CN1183836A - 用于控制昆虫的频率发射器 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制昆虫的装置(5)和方法,利用光泵(60)和振动马达(40)产生相干或者半相干辐射频率来控制或者吸引昆虫。光泵(60)和散射面(20)产生相干或者半相干辐射频率来控制或者吸引昆虫。

Description

用于控制昆虫的频率发射器
本发明一般涉及一种控制或吸引昆虫的装置及方法。更具体地说，本发明涉及利用一个散射面和泵浦辐射产生相干或者半相干辐射频率来控制或者吸引昆虫的装置和方法。
因为诸如跳蚤、蚊子和飞蛾等昆虫不仅很令人讨厌、而且糟蹋物品，通常还有害身体健康，所以它们很不受人欢迎，目前已经发明了很多种捕杀和处理昆虫的装置和措施。现有的装置和方法五花八门，例如，灭蝇纸、利用电击原理的电子杀虫器和化学杀虫剂等。传统的装置和方法存在很多缺陷。例如，灭蝇纸和电子杀虫器都不能吸引昆虫，而且在一个给定的区域内仅仅具备有限的杀虫作用(大约5-10％)。总的来说，化学杀虫剂对人类的身体健康和自然环境都存在很大危害，而且它也不具备吸引昆虫的功能。
长期研究表明，昆虫易于受某种特定的性激素和宿主诱饵吸引。例如，Philip S.Callahan博士(下文称之为申请人)在1957年试验推断，可见光并不吸引夜间的飞蛾，而是空气中的植物气味被低强度可见光光源激发后产生的红外散射频率容易吸引这些飞蛾。1957年9月Callahan博士在第50卷第5期《Annals of the Entomological Society of America》上发表了一篇题为“Oviposition Response to the lmago of the CornEarworm Heliothis Zea(Boddie)，to Various Wave Lengths of Light”的论文。在《Fabelinskii》一书中可以找到有关散射辐射方面的综述，Brown大学物理系的Robert T.Beyer把该书翻译成《MolecularScattering of Light》，并于1968年由纽约的Plenum出版社出版发行。
申请人在本世纪六十年代中期发表的系列文章中，验证了昆虫的触角充当开放式光子谐振器波导收集和发射红外频率的事实。参看1963年8月Callahan发表在《Applied Optics》第7卷1425页的文章“A HighFrequency Dielectric Waveguide on the Antenna of Night-FlyingMoths(Saturnidae)”、1965年9月Callahan发表在《Annals of theEntomological Society of America》第58卷第5期746-756页的文章“Intermediate and Far Infrared Sensing of Nocturnal Insects，PartII，The Compound Eye of the Corn Earworm，Heliothis zea，and OtherMoths as a Mosaic Optic-electromagnetic Thermal Radiometer”以及1967年6月Callahan发表在《Miscellaneous Publ ications of theEntomological Society of America》第5卷第7期315-347页的文章“Insect Molecular Bioelectronics：A Theoretical and ExperimentalStudy of Insect Sendillae as Tubular Waveguides，with ParticularEmphasis on Their Dielectric and Thermoelectric Properties”。
1968年，申请人验证了近红外辐射所激发的人体气化物在完全黑暗的环境中吸引埃及伊蚊的事实。参看Mangum等人于1968年2月发表在《Journal of Entomology》第61卷第1期36-37页的文章“Attractanceof Near-Infrared Radiation to Aedes aegypti”。1975年Callahan发表在《Int.J.Insect Morphol.&Embryol》第4卷第5期381-430页的文章“Insect Antenna with Special Reference to Mechanism of ScentDetection and the Evolution of the Sensilla”中详尽地描述了有关昆虫触角的研究工作。
