專利名稱：液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，確切地說，涉及一種用于對非線性物理
的基本問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究的液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀，屬于高等學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)教 學(xué)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙穩(wěn)態(tài)(bistability)現(xiàn)象于1969年被理論所預(yù)言，發(fā)展至今，光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)的理 論和應(yīng)用都得到了迅速發(fā)展。雙穩(wěn)態(tài)光學(xué)器件具有與雙穩(wěn)態(tài)電子器件相類似的功能，可用 作存儲(chǔ)器、放大器、振蕩器、限幅器和開關(guān)元件，在實(shí)際應(yīng)用中具有十分重要的意義。 客觀規(guī)律是確定的，事物只能按照確定的軌道發(fā)展，人們在掌握客觀規(guī)律之后，才 能夠?qū)κ挛锏陌l(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。這是人們久已熟知并習(xí)以為常的確定性和可預(yù)測性的關(guān) 系，已經(jīng)成為人們的一種傳統(tǒng)思維習(xí)慣。 混沌(chaos)是一種普遍的自然現(xiàn)象。20世紀(jì)60年代，人們開始認(rèn)識(shí)到某些具有 確定性的非線性系統(tǒng)，在一定參數(shù)范圍內(nèi)能給出無明顯周期性或?qū)ΨQ性的輸出，這種表面 上混亂的狀態(tài)就是混沌。混沌現(xiàn)象揭示了在確定性和隨機(jī)性之間存在著由此及彼的橋梁， 有助于將物理學(xué)中確定論和概率論兩套描述體系相互聯(lián)系起來，這在科學(xué)觀念上有著深遠(yuǎn) 的意義。 雙穩(wěn)態(tài)和混沌同屬于非線性物理范疇，非線性物理學(xué)的思維方式不同于傳統(tǒng)的思 維習(xí)慣，從培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)的角度出發(fā)，非線性物理學(xué)的思維方式對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué) 思維和客觀、全面的意識(shí)與觀念將產(chǎn)生重要的影響。 目前，在國內(nèi)研制非線性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器影響較大的高校有兩所一是吉林大 學(xué)物理學(xué)院研制的"光學(xué)雙穩(wěn)、非穩(wěn)、混沌及動(dòng)力學(xué)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置"，以鈮酸鋰晶體為非線性
介質(zhì)，其工作電壓約iooov，該儀器正在開始向國內(nèi)各高校推廣。二是北京大學(xué)物理學(xué)院研
制的"光學(xué)雙穩(wěn)實(shí)驗(yàn)儀"，也是以鈮酸鋰晶體為非線性介質(zhì)，該儀器沒有對外推廣。因此，目 前國內(nèi)的非線性物理方面的優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器非常缺乏，如何研制一種有助于非線性物理 的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的新型教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備已經(jīng)成為當(dāng)前許多高校急需解決的問題，也是眾多高校 教師和教輔人員關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀，該裝置作 為一種物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的專用儀器，能將非線性物理的基本概念和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象通過光學(xué)圖像形 象地引入高等學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研中，為提升大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和提高高校教學(xué)水 平做出貢獻(xiàn)。 