液晶光学双稳与混沌实验仪制造技术

一种液晶光学双稳与混沌实验仪，包括实验光路、控制机柜以及位于该控制机柜内的控制电路和控制机柜外侧面板上的多个控制旋钮、控制电路的多个输出、输入端口与数字显示表头。该装置是采用液晶光路与控制电路组合而构成光学双稳与混沌现象的高校实验设备，用于显示光学双稳态和混沌态。借助该仪器进行液晶光学双稳与混沌的物理实验教学，可以让大学生直观地理解和掌握光学双稳和混沌的基本原理，以及液晶光电混合双稳系统的工作原理，学会通过观察实验现象来分析、研究光学双稳和混沌运动的客观规律，提高大学生的科学素质。装置的控制面板设计合理、巧妙，实验可操作性强，仪器工作稳定性好、可靠性高，有望在高校中获得推广应用。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种物理实验教学仪器，确切地说，涉及一种用于对非线性物理的基本问题进行实验教学与研究的液晶光学双稳与混沌实验仪，属于高等学校物理实验教 学设备

技术介绍
双稳态(bistability)现象于1969年被理论所预言，发展至今，光学双稳态的理 论和应用都得到了迅速发展。双稳态光学器件具有与双稳态电子器件相类似的功能，可用 作存储器、放大器、振荡器、限幅器和开关元件，在实际应用中具有十分重要的意义。 客观规律是确定的，事物只能按照确定的轨道发展，人们在掌握客观规律之后，才 能够对事物的发展趋势进行预测。这是人们久已熟知并习以为常的确定性和可预测性的关 系，已经成为人们的一种传统思维习惯。 混沌(chaos)是一种普遍的自然现象。20世纪60年代，人们开始认识到某些具有 确定性的非线性系统，在一定参数范围内能给出无明显周期性或对称性的输出，这种表面 上混乱的状态就是混沌。混沌现象揭示了在确定性和随机性之间存在着由此及彼的桥梁， 有助于将物理学中确定论和概率论两套描述体系相互联系起来，这在科学观念上有着深远 的意义。 双稳态和混沌同属于非线性物理范畴，非线性物理学的思维方式不同于传统的思 维习惯，从培养学生的科学素质的角度出发，非线性物理学的思维方式对培养学生的科学 思维和客观、全面的意识与观念将产生重要的影响。 目前，在国内研制非线性物理实验教学仪器影响较大的高校有两所一是吉林大 学物理学院研制的光学双稳、非稳、混沌及动力学存储实验装置，以铌酸锂晶体为非线性介质，其工作电压约iooov，该仪器正在开始向国内各高校推广。二是北京大学物理学院研制的光学双稳实验仪，也是以铌酸锂晶体为非线性介质，该仪器没有对外推广。因此，目 前国内的非线性物理方面的优秀实验教学仪器非常缺乏，如何研制一种有助于非线性物理 的教学和实验的新型教学实验设备已经成为当前许多高校急需解决的问题，也是众多高校 教师和教辅人员关注的一个焦点。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的是提供一种液晶光学双稳与混沌实验仪，该装置作 为一种物理实验教学的专用仪器，能将非线性物理的基本概念和实验现象通过光学图像形 象地引入高等学校的物理实验教学与科研中，为提升大学生的科学素质和提高高校教学水 平做出贡献。 