1977年，申请人验证了夜间飞蛾受蜡烛的吸引并不是因为昆虫的眼睛和烛光的缘故，而是由于昆虫的介电触角和对昆虫触角起到调谐作用的蜡烛水气所产生的红外辐射。参看1977年12月Philip S.Callahan发表在《Applied Optics》第16卷3089页的文章“Moth and candle：the candleflame as a sexual mimic of the coded infrared wavelengths from a mothsex scent(pheromone)”以及1977年12月Philip S.Callahan发表在《Applied Optics》第16卷3098页的文章“Trapping modulation of thefar infrared(17-μm region)emission from the cabbage looper mothpheromone(sex scent)”。
针对某些昆虫种类，已经采用化学手段鉴别并合成了专门的诱饵(例如外激素，昆虫产生的易挥发性混合物)。在过去的几十年中，有关性和宿主植物诱饵微粒的分离研究取得了稳步发展，已经把诱饵应用在各种传统的捕杀器中。但因为这些捕杀器使它们(外激素)所有的气味散逸在空气中，而且仅仅在几天内就失效了，所以杀虫效果很差。
在Callahan申请的第3,997,785号美国专利中，专利申请人描述了一种昆虫控制系统。为了从红外发射窗口中激发并发射窄带脉泽类能量，该系统在盛有微粒态气化物的封闭腔体中振动一根镀金的针状物。本文的发明以该专利为参考。尽管和传统解决方案相比，该系统具备了一些优点，但因为它不能近似模拟被控制昆虫所产生的频率的脉泽类频率，经常会失效。
因此，需要发明一种不危害人类健康、相对便宜、易于制作、能够在特定区域内吸引或者控制昆虫的装置和方法。
本发明采用天然的(复制)散射面、天然的振动调制频率和相关的泵浦辐射产生相干或者半相干辐射频率来控制或者吸引昆虫，克服了传统解决方案存在的缺陷。因此，本发明适用于控制自然界所有的昆虫。对昆虫而言，这类控制既能充当诱饵辐射(用于捕杀目的)，也能充当歇振(即抑制)频率辐射。
为达到控制昆虫的目的，本发明提供了一种发射天然毫米、红外、可见光、紫外或者紫外-X射线频率的装置和方法。控制包括吸引昆虫和驱赶昆虫两个方面：发射被控制昆虫的吸引频率可以实现吸引；发射几倍于该昆虫光子通信系统的歇振(或抑制)频率、或者发射与该昆虫微粒通信系统的非同步相干频率实现驱赶。
采用一个专门设计的频率(波长)发射器实现上述这些功能和频率，该发射器利用特定昆虫的天然化学信息素(semiochemical)和该昆虫的介质散射面来模仿它在日常繁殖和觅食行为中所采用的编码波长。
把化学信息或者其它特性的微粒装在一个带有窗口的封闭腔体中，相干或者半相干的脉择状辐射频率从该窗口中发射出来。根据昆虫的触角、胸腔、翅膀或者腿部蚀刻复制而成的散射面平板位于腔体的中央，散射面平板与腔体内的窗口边沿相垂直。另外还提供一块可调光栅来聚焦通过窗口发射的脉泽类辐射频率。可调光栅的刻线数目是事先确定的，它和适当昆虫的触角大小(介质波导开放式谐振器)匹配。散射面与可调光栅垂直，并把散射面安装在一个控制振动杆上，使得它在极低频率范围内(即在1Hz到800Hz之间，由该昆虫决定)振动。化学信息素散布在振动散射面上，通过窗口把它产生的相干或者半相干窄带高强度脉泽类辐射发射到环境中。利用该相干或者半相干的脉泽类辐射控制、吸引或者抑制昆虫的天然频率。
另一方面，本发明提供一种装置和方法，用于发射光子波模拟吸引或者驱赶昆虫的天然波。采用电源、气体放电管以及浸泡在适当诱饵中的散射面来实现模拟。在运作中，电源激励气体放电管产生气体放电辐射。把散射面安装在与气体管邻接的位置，在气体管上安装一个圆柱形散射面，致使气体放电管产生的能量被导向散射面上。因此，附着在散射面上(或附近)的诱饵微粒受放电能量激励并开始振荡，当吸收到足够的放电能量时，该振荡产生光子波(或者辐射)，光子波再被昆虫的介质波导(例如昆虫的触角)吸收。通过改变放电能量、散射面以及诱饵，本发明对很多种昆虫都能够实现有效的性能。
能够从几个方面改变气体放电管的能量输出。改变填充管子的气体能够实现期望谱线范围内的能量输出。也可以从频率(即充电速率)和/或幅度两个方面改变用于激励气体管放电的电源能量。此外，对气体管表面进行处理，能够把放电辐射限制在期望的任何谱线范围内。
