極低頻范圍內(nèi))?；瘜W(xué)信息素通過振動散射面20循環(huán)，能夠模仿昆蟲所產(chǎn)生的天然脈澤類輻射并且從窗口70發(fā)射到環(huán)境中。A.本發(fā)明的結(jié)構(gòu)描述參見圖1，腔體10的形狀任意，例如立方體、球體或者拋物面結(jié)構(gòu)。在本最佳實施例中，腔體10是近似為4cm×10cm×15cm的長方體，由金屬、塑料或玻璃制做而成。但事實上，可以用任意固體材料制作腔體10，它相對的兩側(cè)上各有一孔54和55，分別用于空氣的流入和流出。腔體10中充滿了化學(xué)信息或其它特性微粒，例如外激素或宿主植物氣味微粒。腔體10是密封的，以便化學(xué)信息(引誘或抑制)或其它特性微粒(例如氣味)能夠通過散射面20以連續(xù)的方式循環(huán)。換句話說，頻率發(fā)射器5是一個閉環(huán)系統(tǒng)。蝕刻有散射面20的平板15放置在腔體10的中央，平板15是用金屬或塑料做成的。用傾斜測微機構(gòu)85調(diào)整散射面的位置，使得窄帶高強度脈澤類輻射(天然化學(xué)信息素通過天然散射面循環(huán)而產(chǎn)生的)聚焦或微調(diào)在窗口70上。在最佳實施例之一中，可以沿任意方向調(diào)整散射面20(如垂直、水平、旋轉(zhuǎn)和繞軸轉(zhuǎn)等)。依據(jù)在各種昆蟲中發(fā)現(xiàn)的散射面，例如觸角、胸部、翅膀或腿，來建立散射面的模型。當(dāng)今的蝕刻技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了制造微米級電介質(zhì)或金屬掩膜結(jié)構(gòu)作為散射面或者毫米波、微波、紅外(IR)、可見和紫外(UV)波譜范圍的放大器的水平。目前正在制造這類微型開放式諧振器電介質(zhì)放大器或表面增強型散射結(jié)構(gòu)，并且Jewell等人1991年11月在《ScienceAmerica》上發(fā)表的“Microlasers”、Scherer等人1991年12月在《OpticsandPhotonicsNews》上發(fā)表的“LasinginSubmicronWideVerticalCavityMicrolasers”、Grossman等人1991年12月在第59卷第25期《Appl.phy.Lett.》上發(fā)表的“LithographicsSpiralantennasatshortwavelengths”和John于19915月在《PhysicsToday》上發(fā)表的“LocalizationofLight”等文章中已有描述，這些文章全部被本文列為參考文獻?，F(xiàn)代固態(tài)物理學(xué)開始使用“點”陣列來證實頻率的增強靈敏度和高放大率。這些點是用全息平板印刷術(shù)蝕刻在晶體管表面上的三維微觀散射天線陣列，這種蝕刻保留了抑制和放大頻率所需要的三維表面。參見Heitmann等人于1991年6月發(fā)表在《PhysicsToday》上的文章“TheSpectroscopyofQuantumArrays”。例如，昆蟲使用這種三維表面進行頻率放大已經(jīng)有幾百萬年歷史了。原子探針離子顯微鏡技術(shù)證實，位于原子表面上方并占據(jù)較為突出位置的氣體原子的成像與生物組織的散射面類似。這種表面紋理粗糙，帶有許多突起或凹陷。然而，粗糙表面是不適于成像的，除非被設(shè)計成具有特殊的邊緣或刻痕(比如昆蟲表面)來“聚焦”原子能量。昆蟲沒有粗糙表面，但具備特殊的表面，該表面可通過振蕩表面偏析增強頻率。離子顯微鏡拍攝的離子照片顯示出在諸如氦氣等氣體中的孤子目標(biāo)波，這種孤子目標(biāo)波與來自大氣的低能量波相同。