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀，該裝置 包括實(shí)驗(yàn)光路、控制機(jī)柜以及位于該控制機(jī)柜內(nèi)的控制電路和控制機(jī)柜外側(cè)面板上的多個(gè) 控制旋鈕、控制電路的多個(gè)輸出、輸入端口與數(shù)字顯示表頭；其特征在于[0009] 所述實(shí)驗(yàn)光路是在放置于一根直線導(dǎo)軌上的各個(gè)支架上，分別順序設(shè)置下述部 件用作光源的半導(dǎo)體激光器或氦氖激光器，用不透光的金屬薄板制成的、在混沌實(shí)驗(yàn)中用 于遮擋光的白屏，藉由其一側(cè)的電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)、使得光源照射到可旋轉(zhuǎn)的液晶盒上的激光 光強(qiáng)發(fā)生弱一強(qiáng)一弱的連續(xù)變化的半波片，第一個(gè)偏振片，接收液晶入射光的第一個(gè)硅光 電池，將入射于其上的光束分成反射和透射兩束光的分束鏡，內(nèi)嵌有液晶的可旋轉(zhuǎn)的液晶 盒、該液晶盒中的液晶能跟隨其被施加的偏置電壓的改變而輸出相應(yīng)光強(qiáng)，與第一個(gè)偏振 片呈相互正交狀態(tài)的第二個(gè)偏振片，能夠旋轉(zhuǎn)的第三個(gè)偏振片，以及接收液晶輸出光的第 二個(gè)硅光電池；其中，分束鏡將入射其上的激光束分成反射和透射的兩束光；所述液晶的 入射光和輸出光分別由第一個(gè)硅光電池和第二個(gè)硅光電池接收，這兩個(gè)硅光電池作為光電 轉(zhuǎn)換器件分別將相應(yīng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，將這兩個(gè)電壓信號(hào)分別接入控制電路進(jìn)行 放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和計(jì)算機(jī)處理，能夠產(chǎn)生光學(xué)雙穩(wěn)與混沌現(xiàn)象。所述半導(dǎo)體激光器或氦氖激光器發(fā)出的激光分別是波長為650nm、功率為2
8mw，或波長為632. 8nm、功率為2 8mw ;所述半波片是在圓環(huán)套圈內(nèi)安裝有占3/4面積的
遮擋光的黑色金屬薄板和用石英晶體或云母制成的、只占1/4面積的透光通孔。位于該控制機(jī)柜內(nèi)的控制電路包括分別輸出12V、5V和1. 25 20V提供放大電
路、數(shù)字表頭和液晶偏置電壓的電源的三個(gè)直流電源電路、由運(yùn)算放大器組成的三個(gè)放大
電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，以及處理模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)的計(jì)算機(jī)。 在機(jī)柜外側(cè)面板上的多個(gè)控制旋鈕與顯示儀表包括數(shù)字表頭，電源開關(guān)，液晶偏
置電壓電源的調(diào)節(jié)旋鈕，選擇顯示液晶的反饋電壓或偏置電壓的雙擲開關(guān)，液晶偏置電壓
輸入端口 ，分別構(gòu)造三個(gè)放大電路的放大倍數(shù)的三個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕，三個(gè)放大電路的輸出端口 ，
分別將液晶的入射光和反饋光經(jīng)硅光電池轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的兩個(gè)輸入端口。 所述位于該控制機(jī)柜內(nèi)的控制電路藉由所述機(jī)柜外側(cè)面板上的多個(gè)控制旋鈕及
相關(guān)輸出、輸入端口之間連線方式的不同組合，分別構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)控制電路和混沌態(tài)實(shí)
驗(yàn)控制電路。 本實(shí)用新型是一種液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀，采用液晶光路與控制電路組合而 構(gòu)成光學(xué)雙穩(wěn)與混沌現(xiàn)象的高校實(shí)驗(yàn)展示設(shè)備，該儀器既可以用來研究和顯示雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn) 象，又可以研究和顯示混沌運(yùn)動(dòng)過程。借助本實(shí)用新型儀器進(jìn)行液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌的教 學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以讓大學(xué)生直觀地理解和掌握光學(xué)雙穩(wěn)與混沌的基本原理，以及液晶光電混合 光學(xué)雙穩(wěn)系統(tǒng)的工作原理，學(xué)會(huì)通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來分析、研究光學(xué)雙穩(wěn)和混沌運(yùn)動(dòng)的客 觀規(guī)律，提高大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。 本實(shí)用新型的創(chuàng)新優(yōu)點(diǎn)和效果是以液晶為非線性介質(zhì)，液晶易于購買，且價(jià)格低 廉；液晶所需要的偏置電壓低，小于20V，作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，保障師生安全是不可忽視的 一個(gè)重要因素。該實(shí)驗(yàn)儀能夠?qū)λ鰞蓚€(gè)物理實(shí)驗(yàn)開展多個(gè)教學(xué)內(nèi)容，包括測量液晶的調(diào) 制曲線、響應(yīng)時(shí)間、雙穩(wěn)回線、混沌曲線，還可以擴(kuò)展到測量液晶的雙折射效應(yīng)、電光響應(yīng)曲 線等許多內(nèi)容，即實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富、廣泛。該儀器利用其中遮擋3/4通光面積的半波片，巧妙 地將入射到液晶上的光強(qiáng)，當(dāng)半波片在0 360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)只發(fā)生一次弱一強(qiáng)一弱的 連續(xù)變化；且該裝置的控制面板設(shè)計(jì)合理、巧妙，實(shí)驗(yàn)操作簡便、靈活、可操作性強(qiáng)，儀器的 工作穩(wěn)定性好、可靠性高；實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)設(shè)備經(jīng)過實(shí)施實(shí)驗(yàn)，獲得了理想的教學(xué)效果，有希 望在高校中獲得推廣應(yīng)用。