也能够从几个方面改变散射面。首先，改变散射面的物理形状能够使本发明的制作变得容易。其次，改变散射面相对于气体管的空间关系能够使光子波沿着期望的方向发射。用不同材料制作散射面，会得到不同的诱饵吸收率和/或被吸收诱饵微粒的振动自由度。
结合下面这些针对本发明最佳实施例的更具体描述和附图，本发明上述和其它的特性与优点会更加明确。附图包括：
图1是根据本发明制作的相干散射与群波孤子波导表面增强发射器的最佳实施例示意图；
图2(a)至2(f)所示的照片是在昆虫的触角、胸部和腿部发现的各种散射面的例子；
图3所示的例子是粉纹夜蛾触角的散射面；
图4是粉纹夜蛾(夜蛾科)外激素的谱图；
图5是从盛在一个小容器中的燕麦、水稻和豌豆的表面散射出来的谱图，使它们的表面朝向分光光度计的光束方向，以确保这些种子外表面的扁平面接受光照；
图6是流过波长为3600埃的紫外黑光灯泡的甲醛谱图；
图7是14.9μm的CO2旋光线谱图；
图8是常压ELF群波孤子的谱图；
图9是根据本发明制作的一个相干散射波导的最佳实施例示意图；
图10所示的显微照片是本发明的一个最佳实施例中用作散射面的纤维状薄纸板复合阵列；
图11是根据本发明制作的相干散射波导的一个最佳实施例示意图；
图12是根据本发明制作的相干散射波导的一个最佳实施例示意图；
图13是根据本发明制作的相干散射波导的一个最佳实施例示意图。
I.第一个实施例的运作概览
图1是本发明的最佳实施例之一。本发明包括一个能够提供相干散射和孤子群波导的频率发射器5，和一个控制昆虫的表面增强型频率发射器。发射引诱频率波或是相反地发射几倍于昆虫光子通讯系统的抑制频率波实现上述作用。频率发射器5利用特定昆虫的天然化学信息素和天然介电散射面模仿该昆虫在日常繁殖和觅食行为中使用的编码波长来实现这些功能。
在这篇文献中，“化学信息素”一词是指发射天然通讯光子的昆虫所发射的任何微粒。“控制”一词是指将昆虫诱至能够将其消灭(比如用电击或杀虫剂)的特定区域，或者将昆虫赶离某个特定区域。
频率发射器5包括腔体10、散射面20、可调节光栅30、振动/旋转电机40、气泵50、光泵60和红外窗口70。下面给出这些组件的功能和运作描述。简言之，频率发射器5从盛有化学信息素的腔体10中产生窄带、高强度的脉泽类辐射。化学信息素通过散射面20在腔体中循环。设置泵的流速(即化学信息素通过散射面20的循环速率(在闭环系统中))，使其和刺激昆虫寻找并响应化学信息素的风速相匹配。散射面20以适当调制频率振动(通常在在极低频范围内)。化学信息素通过振动散射面20循环，能够模仿昆虫所产生的天然脉泽类辐射并且从窗口70发射到环境中。A.本发明的结构描述
参见图1，腔体10的形状任意，例如立方体、球体或者抛物面结构。在本最佳实施例中，腔体10是近似为4cm×10cm×15cm的长方体，由金属、塑料或玻璃制做而成。但事实上，可以用任意固体材料制作腔体10，它相对的两侧上各有一孔54和55，分别用于空气的流入和流出。
腔体10中充满了化学信息或其它特性微粒，例如外激素或宿主植物气味微粒。腔体10是密封的，以便化学信息(引诱或抑制)或其它特性微粒(例如气味)能够通过散射面20以连续的方式循环。换句话说，频率发射器5是一个闭环系统。
蚀刻有散射面20的平板15放置在腔体10的中央，平板15是用金属或塑料做成的。用倾斜测微机构85调整散射面的位置，使得窄带高强度脉泽类辐射(天然化学信息素通过天然散射面循环而产生的)聚焦或微调在窗口70上。在最佳实施例之一中，可以沿任意方向调整散射面20(如垂直、水平、旋转和绕轴转等)。
依据在各种昆虫中发现的散射面，例如触角、胸部、翅膀或腿，来建立散射面的模型。
当今的蚀刻技术已经达到了制造微米级电介质或金属掩膜结构作为散射面或者毫米波、微波、红外(IR)、可见和紫外(UV)波谱范围的放大器的水平。目前正在制造这类微型开放式谐振器电介质放大器或表面增强型散射结构，并且Jewell等人1991年11月在《Science America》上发表的“Microlasers”、Scherer等人1991年12月在《Optics and PhotonicsNews》上发表的“Lasing in Submicron Wide Vertical CavityMicrolasers”、Grossman等人1991年12月在第59卷第25期《Appl.phy.Lett.》上发表的“Lithographics Spiral antennas at short wavelengths”和John于19915月在《Physics Today》上发表的“Localization of Light”等文章中已有描述，这些文章全部被本文列为参考文献。