參見TienTsong于1993年5月發(fā)表在《PhysicsToday》中的文章“Atom-ProbeFieldIonMicroscopy”。孤子波是一種疊加在其它波中的變化波。表1中列出了昆蟲的典型散射面，圖2(a)到圖2(f)是表1中所列的一些散射面的示例照片。圖2(A)是網(wǎng)狀表面(#1，表1)，圖2(B)為溝槽或者突峰(溝紋)狀表面(#2，表1)，圖2(C)是從粉紋夜蛾上發(fā)現(xiàn)的錐形峰狀表面(#4，表1)，圖2(D)是葉形穗狀表面(#10，表1)，圖2(E)是粒狀耳形表面(#12，表1)，圖2(F)是迭瓦狀表面(#20，表1)。用目前的微觀蝕刻技術(shù)都能將所有這些表面蝕刻在平板20上。密封腔體10中有一個特殊的毫米波、微波、紅外、可見、紫外或X-射線窗口70，用該窗口發(fā)射化學(xué)信息素經(jīng)由散射表面20和光柵30(將在下面描述)循環(huán)所產(chǎn)生的相干散射輻射(即脈澤類輻射)。最佳實施例之一使用Krs5紅外窗口?？烧{(diào)光柵30由適當(dāng)數(shù)目的刻線構(gòu)成，通常與受控生物組織的介電散射觸角或感受器(剌狀物)的天然尺寸相匹配。在可見和紅外光譜范圍內(nèi)，應(yīng)該給可調(diào)光柵鍍金來得到高反射率。例如，20刻線/mm的可調(diào)光柵適用于蟑螂，而300～600刻線/mm的可調(diào)光柵適用于小扁虱或白蠅。表2中列出了適用于不同昆蟲的典型光柵尺寸。表2</tables>在腔體10中，把可調(diào)光柵30安裝對著窗口70的一側(cè)。依靠傾斜測微機構(gòu)90調(diào)整光柵30的位置，使得窄帶高強度脈澤類輻射聚焦或微調(diào)于窗口70上。本發(fā)明的最佳實施例之一中，散射面20和光柵30的位置都是可調(diào)的(例如橫向調(diào)節(jié)和上下調(diào)節(jié))，使得它們能被調(diào)整到激發(fā)(和/或聚焦)天然脈澤類輻射的位置。脈澤類輻射被散射面20反射到光柵30上，然后通過窗口70反射出去。利用這些相干或半相干的脈澤類輻射控制頻率發(fā)射器5外部環(huán)境中的某種特定昆蟲。注意，在最佳實施例之一中，根據(jù)一種特定昆蟲(例如粉紋夜蛾)對散射面20和光柵30進行微調(diào)整后，可以永久固定這些調(diào)節(jié)。這樣以來，把盛有化學(xué)信息素(例如用于粉紋夜蛾的順-7-十二碳烯-1-醇-羧酸乙酯外激素)的頻率發(fā)射器5放置在某一位置而無需進一步調(diào)整。把蝕刻散射面20安裝在與窗口70的邊緣相垂直的振動桿80上，并與光柵30成直角，振動桿80與振動/旋轉(zhuǎn)電機40連接。振動桿80的設(shè)計應(yīng)該使散射面傾斜桿85能夠螺旋前進并可壓住平板15，該結(jié)構(gòu)確保散射面20相對于光柵30的面定位能在小角度內(nèi)調(diào)節(jié)。再次說明，也可用傾斜測微機構(gòu)90調(diào)整光柵30。振動/旋轉(zhuǎn)電機50包括兩部分低頻振蕩器和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)(將在下面描述)，控制該低頻振蕩器能夠使桿80在1到800赫茲的頻率范圍(取決于被控制的昆蟲)振動。表3中列出了控制不同種類的昆蟲群時所使用的頻率范圍。</tables></tables>空氣循環(huán)泵50使得化學(xué)信息素或者其它引誘或抑制微粒通過振動散射面產(chǎn)生循環(huán)。注意，在打開空氣循環(huán)泵50之前，應(yīng)該事先用化學(xué)信息素或者其它引誘或抑制微粒填充腔體10。調(diào)整氣流使得它可以模仿昆蟲對其作出反應(yīng)的氣流。