为了达到上述目的，本技术提供了一种液晶光学双稳与混沌实验仪，该装置 包括实验光路、控制机柜以及位于该控制机柜内的控制电路和控制机柜外侧面板上的多个 控制旋钮、控制电路的多个输出、输入端口与数字显示表头；其特征在于 所述实验光路是在放置于一根直线导轨上的各个支架上，分别顺序设置下述部 件用作光源的半导体激光器或氦氖激光器，用不透光的金属薄板制成的、在混沌实验中用 于遮挡光的白屏，藉由其一侧的电机带动旋转、使得光源照射到可旋转的液晶盒上的激光 光强发生弱一强一弱的连续变化的半波片，第一个偏振片，接收液晶入射光的第一个硅光 电池，将入射于其上的光束分成反射和透射两束光的分束镜，内嵌有液晶的可旋转的液晶 盒、该液晶盒中的液晶能跟随其被施加的偏置电压的改变而输出相应光强，与第一个偏振 片呈相互正交状态的第二个偏振片，能够旋转的第三个偏振片，以及接收液晶输出光的第 二个硅光电池；其中，分束镜将入射其上的激光束分成反射和透射的两束光；所述液晶的 入射光和输出光分别由第一个硅光电池和第二个硅光电池接收，这两个硅光电池作为光电 转换器件分别将相应的光信号转换成电压信号，将这两个电压信号分别接入控制电路进行 放大、模数转换和计算机处理，能够产生光学双稳与混沌现象。所述半导体激光器或氦氖激光器发出的激光分别是波长为650nm、功率为2 8mw，或波长为632. 8nm、功率为2 8mw ;所述半波片是在圆环套圈内安装有占3/4面积的遮挡光的黑色金属薄板和用石英晶体或云母制成的、只占1/4面积的透光通孔。位于该控制机柜内的控制电路包括分别输出12V、5V和1. 25 20V提供放大电路、数字表头和液晶偏置电压的电源的三个直流电源电路、由运算放大器组成的三个放大电路和模数转换电路，以及处理模数转换后的数字信号的计算机。 在机柜外侧面板上的多个控制旋钮与显示仪表包括数字表头，电源开关，液晶偏置电压电源的调节旋钮，选择显示液晶的反馈电压或偏置电压的双掷开关，液晶偏置电压输入端口 ，分别构造三个放大电路的放大倍数的三个调节旋钮，三个放大电路的输出端口 ，分别将液晶的入射光和反馈光经硅光电池转换成电压信号的两个输入端口。 所述位于该控制机柜内的控制电路藉由所述机柜外侧面板上的多个控制旋钮及相关输出、输入端口之间连线方式的不同组合，分别构成双稳态实验控制电路和混沌态实验控制电路。 本技术是一种液晶光学双稳与混沌实验仪，采用液晶光路与控制电路组合而 构成光学双稳与混沌现象的高校实验展示设备，该仪器既可以用来研究和显示双稳态现 象，又可以研究和显示混沌运动过程。借助本技术仪器进行液晶光学双稳与混沌的教 学实验，可以让大学生直观地理解和掌握光学双稳与混沌的基本原理，以及液晶光电混合 光学双稳系统的工作原理，学会通过观察实验现象来分析、研究光学双稳和混沌运动的客 观规律，提高大学生的科学素质。 本技术的创新优点和效果是以液晶为非线性介质，液晶易于购买，且价格低 廉；液晶所需要的偏置电压低，小于20V，作为教学实验设备，保障师生安全是不可忽视的 一个重要因素。该实验仪能够对所述两个物理实验开展多个教学内容，包括测量液晶的调 制曲线、响应时间、双稳回线、混沌曲线，还可以扩展到测量液晶的双折射效应、电光响应曲 线等许多内容，即实验内容丰富、广泛。该仪器利用其中遮挡3/4通光面积的半波片，巧妙 地将入射到液晶上的光强，当半波片在0 360°范围内旋转时只发生一次弱一强一弱的 连续变化；且该装置的控制面板设计合理、巧妙，实验操作简便、灵活、可操作性强，仪器的 工作稳定性好、可靠性高；实施例的实验设备经过实施实验，获得了理想的教学效果，有希 望在高校中获得推广应用。附图说明图1是本技术液晶光学双稳与混沌实验仪的实验光路结构组成示意图。 图2是本技术中的半波片结构示意图。 图3是本技术中的双稳态实验控制电路原理图。 图4是本技术中的混沌态实验控制电路原理图。 图5(a) 、 (b)分别是本技术中的双稳态实验和混沌态实验的两个控制软件流 程图。 图6是本技术液晶光学双稳与混沌实验仪的光电混合型光学双稳与混沌实 验系统工作原理图。 