现代固态物理学开始使用“点”阵列来证实频率的增强灵敏度和高放大率。这些点是用全息平板印刷术蚀刻在晶体管表面上的三维微观散射天线阵列，这种蚀刻保留了抑制和放大频率所需要的三维表面。参见Heitmann等人于1991年6月发表在《Physics Today》上的文章“The Spectroscopyof Quantum Arrays”。例如，昆虫使用这种三维表面进行频率放大已经有几百万年历史了。
原子探针离子显微镜技术证实，位于原子表面上方并占据较为突出位置的气体原子的成像与生物组织的散射面类似。这种表面纹理粗糙，带有许多突起或凹陷。然而，粗糙表面是不适于成像的，除非被设计成具有特殊的边缘或刻痕(比如昆虫表面)来“聚焦”原子能量。昆虫没有粗糙表面，但具备特殊的表面，该表面可通过振荡表面偏析增强频率。离子显微镜拍摄的离子照片显示出在诸如氦气等气体中的孤子目标波，这种孤子目标波与来自大气的低能量波相同。参见Tien Tsong于1993年5月发表在《Physics Today》中的文章“Atom-Probe Field Ion Microscopy”。孤子波是一种叠加在其它波中的变化波。
表1中列出了昆虫的典型散射面，图2(a)到图2(f)是表1中所列的一些散射面的示例照片。
                表1天然表面列表
    1.网状(弹尾目昆虫)2.沟槽或者突峰状(金龟属甲虫)3.刷状结构(家蝇)4.锥形峰状结构(粉纹夜蛾)5.多圈桶形结构(蚜虫(蚜科))6.锯齿状结构(魔女蛾(Erebus属))7.梳状桶形结构(蜜蜂)8.多重穗状结构(蝗虫)9.岩石晶体结构(有鳞昆虫)10.叶形穗状结构(蚊子)11.瘤状(蚜虫(蚜科))12.粒状耳形表面(灯蛾科)13.小瘤状表面(棉铃虫飞蛾)14.大瘤状表面(双翅目昆虫)15.网瘤状表面(双翅目昆虫)16.气漏斗状表面(美国夜蛾)17.振动发状表面(水虻)18.螺旋纹表面(粉纹夜蛾)19.松果形表面(Neochetina eichoriniae)20.迭瓦状表面(Brucifidae目)21.重迭隆峰状表面(Hydrophychidae目)22.不规则网状(弹尾目昆虫)23.穴峰结构(蚂蚁)24.长网状(弹尾目昆虫)25.环状(麦蝇)
图2(A)是网状表面(#1，表1)，图2(B)为沟槽或者突峰(沟纹)状表面(#2，表1)，图2(C)是从粉纹夜蛾上发现的锥形峰状表面(#4，表1)，图2(D)是叶形穗状表面(#10，表1)，图2(E)是粒状耳形表面(#12，表1)，图2(F)是迭瓦状表面(#20，表1)。用目前的微观蚀刻技术都能将所有这些表面蚀刻在平板20上。
密封腔体10中有一个特殊的毫米波、微波、红外、可见、紫外或X-射线窗口70，用该窗口发射化学信息素经由散射表面20和光栅30(将在下面描述)循环所产生的相干散射辐射(即脉泽类辐射)。最佳实施例之一使用Krs 5红外窗口。
可调光栅30由适当数目的刻线构成，通常与受控生物组织的介电散射触角或感受器(剌状物)的天然尺寸相匹配。在可见和红外光谱范围内，应该给可调光栅镀金来得到高反射率。例如，20刻线/mm的可调光栅适用于蟑螂，而300～600刻线/mm的可调光栅适用于小扁虱或白蝇。表2中列出了适用于不同昆虫的典型光栅尺寸。
                            表2
                     特定使用的可用光栅
 蟑螂    蛾   蚊子   扁虱   白蝇   小昆虫
  光栅(刻线/mm)   20    75   150   300   600    1200
    工作波长范围   从    185nm   185nm   185nm   185nm 185nm   185nm
  到    72μm   19.2μm   9.2μm   4.8μm 2.4μm   1.2μm
在腔体10中，把可调光栅30安装对着窗口70的一侧。依靠倾斜测微机构90调整光栅30的位置，使得窄带高强度脉泽类辐射聚焦或微调于窗口70上。
本发明的最佳实施例之一中，散射面20和光栅30的位置都是可调的(例如横向调节和上下调节)，使得它们能被调整到激发(和/或聚焦)天然脉泽类辐射的位置。脉泽类辐射被散射面20反射到光栅30上，然后通过窗口70反射出去。利用这些相干或半相干的脉泽类辐射控制频率发射器5外部环境中的某种特定昆虫。