也就是說，以確定的空氣速度吹動化學(xué)信息素，刺激昆蟲尋找并對這種化學(xué)物質(zhì)作出反應(yīng)。這樣以來，調(diào)整化學(xué)信息素微粒流，使得它和刺激昆蟲的空中微粒的自然氣流相匹配。在最佳實施例之一中，空氣通過開口55從散射面20的頂邊流到氣泵50，并通過開口54回流進腔體10。直接把光泵60安裝在散射面20的上方。用紅外、藍(lán)光、紫外或紫外-X射線中任何一種光源作光泵60都可以，在最佳實施例之一中，使用了紫外(3600埃)光源。光泵60使得低強度泵浦輻射(DC)能夠穿過散射表面20?？梢杂貌煌姆椒ㄖ谱鞴獗?0，例如(1)放置在濾光片(如彩色濾光片、紅外濾光片、紫外濾光片等)后面的燈絲光源；(2)適當(dāng)頻率(如毫米波、紅外、可見光、紫外或紫外-X-射線)的發(fā)光二極管；(3)閃爍光源(頻率從1到800赫茲或更高)，在這種情況下，調(diào)整散射面20使其與光泵60的閃爍同步；或者(4)表面能夠反射特定頻率到散射面20上的蝕刻光柵光源。如果在大區(qū)域、場地、田野等空間使用本發(fā)明來控制昆蟲，可以利用振動/旋轉(zhuǎn)電機40使頻率發(fā)射器5繞豎直軸在360°內(nèi)轉(zhuǎn)動，這就使得頻率發(fā)射器5能夠通過窗口70向大區(qū)域內(nèi)掃描發(fā)射。旋轉(zhuǎn)與振動同步實現(xiàn)。例如，本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)尤其適合用在儲糧谷倉中。注意，頻率發(fā)射器5的正確運作并不需要旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，而只需要一個低頻振蕩器。B.調(diào)諧頻率發(fā)射器5針對某種特定昆蟲(如粉紋夜蛾)調(diào)諧頻率發(fā)射器5的過程中所涉及的一些理化參數(shù)敘述如下。為了使頻率發(fā)射器5能夠有效運作，會涉及到其中的一些參數(shù)。例如，不合適的溫度或化學(xué)信息素濃度都會使輻射偏離“諧態(tài)”而減弱本發(fā)明的效率。頻率發(fā)射器5所發(fā)射的脈澤類輻射的波長受溫度影響，改變頻率發(fā)射器5內(nèi)部的溫度會增強或減弱本發(fā)明的性能。一般說來，頻率發(fā)射器應(yīng)該工作在華氏30度到120度范圍內(nèi)，在脈澤類輻射中，較高的溫度產(chǎn)生較長的波長，而較低的溫度產(chǎn)生較短的波長。在脈澤類輻射中，較高的化學(xué)信息素濃度產(chǎn)生較長的波長，而較低的化學(xué)信息素濃度產(chǎn)生較短的波長。以不同頻率調(diào)制散射面能夠改變脈澤類輻射的諧波。較高的調(diào)制頻率致使其諧波分得較遠(yuǎn)，而較低調(diào)制頻率致使其諧波彼此較近。野外實驗證實，以確定的空氣速度吹動化學(xué)信息素能夠刺激昆蟲尋找并響應(yīng)這種化學(xué)物質(zhì)。如果速度(以英里/小時計量(MPH))過低成過高，微粒與昆蟲的散射面之間不會按照昆蟲通常響應(yīng)的頻率發(fā)生碰撞和振動。所以，改變化學(xué)信息素在腔體10中循環(huán)的流速可以提高頻率發(fā)射器5的效率。實驗表明，流速從0.1MPH變到0.8MPH時效率有所提高。昆蟲在晝夜的飛行時刻不同。由于環(huán)境輻射(泵浦輻射)常常會因陰天或霧氣等發(fā)生變化，光源的顏色和強度會由從好變壞或是相反。改變泵浦輻射的波長(例如改變光泵60的類型)，可以改變脈澤類輻射的振幅，使得它與特定昆蟲相適應(yīng)。為確保在振動散射面20上產(chǎn)生相干輻射，循環(huán)微粒應(yīng)該具有正確的自由度(例如，不要距離太近或太遠(yuǎn))。