圖1是本實(shí)用新型液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀的實(shí)驗(yàn)光路結(jié)構(gòu)組成示意圖。 圖2是本實(shí)用新型中的半波片結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本實(shí)用新型中的雙穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)控制電路原理圖。 圖4是本實(shí)用新型中的混沌態(tài)實(shí)驗(yàn)控制電路原理圖。 圖5(a) 、 (b)分別是本實(shí)用新型中的雙穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)和混沌態(tài)實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)控制軟件流 程圖。 圖6是本實(shí)用新型液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀的光電混合型光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí) 驗(yàn)系統(tǒng)工作原理圖。 圖7是本實(shí)用新型液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀的控制柜的控制面板示意圖。 圖8(a)、 (b)分別是本實(shí)用新型的實(shí)施試驗(yàn)中的雙穩(wěn)回線和混沌運(yùn)動(dòng)曲線示意 圖。
具體實(shí)施方式為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型 作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 本實(shí)用新型是一種液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀，該裝置包括實(shí)驗(yàn)光路、控制機(jī)柜 以及位于該控制機(jī)柜內(nèi)的控制電路和控制機(jī)柜外側(cè)面板上的多個(gè)控制旋鈕、控制電路的多 個(gè)輸出、輸入端口與數(shù)字顯示表頭。 下面參見圖1，首先介紹該儀器實(shí)驗(yàn)光路的結(jié)構(gòu)組成在放置于一根直線導(dǎo)軌13 上的各個(gè)支架12上，分別順序設(shè)置下述部件用作光源1的半導(dǎo)體激光器或氦氖激光器 (該半導(dǎo)體激光器或氦氖激光器發(fā)出的激光分別是波長為650nm、功率為2 8mw，或波長為 632. 8nm、功率為2 8mw)，用不透光的金屬薄板制成的、在混沌實(shí)驗(yàn)中用于遮擋光的白屏 2，藉由其一側(cè)的交流電機(jī)3帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的半波片4、使得光源1照射到可旋轉(zhuǎn)的液晶盒8上的 激光光強(qiáng)發(fā)生弱一強(qiáng)一弱的連續(xù)變化(參見圖2所示，該半波片4是在圓環(huán)套圈內(nèi)安裝有 占3/4面積的遮擋光的黑色金屬薄板和用石英晶體或云母制成的、只占1/4面積的透光通 孔)，第一個(gè)偏振片5，接收液晶入射光的第一個(gè)硅光電池6，將入射于其上的光束分成反射 和透射兩束光的分束鏡7，內(nèi)嵌有液晶的可旋轉(zhuǎn)的液晶盒8、該由北京清華亞王液晶材料有 限公司生產(chǎn)的液晶盒8中的液晶能跟隨其被施加的偏置電壓的改變而輸出相應(yīng)光強(qiáng)，與第 一個(gè)偏振片5呈相互正交狀態(tài)的第二個(gè)偏振片9，能夠旋轉(zhuǎn)的第三個(gè)偏振片10，以及接收液 晶輸出光的第二個(gè)硅光電池11 ;其中，分束鏡7將入射其上的激光束分成反射和透射的兩 束光，反射光的光強(qiáng)與入射到液晶上的光的光強(qiáng)成正比，故用該反射光束來表征該液晶的 入射光束的變化情況；第三個(gè)偏振片10的旋轉(zhuǎn)能夠改變液晶的輸出光強(qiáng)，即改變反饋信號(hào) 的大??；該液晶的入射光和輸出光分別由第一個(gè)硅光電池6和第二個(gè)硅光電池11接收，這 兩個(gè)硅光電池作為光電轉(zhuǎn)換器件分別將相應(yīng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，將這兩個(gè)電壓分別 接入控制電路進(jìn)行放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和計(jì)算機(jī)處理，能夠產(chǎn)生光學(xué)雙穩(wěn)與混沌現(xiàn)象。 下面介紹位于本實(shí)用新型控制機(jī)柜內(nèi)的控制電路，因?yàn)樵搩x器要展示的雙穩(wěn)實(shí)驗(yàn) 和混沌實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)控制電路略有不同，因此，本實(shí)用新型是通過控制機(jī)柜內(nèi)的控制電路，以及藉由改變控制柜前面板上的相關(guān)電路的多個(gè)控制調(diào)節(jié)旋鈕及其相關(guān)輸入、輸出接口之間 的連線方式的不同組合來選擇該儀器的相關(guān)功能，分別構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)控制電路和混沌態(tài) 實(shí)驗(yàn)控制電路。 本實(shí)用新型控制機(jī)柜內(nèi)的控制電路包括分別輸出12V、5V和1. 25 20V提供放