注意，在最佳实施例之一中，根据一种特定昆虫(例如粉纹夜蛾)对散射面20和光栅30进行微调整后，可以永久固定这些调节。这样以来，把盛有化学信息素(例如用于粉纹夜蛾的顺-7-十二碳烯-1-醇-羧酸乙酯外激素)的频率发射器5放置在某一位置而无需进一步调整。
把蚀刻散射面20安装在与窗口70的边缘相垂直的振动杆80上，并与光栅30成直角，振动杆80与振动/旋转电机40连接。振动杆80的设计应该使散射面倾斜杆85能够螺旋前进并可压住平板15，该结构确保散射面20相对于光栅30的面定位能在小角度内调节。再次说明，也可用倾斜测微机构90调整光栅30。
振动/旋转电机50包括两部分：低频振荡器和旋转马达(将在下面描述)，控制该低频振荡器能够使杆80在1到800赫兹的频率范围(取决于被控制的昆虫)振动。表3中列出了控制不同种类的昆虫群时所使用的频率范围。
               表3
    昆虫群    频率范围周/秒(CPS)
  天蚕蛾(天蚕蛾科)     8～16
  蝴蝶(鳞翅目)     8～21
  蚂蚁(蚁科)     12～20
  蜻蜓(束翅亚目)     20～28
  天蛾(天蛾科)     26～45
  夜蛾(夜蛾科)     35～55
  大蚊科蝇(大蚊科)     44～73
  瓢虫(瓢虫科)     80～85
  马蝇(虻科)     96～100
  大黄蜂(胡蜂科)     110～115
  毛蚊(毛蚊科)     126～140
  熊蜂(胡蜂科)     130～140
  果蝇(实蝇科)     150～250
  蜜蜂(蜜蜂科)     185～190
  蚊子(蚊科)     160～500
空气循环泵50使得化学信息素或者其它引诱或抑制微粒通过振动散射面产生循环。注意，在打开空气循环泵50之前，应该事先用化学信息素或者其它引诱或抑制微粒填充腔体10。调整气流使得它可以模仿昆虫对其作出反应的气流。也就是说，以确定的空气速度吹动化学信息素，刺激昆虫寻找并对这种化学物质作出反应。这样以来，调整化学信息素微粒流，使得它和刺激昆虫的空中微粒的自然气流相匹配。在最佳实施例之一中，空气通过开口55从散射面20的顶边流到气泵50，并通过开口54回流进腔体10。
直接把光泵60安装在散射面20的上方。用红外、蓝光、紫外或紫外-X射线中任何一种光源作光泵60都可以，在最佳实施例之一中，使用了紫外(3600埃)光源。光泵60使得低强度泵浦辐射(DC)能够穿过散射表面20。可以用不同的方法制作光泵60，例如：(1)放置在滤光片(如彩色滤光片、红外滤光片、紫外滤光片等)后面的灯丝光源；(2)适当频率(如毫米波、红外、可见光、紫外或紫外-X-射线)的发光二极管；(3)闪烁光源(频率从1到800赫兹或更高)，在这种情况下，调整散射面20使其与光泵60的闪烁同步；或者(4)表面能够反射特定频率到散射面20上的蚀刻光栅光源。
如果在大区域、场地、田野等空间使用本发明来控制昆虫，可以利用振动/旋转电机40使频率发射器5绕竖直轴在360°内转动，这就使得频率发射器5能够通过窗口70向大区域内扫描发射。旋转与振动同步实现。例如，本发明的这种结构尤其适合用在储粮谷仓中。注意，频率发射器5的正确运作并不需要旋转马达，而只需要一个低频振荡器。B.调谐频率发射器5
针对某种特定昆虫(如粉纹夜蛾)调谐频率发射器5的过程中所涉及的一些理化参数叙述如下。为了使频率发射器5能够有效运作，会涉及到其中的一些参数。例如，不合适的温度或化学信息素浓度都会使辐射偏离“谐态”而减弱本发明的效率。
频率发射器5所发射的脉泽类辐射的波长受温度影响，改变频率发射器5内部的温度会增强或减弱本发明的性能。一般说来，频率发射器应该工作在华氏30度到120度范围内，在脉泽类辐射中，较高的温度产生较长的波长，而较低的温度产生较短的波长。
在脉泽类辐射中，较高的化学信息素浓度产生较长的波长，而较低的化学信息素浓度产生较短的波长。
以不同频率调制散射面能够改变脉泽类辐射的谐波。较高的调制频率致使其谐波分得较远，而较低调制频率致使其谐波彼此较近。
野外实验证实，以确定的空气速度吹动化学信息素能够刺激昆虫寻找并响应这种化学物质。如果速度(以英里/小时计量(MPH))过低成过高，微粒与昆虫的散射面之间不会按照昆虫通常响应的频率发生碰撞和振动。所以，改变化学信息素在腔体10中循环的流速可以提高频率发射器5的效率。实验表明，流速从0.1MPH变到0.8MPH时效率有所提高。
昆虫在昼夜的飞行时刻不同。由于环境辐射(泵浦辐射)常常会因阴天或雾气等发生变化，光源的颜色和强度会由从好变坏或是相反。改变泵浦辐射的波长(例如改变光泵60的类型)，可以改变脉泽类辐射的振幅，使得它与特定昆虫相适应。