輻射方向與光柵30之間應(yīng)該成直角，并從窗口70反射出去。為了給發(fā)射微粒提供載體并能在稀釋了的氣化物中獲得正確的自由度，可以給微粒狀化學(xué)信息素中加入氮氣(根據(jù)實驗得出)。從以上可以看出，對頻率發(fā)射器5的精細(xì)調(diào)諧的確是一個具挑戰(zhàn)性的過程，其中包括在昆蟲的自然環(huán)境中進行實驗。除了以上技術(shù)，表4還提供了一些使用本發(fā)明時應(yīng)該考慮的因素。也能夠把本發(fā)明的主導(dǎo)思想擴展到內(nèi)部包含蝕刻散射面的光波導(dǎo)集成二極管電路中。在目前的技術(shù)條件下，由于將整個散射生物控制腔減小成一個發(fā)射二極管成為可能，因此可以這種二極管來控制昆蟲。C.舉例如圖3到14所示，將來自昆蟲的化學(xué)信息素(分別為外激素、植物種子、甲醛和CO2)所產(chǎn)生的輻射沿著天然散射面吹動，能夠激發(fā)窄帶的脈澤類信號頻率。以昆蟲振動其觸角的頻率(如表3所示)調(diào)制這些化學(xué)信息素。下面給出幾個能夠用本發(fā)明控制的昆蟲類型的例子。1.夜蛾科圖3所示的例子是粉紋夜蛾觸角的散射表面?？梢钥吹?，在散射面隆起的錐形體之間突出散布著感受器(外激素傳感器)介質(zhì)波導(dǎo)凸起，而介質(zhì)波導(dǎo)感受器(刺狀物)本身具有溝狀散射面。為了控制粉紋夜蛾，應(yīng)按照這種表面設(shè)計散射面20。圖4是粉紋夜蛾外激素順-7-十二碳烯-1-醇-羧酸乙酯的頻譜。腔體10中充滿了這種化學(xué)信息微粒并被光泵60發(fā)出的藍(lán)光泵浦。由于粉紋夜蛾觸角的振動頻率是55赫茲，就以此頻率振動位于腔體10中的散射面20。使用一個17μm的水蒸汽微窗口，選用水蒸汽(如2A，3B，4A，5C等)和外激素輻射線410和420。由于對腔體10有意進行加熱(即溫度微調(diào))，在15分鐘的周期內(nèi)，外激素輻射線410和420的頻譜分別從570μm漂移到565μm。2.螟科全世界每年有價值成百萬美元的存糧遭到印度安粉螟(螟科)的破壞，這類糧食通常包括燕麥、大米和豌豆。圖5是從燕麥、大米和豌豆種子的表面散射出的頻譜，把這些種子定向放置在小型腔體中，使得分光光度計的光束照明種子外表面的平坦部分。從每種植物種子表面排放的氣味表現(xiàn)為編碼輻射群(類似條形碼)，這些非線性的脈澤類輻射代表植物排放氣味的斯脫克斯布里淵和喇曼聲學(xué)散射。為了控制印度安粉螟，用圖5所示的化學(xué)信息素之一填充腔體10。散射面20是根據(jù)印度安粉螟的觸角表面(圖2F所示)設(shè)計的，并且被30赫茲的頻率(即印度安粉螟觸角的調(diào)制頻率)調(diào)制產(chǎn)生窄帶脈澤類輻射。使用從窗口70發(fā)射出去的這些輻射能夠控制(并且隨后在一個給定區(qū)域內(nèi)消滅)印度安粉螟。3.小黑毛蚊圖6是流過3600埃紫外黑光燈的甲醛的頻譜。愛蝽(一種小黑毛蚊)是一種常被廢氣中的乙醛吸引到大路上的討厭昆蟲，甲醛是該昆蟲強有力的誘餌。以130赫茲(也就是愛蝽觸角的振動頻率)調(diào)制甲醛得到的譜線是頻譜A。以130赫茲調(diào)制甲醛的同時，其汽化物高速(10MPH)吹過干涉儀中的紅外束，得到的譜線是頻譜B。仍以3600埃紫外光作泵浦輻射，在空氣速度較高時，380cm-1的窄帶(脈澤類)瑞利中心散射線變成了具有高斯分布的群波。利用這樣的群波可以放大或抑制化學(xué)信息素生物組織通訊系統(tǒng)。4.蚊科圖7是大家熟悉的14.9μm的CO2旋光線的頻譜。以210赫茲調(diào)制這種旋光線時，它會受激發(fā)射出多種蚊子、牛蠅和馬蠅的強振動頻率，該輻射受微氮凈化、輕柔氣流以及210赫茲調(diào)制頻率的激發(fā)。