大電路、數(shù)字表頭和液晶偏置電壓的電源的三個(gè)直流電源電路、由運(yùn)算放大器組成的三個(gè)
放大電路A、B、C和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，以及處理模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)的計(jì)算機(jī)。 在機(jī)柜外側(cè)控制面板上的多個(gè)控制旋鈕與顯示儀表包括數(shù)字顯示表頭，電源開
關(guān)，液晶偏置電壓電源的調(diào)節(jié)旋鈕，選擇顯示液晶的反饋電壓或偏置電壓的雙擲開關(guān)，液晶
偏置電壓輸入端口，分別構(gòu)造三個(gè)放大電路A、 B、 C各自的放大倍數(shù)的三個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕，三個(gè)
放大電路A、 B、 C各自的輸出端口 ，分別將液晶的入射光和反饋光經(jīng)硅光電池轉(zhuǎn)換成電壓信
號(hào)的兩個(gè)輸入端口。 參見圖3，介紹該儀器的雙穩(wěn)實(shí)驗(yàn)電路的控制電路原理圖。硅光電池6將接收到 的液晶8的輸入光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后輸入到放大器A中，同時(shí)，硅光電池11將接收 到的液晶8的輸出光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后輸入到放大器B中。直流電源提供的±12V 電壓，供給該兩個(gè)放大器A和B中的集成運(yùn)放LM412工作電壓。+5￥直流電源提供數(shù)字表 頭(參見圖8)工作電壓，數(shù)字表頭通過雙擲開關(guān)(參見圖8)來選擇顯示液晶8的偏置電 壓或反饋電壓的數(shù)值，反饋電壓為放大器B的輸出電壓。1. 25 20V范圍的直流電源提供 液晶8的偏置電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將放大器A和B輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后， 輸入到計(jì)算機(jī)中。再由計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的雙穩(wěn)實(shí)驗(yàn)軟件(參見圖5(A)所示)將放大器A和 B輸出的兩個(gè)數(shù)字信號(hào)以XY方式顯示出來，這時(shí)的XY圖形稱為雙穩(wěn)回線。 參見圖4，介紹該儀器的混沌實(shí)驗(yàn)電路的控制電路原理圖。硅光電池6將接收到的 液晶8的輸入光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后輸入到放大器A中，同時(shí)，硅光電池11將接收到 的液晶8的輸出光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后輸入到放大器B中。士12V直流電源提供的電 壓，供給該三個(gè)放大器A、 B和C中的集成運(yùn)放LM412工作電壓。+5V直流電源提供數(shù)字表 頭(參見圖8)的工作電壓，表頭通過雙擲開關(guān)(參見圖8)來選擇顯示液晶8的偏置電壓 或者反饋電壓的數(shù)值。1.25 20V范圍的直流電源提供液晶8的偏置電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 將放大器B輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后，輸入到計(jì)算機(jī)中。模數(shù)轉(zhuǎn)換后的放大器 B的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過延遲后再輸入到放大器C中。與雙穩(wěn)實(shí)驗(yàn)不同，在混沌實(shí)驗(yàn)中加在液晶8 上的反饋電壓為放大器C的輸出電壓。計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的混沌實(shí)驗(yàn)軟件(參見圖5(B)所示) 將放大器B經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行延遲后，以YT方式顯示出來，稱這時(shí) 的YT曲線為混沌振蕩曲線。 參見圖6，介紹本實(shí)用新型光電混合型光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀的工作原理。當(dāng)測試 雙穩(wěn)回線時(shí)，半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的單色光，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的半波片4和偏振片5后，強(qiáng)度會(huì)發(fā) 生由小到大、再由大到小的連續(xù)變化，使得照在液晶8上的是一個(gè)強(qiáng)度變化的光。