为确保在振动散射面20上产生相干辐射，循环微粒应该具有正确的自由度(例如，不要距离太近或太远)。辐射方向与光栅30之间应该成直角，并从窗口70反射出去。为了给发射微粒提供载体并能在稀释了的气化物中获得正确的自由度，可以给微粒状化学信息素中加入氮气(根据实验得出)。
从以上可以看出，对频率发射器5的精细调谐的确是一个具挑战性的过程，其中包括在昆虫的自然环境中进行实验。除了以上技术，表4还提供了一些使用本发明时应该考虑的因素。
                      表4
  1.使用驻极体效应(加或减电荷)可以提高效率。用购买的聚四氟乙烯驻极体或将聚四氟乙烯薄片放在两片加有2000V电压的平板之间并稍微加热都能实现驻极体效应。驻极体效应使微粒定向。如果微粒形成一个单一层，称其为“单层效应”。3.提高化学信息素浓度能够加宽频带。4.在化学信息素链中加入(CH)2n能产生频带漂移。5.不仅在大窗口(2、5、7到14μm)能产生频率辐射，在水旋光吸收波段之间的微小(即窄)窗口中也可以。然而，如果辐射频率恰巧与水旋光吸收波段重合，频率辐射将被抑制。6.加入额外的(CH)2n或(CH)3n作为添加剂会移动或抑制频率。7.添加少量的氨(NH)3能够提高效率(也就是说，氨起到了催化剂的作用)。8.用来弱化原始波长边频的介质通常与强辐射有关。调节边频的波长常常能够产生较好的结果。例如，昆虫可能更倾向于向强一些的边频调谐。
也能够把本发明的主导思想扩展到内部包含蚀刻散射面的光波导集成二极管电路中。在目前的技术条件下，由于将整个散射生物控制腔减小成一个发射二极管成为可能，因此可以这种二极管来控制昆虫。C.举例
如图3到14所示，将来自昆虫的化学信息素(分别为外激素、植物种子、甲醛和CO2)所产生的辐射沿着天然散射面吹动，能够激发窄带的脉泽类信号频率。以昆虫振动其触角的频率(如表3所示)调制这些化学信息素。下面给出几个能够用本发明控制的昆虫类型的例子。
1.夜蛾科
图3所示的例子是粉纹夜蛾触角的散射表面。可以看到，在散射面隆起的锥形体之间突出散布着感受器(外激素传感器)介质波导凸起，而介质波导感受器(刺状物)本身具有沟状散射面。为了控制粉纹夜蛾，应按照这种表面设计散射面20。
图4是粉纹夜蛾外激素顺-7-十二碳烯-1-醇-羧酸乙酯的频谱。腔体10中充满了这种化学信息微粒并被光泵60发出的蓝光泵浦。由于粉纹夜蛾触角的振动频率是55赫兹，就以此频率振动位于腔体10中的散射面20。使用一个17μm的水蒸汽微窗口，选用水蒸汽(如2A，3B，4A，5C等)和外激素辐射线410和420。由于对腔体10有意进行加热(即温度微调)，在15分钟的周期内，外激素辐射线410和420的频谱分别从570μm漂移到565μm。
2.螟科
全世界每年有价值成百万美元的存粮遭到印度安粉螟(螟科)的破坏，这类粮食通常包括燕麦、大米和豌豆。图5是从燕麦、大米和豌豆种子的表面散射出的频谱，把这些种子定向放置在小型腔体中，使得分光光度计的光束照明种子外表面的平坦部分。从每种植物种子表面排放的气味表现为编码辐射群(类似条形码)，这些非线性的脉泽类辐射代表植物排放气味的斯脱克斯布里渊和喇曼声学散射。为了控制印度安粉螟，用图5所示的化学信息素之一填充腔体10。
散射面20是根据印度安粉螟的触角表面(图2F所示)设计的，并且被30赫兹的频率(即印度安粉螟触角的调制频率)调制产生窄带脉泽类辐射。使用从窗口70发射出去的这些辐射能够控制(并且随后在一个给定区域内消灭)印度安粉螟。
3.小黑毛蚊
图6是流过3600埃紫外黑光灯的甲醛的频谱。爱蝽(一种小黑毛蚊)是一种常被废气中的乙醛吸引到大路上的讨厌昆虫，甲醛是该昆虫强有力的诱饵。
以130赫兹(也就是爱蝽触角的振动频率)调制甲醛得到的谱线是频谱A。以130赫兹调制甲醛的同时，其汽化物高速(10MPH)吹过干涉仪中的红外束，得到的谱线是频谱B。仍以3600埃紫外光作泵浦辐射，在空气速度较高时，380cm-1的窄带(脉泽类)瑞利中心散射线变成了具有高斯分布的群波。利用这样的群波可以放大或抑制化学信息素生物组织通讯系统。
4.蚊科
图7是大家熟悉的14.9μm的CO2旋光线的频谱。以210赫兹调制这种旋光线时，它会受激发射出多种蚊子、牛蝇和马蝇的强振动频率，该辐射受微氮净化、轻柔气流以及210赫兹调制频率的激发。加入一些乳酸会产生了轻微的放大作用，并且在该范围内产生更多的信号。许多袭击动物的昆虫易被CO2乳酸剂吸引。泵浦辐射是1到2μm范围内的近红外。
D.频率发射器5的辐射检测