加入一些乳酸會產(chǎn)生了輕微的放大作用，并且在該范圍內(nèi)產(chǎn)生更多的信號。許多襲擊動物的昆蟲易被CO2乳酸劑吸引。泵浦輻射是1到2μm范圍內(nèi)的近紅外。D.頻率發(fā)射器5的輻射檢測可以用一臺高分辨率傅里葉分析干涉儀分光光度計(圖中未顯示)來檢測頻率發(fā)射器5發(fā)射出的頻率和/或諧波。在最佳實施例之一中，可以PhilipS.Callahan于93年4月19日申請的序列號為08/047,486的美國專利“PhotonicIonicCordDetectofGroupWaves”中描述的裝置來檢測脈澤類輻射?！?86專利收入?yún)⒖嘉墨I。圖8是可用于調(diào)制微粒散射輻射的大氣ELF孤子群波的示波器記錄，是申請人從樹木和人類皮膚表面發(fā)現(xiàn)的。也可以從昆蟲化學(xué)信息素誘餌的受激輻射中觀察到這種孤子群波(如圖6示)，并且它是用于這類生物組織輻射的控制結(jié)構(gòu)的一部分。也就是說，這種孤子群波是能夠控制昆蟲的普遍頻率波。雖然從實驗可以看出，對于某種特定昆蟲來說，其它的頻率更合適，但申請人所作的實驗表明，這種孤子群波可用來控制大范圍的昆蟲種類。反過來，能夠用頻率發(fā)射器5發(fā)射高斯分布的散射群波來抑制(干擾)誘餌波或不希望的頻率波。II.另一實施例的運作概覽圖9是本發(fā)明另一實施例的示意圖。在該實施例中，本發(fā)明包括一個氣體放電管910、頻閃放電電路920、電容器930、管罩940、散射面950和支架960。運作時，由氣體放電管910提供指向散射表面950的泵浦輻射，氣體管910可以是任何一種能夠產(chǎn)生所需頻譜范圍(例如環(huán)境輻射頻譜中受控昆蟲通常較敏感的波段)的放電輸出的輻射源或光源。氣體放電管910最好是RadioShack的型號為61-2506的氙射電頻閃放電管，選擇充斥在氣體管910中的氣體來保證它能夠產(chǎn)生受控昆蟲的特征泵浦頻率。頻閃放電電路920和電容器930給氣體管910提供激發(fā)所需的能量，并控制每次頻閃的持續(xù)時間和頻閃時間間隔。管罩940使氣體管910免受震動，經(jīng)過處理后還可以僅讓從氣體管910發(fā)射的選定頻率(頻譜能量)透過。散射面950被暴露在化學(xué)信息素或任何適當(dāng)?shù)囊T物或抑制物微粒中(以后稱為“誘餌”)，并為誘餌的激發(fā)提供媒介。最好把散射面950浸泡在誘餌中，這樣可以依靠粘附力和/或凝著力保持住誘餌微粒。改變散射面950的材料和/或結(jié)構(gòu)，可以使本發(fā)明進一步適用于各種昆蟲。支架960將散射面950懸掛在氣體管910上方，使得放電輻射激發(fā)散射面上(或其附近)的誘餌微粒?？梢杂萌魏魏线m的電源給頻閃放電電路920供電，包括頻閃放電電路內(nèi)帶的DC電池、外接DC電源(圖中未示)或外接AC電源(圖中未示)。A.泵浦機構(gòu)如前所述，本發(fā)明以與各種昆蟲相對應(yīng)的特征頻率激發(fā)誘餌微粒來控制昆蟲。然后，受激微粒發(fā)射周圍昆蟲敏感的、并對其有吸引或排斥作用(取決于用的是吸引物質(zhì)還是抑制物質(zhì))的脈澤類光子波。因此，本發(fā)明的效率直接取決于這些脈澤類光子輻射的相干性和/或強度，改變本發(fā)明中的各種參數(shù)可以調(diào)節(jié)光子輻射，使發(fā)明的性能達(dá)到最優(yōu)化。為此，下面將詳細(xì)討論幾個可能改變的參數(shù)。首先考慮氣體放電管910。如圖9所示，氣體管910產(chǎn)生直接激發(fā)誘餌微粒的激發(fā)能量?？刂茪怏w管910的頻譜輸出，可以在任何期望的頻譜區(qū)域內(nèi)提高誘餌分子的激發(fā)。有幾種最佳方法可以做到上述改善。