兩個(gè)正交 的線偏振片5和9及液晶8組成了一個(gè)電光調(diào)制器。液晶8的輸出光強(qiáng)由硅光電池11接 收，信號(hào)經(jīng)放大電路B放大后，分成I和I'兩路，I路加在液晶8上作為反饋電壓，I'路接 在外接的示波器上，實(shí)時(shí)觀察輸出信號(hào)的變化。為了監(jiān)測輸入光強(qiáng)，在光路中加了一片分束 鏡7，通過硅光電池6接收，信號(hào)經(jīng)放大電路A放大后，作為液晶8上的入射光的參考信號(hào)。 當(dāng)測試混沌曲線時(shí)，首先將硅光電池11輸出的模擬信號(hào)經(jīng)放大電路B放大，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到計(jì)算機(jī)中。通過其中存儲(chǔ)的軟件對數(shù) 字信號(hào)進(jìn)行延時(shí)處理，最后經(jīng)由計(jì)算機(jī)輸出。輸出的延時(shí)信號(hào)經(jīng)放大電路C后，分成II和
ir兩路，其中n路加在液晶8上作為反饋控制信號(hào)，ir路接在示波器上。液晶s的初
始偏壓Vb由控制機(jī)柜的直流電源來提供，通過調(diào)節(jié)Vb可選取系統(tǒng)的適當(dāng)工作狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)偏
振片io可以改變硅光電池11接收到的光強(qiáng)，即改變液晶的反饋電壓。 本實(shí)用新型的控制電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路都放置在一個(gè)金屬材料制成的控制機(jī)柜
里，該控制機(jī)柜的電路板上分設(shè)有四個(gè)模塊I-液晶供電及顯示模塊；II-液晶的輸入光強(qiáng) 信號(hào)處理模塊；III-液晶的輸出光強(qiáng)信號(hào)處理模塊；IV-液晶經(jīng)數(shù)字延遲后的輸出光強(qiáng)信 號(hào)處理模塊。該控制機(jī)柜的外形尺寸為30X35X 13cm、長X寬X高)，其前側(cè)控制面板 上的控制按鈕設(shè)置如圖7所示，數(shù)字表頭通過雙擲開關(guān)的選擇，決定是顯示液晶8的反饋電 壓還是偏置電壓值。電源開關(guān)控制整個(gè)控制機(jī)柜的供電。液晶偏置電壓調(diào)節(jié)旋鈕使得加在 液晶上的電壓在1. 25 20V之間變化，并由其輸入端施加于液晶上。硅光電池6和11接 收到的信號(hào)分別由控制面板上的兩個(gè)放大電路A和B的輸入端口接入，然后，分別由該兩個(gè) 放大電路A和B進(jìn)行信號(hào)放大，其放大倍率則分別由相應(yīng)的放大電路A和B的放大倍率調(diào) 節(jié)旋鈕控制。 在測試雙穩(wěn)回線時(shí)，放大電路A的輸出信號(hào)接在示波器的一個(gè)通道上，放大電路B
的輸出信號(hào)同時(shí)接在示波器的另一個(gè)通道和控制面板的反饋電壓輸入端口上。 在測試混沌曲線時(shí)，控制電路內(nèi)部已經(jīng)將放大電路A的輸出信號(hào)與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路
相連接，經(jīng)模數(shù)變換后成為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，通過軟件程序處理后，將該數(shù)字信號(hào)
延遲后，再由放大電路C進(jìn)行放大輸出，其放大倍率由放大電路C的放大倍率調(diào)節(jié)旋鈕控
制。放大電路C的輸出信號(hào)同時(shí)接在示波器的另一個(gè)通道和控制面板的反饋電壓輸入端口上。 本實(shí)用新型已經(jīng)研制成功實(shí)施實(shí)驗(yàn)的樣機(jī)，并進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐實(shí)驗(yàn)的 教學(xué)效果很好。圖8(a)是當(dāng)液晶的偏置電壓為9. 58V時(shí)的雙穩(wěn)回線；圖8(b)是當(dāng)液晶的 偏置電壓為4. 50V，延遲時(shí)間為150ms時(shí)的混沌運(yùn)動(dòng)曲線。實(shí)施實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的結(jié)果表明該儀 器的性能穩(wěn)定、可靠性好、穩(wěn)定性高；尤其是裝置的操作簡便、成本低廉，特別適合大學(xué)生使 用和在各個(gè)高校中普及推廣。
權(quán)利要求一種液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀，該裝置包括實(shí)驗(yàn)光路、控制機(jī)柜以及位于該控制機(jī)柜內(nèi)的控制電路和控制機(jī)柜外側(cè)面板上的多個(gè)控制旋鈕、控制電路的多個(gè)輸出、輸入端口與數(shù)字顯示表頭；其特征在于所述實(shí)驗(yàn)光路是在放置于一根直線導(dǎo)軌上的各個(gè)支架上，分別順序設(shè)置下述部件用作光源的半導(dǎo)體激光器或氦氖激光器，用不透光的金屬薄板制成的、在混沌實(shí)驗(yàn)中用于遮擋光的白屏，藉由其一側(cè)的電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)、使得光源照射到可旋轉(zhuǎn)的液晶盒上的激光光強(qiáng)發(fā)生弱→強(qiáng)→弱的連續(xù)變化的半波片，第一個(gè)偏振