图7是本技术液晶光学双稳与混沌实验仪的控制柜的控制面板示意图。 图8(a)、 (b)分别是本技术的实施试验中的双稳回线和混沌运动曲线示意 图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本技术 作进一步的详细描述。 本技术是一种液晶光学双稳与混沌实验仪，该装置包括实验光路、控制机柜 以及位于该控制机柜内的控制电路和控制机柜外侧面板上的多个控制旋钮、控制电路的多 个输出、输入端口与数字显示表头。 下面参见图1，首先介绍该仪器实验光路的结构组成在放置于一根直线导轨13 上的各个支架12上，分别顺序设置下述部件用作光源1的半导体激光器或氦氖激光器 (该半导体激光器或氦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶光学双稳与混沌实验仪，该装置包括实验光路、控制机柜以及位于该控制机柜内的控制电路和控制机柜外侧面板上的多个控制旋钮、控制电路的多个输出、输入端口与数字显示表头；其特征在于：所述实验光路是在放置于一根直线导轨上的各个支架上，分别顺序设置下述部件：用作光源的半导体激光器或氦氖激光器，用不透光的金属薄板制成的、在混沌实验中用于遮挡光的白屏，藉由其一侧的电机带动旋转、使得光源照射到可旋转的液晶盒上的激光光强发生弱→强→弱的连续变化的半波片，第一个偏振片，接收液晶入射光的第一个硅光电池，将入射于其上的光束分成反射和透射两束光的分束镜，内嵌有液晶的可旋转的液晶盒、该液晶盒中的液晶能跟随其被施加的偏置电压的改变而输出相应光强，与第一个偏振片呈相互正交状态的第二个偏振片，能够旋转的第三个偏振片，以及接收液晶输出光的第二个硅光电池；其中，分束镜将入射其上的激光束分成反射和透射的两束光；所述液晶的入射光和输出光分别由第一个硅光电池和第二个硅光电池接收，这两个硅光电池作为光电转换器件分别将相应的光信号转换成电压信号，将这两个电压信号分别接入控制电路进行放大、模数转换和计算机处理，能够产生光学双稳与混沌现象。...

【技术特征摘要】
一种液晶光学双稳与混沌实验仪，该装置包括实验光路、控制机柜以及位于该控制机柜内的控制电路和控制机柜外侧面板上的多个控制旋钮、控制电路的多个输出、输入端口与数字显示表头；其特征在于所述实验光路是在放置于一根直线导轨上的各个支架上，分别顺序设置下述部件用作光源的半导体激光器或氦氖激光器，用不透光的金属薄板制成的、在混沌实验中用于遮挡光的白屏，藉由其一侧的电机带动旋转、使得光源照射到可旋转的液晶盒上的激光光强发生弱→强→弱的连续变化的半波片，第一个偏振片，接收液晶入射光的第一个硅光电池，将入射于其上的光束分成反射和透射两束光的分束镜，内嵌有液晶的可旋转的液晶盒、该液晶盒中的液晶能跟随其被施加的偏置电压的改变而输出相应光强，与第一个偏振片呈相互正交状态的第二个偏振片，能够旋转的第三个偏振片，以及接收液晶输出光的第二个硅光电池；其中，分束镜将入射其上的激光束分成反射和透射的两束光；所述液晶的入射光和输出光分别由第一个硅光电池和第二个硅光电池接收，这两个硅光电池作为光电转换器件分别将相应的光信号转换成电压信号，将这两个电压信号分别接入控制电路进行放大、模数转换和计算机处理，能够产生光学双稳与混沌现象。2. 根据权利要求1所述的液晶光学双稳与混沌实验仪，其特征在于所述半导体激光 器或氦氖激...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙萍，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]