首先，選擇氣體管910內(nèi)的氣體來產(chǎn)生某一特定光譜范圍的放電能量。例如，氙氣特別適合于吸引蚊子，因為它放電產(chǎn)生的強輻射正好在蚊子特別敏感的頻率范圍內(nèi)(近紅外)。另外，管罩940經(jīng)過處理后可以將氣體管910的放電輻射限制在任何需要的頻譜范圍內(nèi)。例如，給管罩940鍍通紅外濾光層，在所期望的紅外波段內(nèi)，可以提高微粒激發(fā)的相對強度，另外也消除了可能對人類造成干擾的閃光或眩光。其次，改變氣體管910的放電強度和/或脈沖率能進一步改變氣體放電輻射能。當(dāng)由頻閃放電電路920提供的能量在電容器930中集聚到足以激發(fā)氣體的時候，氣體管910放電。改變電容器930的大小，就會改變它所能儲存的電量(這些電量最終被氣體管910的頻閃放電所消耗)。此外，改變頻閃放電電路920的充電速率可以控制頻閃的時間間隔。實驗證明，當(dāng)兩次頻閃放電間的延遲間隔在1秒到30秒范圍內(nèi)時可以得到很好的效果，具體的延遲時間部分取決于周圍條件。熟悉這一領(lǐng)域的人馬上會意識到，同時改變頻閃放電電路920的充電速率和電容器930的大小也可以控制氣體管910的頻閃。B.散射表面除了放電頻譜外，本發(fā)明的效率還直接取決于產(chǎn)生脈澤類光子波的散射面的結(jié)構(gòu)。仍參看圖9，圖示散射面950安裝在氣體放電管910之上，盡管這種方位使得發(fā)明中其它各組件的定位很方便，其它任意的結(jié)構(gòu)安排也是可以的，圖11、12、和13表示了其它幾種最佳結(jié)構(gòu)，下面將充分討論這些結(jié)構(gòu)。對上述這些最佳結(jié)構(gòu)的共同要求是，保證氣體管910的放電能量能夠與散射面上或其附近的誘餌相互作用。圖9中，散射面950最好選用厚度為1/8英寸、直徑約4cm、高約8cm的紙桶。將紙桶暴露在氣體管910的放電輻射中之前，應(yīng)該將其浸泡在誘餌中。圖10是散射面950的高倍放大圖，顯示出由紙板材料構(gòu)成的多重陣列1010。浸泡于誘餌中然后暴露于放電輻射中時，多重陣列1010上的(或其附近懸浮的)誘餌微粒受激發(fā)射出脈澤類光子波，這些波的強度和相干性部分取決于放電輻射，同時也受散射面幾何形狀的影響。圖示紙桶工作良好，不僅由于材料的孔隙度較好(這樣可以攜帶更多誘餌微粒)，而且部分原因是其上附著的誘餌微粒有適度的振動自由度。如上所述，采用其它的散射面結(jié)構(gòu)可以改變脈澤類光子波輻射的相干性和/或強度。只要能夠保證被選擇的表面使誘餌微粒能有一定的振動自由度，可以使用任何結(jié)構(gòu)的散射面。例如，在圖11所描繪的結(jié)構(gòu)中，散射面1110環(huán)繞著氣體放電管910。在這種結(jié)構(gòu)中，散射面1110必須有足夠多的孔隙，使得氣體管910的放電能量能夠激發(fā)散射面1110上的誘餌微粒。類似地，在圖12所描繪的結(jié)構(gòu)中，散射面1210完全包住氣體管910。與散射面1110一樣，散射面1210必須確保氣體管910的放電能量能夠激發(fā)吸附在其上的誘餌微粒。如前所述，用支架1220將散射面1210安放在氣體管910的附近位置。參看圖13，這種結(jié)構(gòu)特別適合調(diào)整光子相干性。散射面1310是一個曲面，部分環(huán)繞著氣體管910，使其能將發(fā)射的光子波會聚到某個期望的方向上，用支架1330將散射面1310安放在任何期望的位置?？梢赃M一步給散射面1310的輻射面1320鍍敷尼龍或相似的材料。尼龍的“鉤”狀或“環(huán)”狀結(jié)構(gòu)不僅給誘餌提供理想的振動自由度，還提供調(diào)節(jié)誘餌微粒振動的附著力。