片，接收液晶入射光的第一個(gè)硅光電池，將入射于其上的光束分成反射和透射兩束光的分束鏡，內(nèi)嵌有液晶的可旋轉(zhuǎn)的液晶盒、該液晶盒中的液晶能跟隨其被施加的偏置電壓的改變而輸出相應(yīng)光強(qiáng)，與第一個(gè)偏振片呈相互正交狀態(tài)的第二個(gè)偏振片，能夠旋轉(zhuǎn)的第三個(gè)偏振片，以及接收液晶輸出光的第二個(gè)硅光電池；其中，分束鏡將入射其上的激光束分成反射和透射的兩束光；所述液晶的入射光和輸出光分別由第一個(gè)硅光電池和第二個(gè)硅光電池接收，這兩個(gè)硅光電池作為光電轉(zhuǎn)換器件分別將相應(yīng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，將這兩個(gè)電壓信號(hào)分別接入控制電路進(jìn)行放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和計(jì)算機(jī)處理，能夠產(chǎn)生光學(xué)雙穩(wěn)與混沌現(xiàn)象。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述半導(dǎo)體激光 器或氦氖激光器發(fā)出的激光分別是波長為650nm、功率為2 8mw，或波長為632. 8nm、功率 為2 8mw ;所述半波片是在圓環(huán)套圈內(nèi)安裝有占3/4面積的遮擋光的黑色金屬薄板和用 石英晶體或云母制成的、只占1/4面積的透光通孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于位于該控制機(jī)柜 內(nèi)的控制電路包括分別輸出12V、5V和1. 25 20V提供放大電路、數(shù)字表頭和液晶偏置電 壓的電源的三個(gè)直流電源電路、由運(yùn)算放大器組成的三個(gè)放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，以及 處理模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)的計(jì)算機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于在機(jī)柜外側(cè)面板上的多個(gè)控制旋鈕與顯示儀表包括數(shù)字表頭，電源開關(guān)，液晶偏置電壓電源的調(diào)節(jié)旋鈕，選擇顯示液晶的反饋電壓或偏置電壓的雙擲開關(guān)，液晶偏置電壓輸入端口，分別構(gòu)造三個(gè) 放大電路的放大倍數(shù)的三個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕，三個(gè)放大電路的輸出端口，分別將液晶的入射光和 反饋光經(jīng)硅光電池轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的兩個(gè)輸入端口 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于所述位于該控制機(jī)柜內(nèi)的控制電路藉由所述機(jī)柜外側(cè)面板上的多個(gè)控制旋鈕及相關(guān)輸出、輸入端口之 間連線方式的不同組合，分別構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)控制電路和混沌態(tài)實(shí)驗(yàn)控制電 。
專利摘要一種液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌實(shí)驗(yàn)儀，包括實(shí)驗(yàn)光路、控制機(jī)柜以及位于該控制機(jī)柜內(nèi)的控制電路和控制機(jī)柜外側(cè)面板上的多個(gè)控制旋鈕、控制電路的多個(gè)輸出、輸入端口與數(shù)字顯示表頭。該裝置是采用液晶光路與控制電路組合而構(gòu)成光學(xué)雙穩(wěn)與混沌現(xiàn)象的高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備，用于顯示光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)和混沌態(tài)。借助該儀器進(jìn)行液晶光學(xué)雙穩(wěn)與混沌的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以讓大學(xué)生直觀地理解和掌握光學(xué)雙穩(wěn)和混沌的基本原理，以及液晶光電混合雙穩(wěn)系統(tǒng)的工作原理，學(xué)會(huì)通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來分析、研究光學(xué)雙穩(wěn)和混沌運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，提高大學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。裝置的控制面板設(shè)計(jì)合理、巧妙，實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)，儀器工作穩(wěn)定性好、可靠性高，有望在高校中獲得推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G09B23/22GK201522801SQ20092022285
公開日2010年7月7日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者孫萍 申請人:北京師范大學(xué)