可以用一台高分辨率傅里叶分析干涉仪分光光度计(图中未显示)来检测频率发射器5发射出的频率和/或谐波。在最佳实施例之一中，可以Philip S.Callahan于93年4月19日申请的序列号为08/047,486的美国专利“Photonic Ionic Cord Detect of Group Waves”中描述的装置来检测脉泽类辐射。’486专利收入参考文献。
图8是可用于调制微粒散射辐射的大气ELF孤子群波的示波器记录，是申请人从树木和人类皮肤表面发现的。也可以从昆虫化学信息素诱饵的受激辐射中观察到这种孤子群波(如图6示)，并且它是用于这类生物组织辐射的控制结构的一部分。也就是说，这种孤子群波是能够控制昆虫的普遍频率波。虽然从实验可以看出，对于某种特定昆虫来说，其它的频率更合适，但申请人所作的实验表明，这种孤子群波可用来控制大范围的昆虫种类。
反过来，能够用频率发射器5发射高斯分布的散射群波来抑制(干扰)诱饵波或不希望的频率波。
II.另一实施例的运作概览
图9是本发明另一实施例的示意图。在该实施例中，本发明包括一个气体放电管910、频闪放电电路920、电容器930、管罩940、散射面950和支架960。运作时，由气体放电管910提供指向散射表面950的泵浦辐射，气体管910可以是任何一种能够产生所需频谱范围(例如环境辐射频谱中受控昆虫通常较敏感的波段)的放电输出的辐射源或光源。气体放电管910最好是Radio Shack的型号为61-2506的氙射电频闪放电管，选择充斥在气体管910中的气体来保证它能够产生受控昆虫的特征泵浦频率。频闪放电电路920和电容器930给气体管910提供激发所需的能量，并控制每次频闪的持续时间和频闪时间间隔。管罩940使气体管910免受震动，经过处理后还可以仅让从气体管910发射的选定频率(频谱能量)透过。
 散射面950被暴露在化学信息素或任何适当的引诱物或抑制物微粒中(以后称为“诱饵”)，并为诱饵的激发提供媒介。最好把散射面950浸泡在诱饵中，这样可以依靠粘附力和/或凝着力保持住诱饵微粒。改变散射面950的材料和/或结构，可以使本发明进一步适用于各种昆虫。支架960将散射面950悬挂在气体管910上方，使得放电辐射激发散射面上(或其附近)的诱饵微粒。可以用任何合适的电源给频闪放电电路920供电，包括频闪放电电路内带的DC电池、外接DC电源(图中未示)或外接AC电源(图中未示)。
A.泵浦机构
如前所述，本发明以与各种昆虫相对应的特征频率激发诱饵微粒来控制昆虫。然后，受激微粒发射周围昆虫敏感的、并对其有吸引或排斥作用(取决于用的是吸引物质还是抑制物质)的脉泽类光子波。因此，本发明的效率直接取决于这些脉泽类光子辐射的相干性和/或强度，改变本发明中的各种参数可以调节光子辐射，使发明的性能达到最优化。
为此，下面将详细讨论几个可能改变的参数。首先考虑气体放电管910。如图9所示，气体管910产生直接激发诱饵微粒的激发能量。控制气体管910的频谱输出，可以在任何期望的频谱区域内提高诱饵分子的激发。有几种最佳方法可以做到上述改善。
首先，选择气体管910内的气体来产生某一特定光谱范围的放电能量。例如，氙气特别适合于吸引蚊子，因为它放电产生的强辐射正好在蚊子特别敏感的频率范围内(近红外)。另外，管罩940经过处理后可以将气体管910的放电辐射限制在任何需要的频谱范围内。例如，给管罩940镀通红外滤光层，在所期望的红外波段内，可以提高微粒激发的相对强度，另外也消除了可能对人类造成干扰的闪光或眩光。
其次，改变气体管910的放电强度和/或脉冲率能进一步改变气体放电辐射能。当由频闪放电电路920提供的能量在电容器930中集聚到足以激发气体的时候，气体管910放电。改变电容器930的大小，就会改变它所能储存的电量(这些电量最终被气体管910的频闪放电所消耗)。此外，改变频闪放电电路920的充电速率可以控制频闪的时间间隔。实验证明，当两次频闪放电间的延迟间隔在1秒到30秒范围内时可以得到很好的效果，具体的延迟时间部分取决于周围条件。熟悉这一领域的人马上会意识到，同时改变频闪放电电路920的充电速率和电容器930的大小也可以控制气体管910的频闪。
B.散射表面
除了放电频谱外，本发明的效率还直接取决于产生脉泽类光子波的散射面的结构。仍参看图9，图示散射面950安装在气体放电管910之上，尽管这种方位使得发明中其它各组件的定位很方便，其它任意的结构安排也是可以的，图11、12、和13表示了其它几种最佳结构，下面将充分讨论这些结构。对上述这些最佳结构的共同要求是，保证气体管910的放电能量能够与散射面上或其附近的诱饵相互作用。