因此，實現(xiàn)了聚焦效應(yīng)，提高了脈澤類光子波的強度和相干性。C.誘餌如前述，必須用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)信息素、誘餌或抑制物質(zhì)浸泡(或加以處理)本發(fā)明中的散射面，所用溶液取決于受控昆蟲。例如，在引誘蚊子的試驗中，使用與人體汗水相似的鹽溶液作為誘餌得到了極好的結(jié)果。表5中列出了這種鹽溶液的最佳成份。.結(jié)論本發(fā)明提供了一種用于控制或吸引昆蟲的相干或半相干輻射頻率發(fā)生裝置。盡管已經(jīng)參照幾個最佳實施例圖示并描述了本發(fā)明的內(nèi)容，但熟悉本行業(yè)的人很容易理解，在不偏離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，做一些前述的或者其它形式或細(xì)節(jié)上的改變是可能的。權(quán)利要求1.用于產(chǎn)生控制昆蟲的光子輻射的相干散射波導(dǎo)，包括(a)散射面；(b)根據(jù)被控制的昆蟲選擇的誘餌散布在所述散射面上；(c)頻閃放電電路；及(d)連接到所述頻閃放電電路上的泵浦輻射源，并固定好該泵浦輻射源的位置，使其指向所述的誘餌微粒，從而激發(fā)所述的誘餌微粒產(chǎn)生光子波輻射來控制昆蟲。2.權(quán)利要求1所述的相干散射波導(dǎo)，其中散射面進一步包括一個多重纖維陣列。3.權(quán)利要求2所述的相干散射波導(dǎo)，其中多重纖維陣列是一塊薄紙板；4.權(quán)利要求1所述的相干散射波導(dǎo)，其中散射面進一步包括一個位置固定的半圓面，使得發(fā)射的光子波聚焦在期望的方向上。5.權(quán)利要求1所述的相干散射波導(dǎo)，其中散射面進一步包括一個位置固定的球面，使得發(fā)射的光子波沿徑向均勻分布。6.權(quán)利要求1所述的相干散射波導(dǎo)，其中進一步用多凸起材料制作散射面并選擇一個合適的安裝方式，使得發(fā)射的光子波指向期望的方向。7.權(quán)利要求1所述的相干散射波導(dǎo)，其中所述的誘餌是一種含鹽溶液。8.權(quán)利要求1所述的相干散射波導(dǎo)，其中頻閃放電電路進一步包括一個電容器，它并聯(lián)在所述頻閃放電電路的輸出端和所述泵浦輻射源的輸入端。9.權(quán)利要求1所述的相干散射波導(dǎo)，其中泵浦輻射源是一個氣體放電管。10.權(quán)利要求9所述的氣體放電管，在其中所述的氣體放電管中充入氙氣。11.權(quán)利要求9所述的氣體放電管，其中所述的氣體放電管經(jīng)過IR濾波器處理，從而把管子的輸出限制在期望的頻率范圍內(nèi)。12.通過發(fā)射光子波控制昆蟲的方法，包括步驟(a)產(chǎn)生泵浦輻射，所述的輻射覆蓋了一種昆蟲的某一特征頻率；(b)散布在散射面上的誘餌受到所述泵浦輻射的照射，使得所述的誘餌微粒產(chǎn)生振動，從而發(fā)射光子波，該光子波被昆蟲接收后能進一步吸引或者驅(qū)趕昆蟲。13.權(quán)利要求12所述的方法，其中產(chǎn)生泵浦輻射的方法進一步包括產(chǎn)生可選能量范圍的泵浦輻射，其中所述的能量范圍與被控制昆蟲的敏感范圍相對應(yīng)。全文摘要一種用于控制昆蟲的裝置(5)和方法,利用光泵(60)和振動馬達(dá)(40)產(chǎn)生相干或者半相干輻射頻率來控制或者吸引昆蟲。光泵(60)和散射面(20)產(chǎn)生相干或者半相干輻射頻率來控制或者吸引昆蟲。文檔編號A01M1/02GK1183836SQ96193721公開日1998年6月3日申請日期1996年3月15日優(yōu)先權(quán)日1995年3月16日發(fā)明者菲利蒲·S·卡拉漢申請人:Sg技術(shù)公司