图9中，散射面950最好选用厚度为1/8英寸、直径约4cm、高约8cm的纸桶。将纸桶暴露在气体管910的放电辐射中之前，应该将其浸泡在诱饵中。图10是散射面950的高倍放大图，显示出由纸板材料构成的多重阵列1010。浸泡于诱饵中然后暴露于放电辐射中时，多重阵列1010上的(或其附近悬浮的)诱饵微粒受激发射出脉泽类光子波，这些波的强度和相干性部分取决于放电辐射，同时也受散射面几何形状的影响。图示纸桶工作良好，不仅由于材料的孔隙度较好(这样可以携带更多诱饵微粒)，而且部分原因是其上附着的诱饵微粒有适度的振动自由度。
如上所述，采用其它的散射面结构可以改变脉泽类光子波辐射的相干性和/或强度。只要能够保证被选择的表面使诱饵微粒能有一定的振动自由度，可以使用任何结构的散射面。例如，在图11所描绘的结构中，散射面1110环绕着气体放电管910。在这种结构中，散射面1110必须有足够多的孔隙，使得气体管910的放电能量能够激发散射面1110上的诱饵微粒。类似地，在图12所描绘的结构中，散射面1210完全包住气体管910。与散射面1110一样，散射面1210必须确保气体管910的放电能量能够激发吸附在其上的诱饵微粒。如前所述，用支架1220将散射面1210安放在气体管910的附近位置。参看图13，这种结构特别适合调整光子相干性。散射面1310是一个曲面，部分环绕着气体管910，使其能将发射的光子波会聚到某个期望的方向上，用支架1330将散射面1310安放在任何期望的位置。可以进一步给散射面1310的辐射面1320镀敷尼龙或相似的材料。尼龙的“钩”状或“环”状结构不仅给诱饵提供理想的振动自由度，还提供调节诱饵微粒振动的附着力。因此，实现了聚焦效应，提高了脉泽类光子波的强度和相干性。
C.诱饵
如前述，必须用适当的化学信息素、诱饵或抑制物质浸泡(或加以处理)本发明中的散射面，所用溶液取决于受控昆虫。例如，在引诱蚊子的试验中，使用与人体汗水相似的盐溶液作为诱饵得到了极好的结果。表5中列出了这种盐溶液的最佳成份。
          表    5
物质(化学符号) 含量(％)
钠(Na) 10.7
氯(Cl-1) 19.7
碳酸氢盐(HCO-3) 1.4
镁(Mg) 1.2
钾(K) 0.4
钙(Ca++) 0.4
III.结论
本发明提供了一种用于控制或吸引昆虫的相干或半相干辐射频率发生装置。尽管已经参照几个最佳实施例图示并描述了本发明的内容，但熟悉本行业的人很容易理解，在不偏离本发明的主旨和范围的情况下，做一些前述的或者其它形式或细节上的改变是可能的。

Claims (13)

1.用于产生控制昆虫的光子辐射的相干散射波导，包括：
(a)散射面；
(b)根据被控制的昆虫选择的诱饵散布在所述散射面上；
(c)频闪放电电路；及
(d)连接到所述频闪放电电路上的泵浦辐射源，并固定好该泵浦辐射源的位置，使其指向所述的诱饵微粒，从而激发所述的诱饵微粒产生光子波辐射来控制昆虫。
2.权利要求1所述的相干散射波导，其中散射面进一步包括一个多重纤维阵列。
3.权利要求2所述的相干散射波导，其中多重纤维阵列是一块薄纸板；
4.权利要求1所述的相干散射波导，其中散射面进一步包括一个位置固定的半圆面，使得发射的光子波聚焦在期望的方向上。
5.权利要求1所述的相干散射波导，其中散射面进一步包括一个位置固定的球面，使得发射的光子波沿径向均匀分布。
6.权利要求1所述的相干散射波导，其中进一步用多凸起材料制作散射面并选择一个合适的安装方式，使得发射的光子波指向期望的方向。
7.权利要求1所述的相干散射波导，其中所述的诱饵是一种含盐溶液。
8.权利要求1所述的相干散射波导，其中频闪放电电路进一步包括一个电容器，它并联在所述频闪放电电路的输出端和所述泵浦辐射源的输入端。
9.权利要求1所述的相干散射波导，其中泵浦辐射源是一个气体放电管。
10.权利要求9所述的气体放电管，在其中所述的气体放电管中充入氙气。
11.权利要求9所述的气体放电管，其中所述的气体放电管经过IR滤波器处理，从而把管子的输出限制在期望的频率范围内。
12.通过发射光子波控制昆虫的方法，包括步骤：
(a)产生泵浦辐射，所述的辐射覆盖了一种昆虫的某一特征频率；
(b)散布在散射面上的诱饵受到所述泵浦辐射的照射，使得所述的诱饵微粒产生振动，从而发射光子波，该光子波被昆虫接收后能进一步吸引或者驱赶昆虫。
13.权利要求12所述的方法，其中产生泵浦辐射的方法进一步包括产生可选能量范围的泵浦辐射，其中所述的能量范围与被控制昆虫的敏感范围相对应。
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