CWT-液晶光学双稳态实验装置

实验2.8光学双稳态现象自1974年吉布斯(Gibbs)首先利用F—P标准具，其内充满饱和气体Na蒸汽，观察到了光学双稳态现象以来，许多科学工作者相继在许多其它介质中也观察到了光学双稳态现象，并研制了各种各样的光学双稳态器件。

它作为开关元件和储存元件，有着重要的应用前景。

作为开关元件时其开关速度在理论上可以达到10-11～10-12S，是现有电子开关的102～103倍。

光学双稳态器件与现在使用的晶体管相比，还有一个引人注意的优点，就是可以进行信号平行处理。

光波在真空中传播时，不同光束之间互不干扰，各自独立；在介质中，两束光只要分开几个波长的距离即可互不影响，因此在同一光学元件中，可以平行地通过几束光波，同一元件的不同区域可以同时分别对各光束进行运算操作。

这将对计算机科学带来一革命，使计算机的构造和算法有巨大的改变，使计算机的功能有极大的飞跃。

目前，研究光学双稳态现象的基本理论已经比较完善，需要进一步研究的内容是在一些新型材料或新型结构中实现它，并将这些材料研制成可供实用的光学双稳器件。

但是，由于强光学非线性或低阈值能量与快响应时间和低光强吸收的矛盾，使得利用光学双稳态制造以光控光的全光开关器件仍面临许多难以克服的困难。

本实验将利用液晶光阀的透光率与加在其上的电压有关这一特性，将出射光转换成电压，经放大后反馈到液晶光阀上，使其在不同的出射光强下具有不同的透光率，从而实现光学双稳态。

并对影响光学双稳态现象的几个因素作出分析、比较。

通过这个实验我们不仅能了解液晶光阀的特性，而且验证了光学双稳态现象，加深对光学双稳态的理解。

一、实验目的1.了解光电混合性光学双稳态的原理与应用；2.掌握实验仪器的调节和测量。

二、实验仪器激光器，衰减器，偏振器，分束器，液晶光阀，光功率计，示波器等。

三、实验原理1.光学双稳态的基本概念如果一个光学系统在给定的输入光强下存在着两种可能的输出光强状态，而且可以用光学方法实现两态间的丌关转换，即称该系统具有光学双稳性。

液晶光学双稳与混沌摘要：本文研究了液晶的双稳性质以及混沌现象；测量得到了样片的Vπ=6.60V，V s=－2.25V；同时还获得了液晶的弛豫时间为τ=190ms；在不同的偏置电压以及液晶转角下，双稳曲线的面变化，得到了双稳曲线面积在测量范围内偏置电压升高而增大、随液晶转角增大而增大。

观察了液晶在不同的延迟时间下有周期变化到倍周期分叉最后到混沌的转变。

关键词：液晶，非线性，双稳态，混沌一、引言光学双稳态概念最早（1969）是在可饱和吸收介质的系统中提出的，并于1976年首次在钠蒸气介质中观察到。

事实上在法布里－珀罗腔内的色散介质，也观察到光学双稳态。

并且有比吸收介质更为优越的性能，譬如，观察到光学双稳态的入射光强更低，对光源的线宽没有更高要求，也没有吸收引起的热耗散问题，因而在光学双稳态的应用上比吸收型装置更为受人重视。

光学双稳态引起人们极大注意的主要原因是光学双稳器件有可能应用在高速光通信、光学图像处理、光存储、光学限幅器以及光学逻辑元件等方面。

尤其是用半导体材料（GaAs,InSb 等）制成的光学双稳器件,尺寸小(几毫米直径,几十至几百微米厚),功率低（10微瓦/微米2~1毫瓦/微米2），开关时间短（约10-12秒）,有可能发展成为未来光计算机的逻辑元件。

光学双稳装置中不稳定性的研究，由于观察到“光学浑沌”（在一完全确定的非线性系统中，当改变参量时，出现类似随机的行为，称为浑沌）而受到理论物理界的重视，为研究非平衡统计物理提供了一种重要实验手段。

光学双稳态除在非线性法布里-珀罗腔内观察到外，还在诸如光电反馈混合装置、非线性界面、声光装置、自聚焦等实验中被观察到。

二、实验原理2.1、光学双稳态所谓光学双稳是指光在通过某一光学系统时其发光强度发生非线性变化的一种现象，即对一个入射光强I i，存在两个不同投射光强I o，并以滞后回线形式为特征，如图2.1所示按照工作原理不同，光学双稳可以分为两种，即纯光学型和光电混合型。

中科院长春光机所液晶光学研究团队中科院长春光机所液晶光学研究团队由１９９９年中科院 百人计划 引进的人才宣丽研究员组建.目前有固定人员１３人,其中:研究员４人,副研究员５人,助理研究员１人,工程师１人,研究实习员２人,在读研究生２５人.研究方向以基于液晶波前校正器的自适应光学(A O )成像为主,应用于大口径望远镜和人眼视网膜检查设备.十一五 期间,先后完成国家自然基金重点项目 可见－近红外宽波段快速液晶自适应系统的研究 ㊁８６３ 十一五 规划重点项目液晶自适应波面校正系统,攻克了液晶波前校正器响应速度慢㊁偏振能量损失㊁衍射效率不均以及电子学接口障碍信号传输速度的问题,同时与莫斯科大学A O 研究室建立了合作研究关系,基于中俄自然基金合作研究项目掌握了高速哈特曼波前探测器的设计方法,研制出配装于１．２３m 口径跟踪望远镜上的液晶A O 系统,成像分辨率从校正前的２ᵡ提高到０．３ᵡ,清晰看到土星上的光环㊁海洋卫星的太阳能帆板结构等,国家基金重点项目验收专家组评价为 优秀 ,为国际A O 研究领域展示出液晶新技术的应用曙光.目前已接受２m 口径望远镜的液晶A O 系统工程研制项目;在人眼视网膜A O 成像方面,２００８年完成吉林省科技厅重点支持项目高清晰度眼底成像液晶像差补偿仪 ,突破了８００度近视与２００度散光的屈光不正校正难题,获得了眼底３μm 视觉细胞的清晰图像,并相继完成视网膜５μm 微细血管成像的省部级项目,正在向临床实用化努力.该团队还从事液晶/聚合物光栅激光器㊁相关液晶的负折射材料以及液晶器件取向膜的基础研究,在研国家自然基金项目６项.自１９９９年以来,培养毕业了３２名博士,７名硕士,发表论文２８０余篇,获得国家发明专利２５件,望远镜的液晶A O 系统获得２０１３年度吉林省科学技术发明一等奖.㊀㊀㊀图１㊀液晶校正器制备工艺线㊀㊀㊀㊀㊀图２㊀箭头所指为应用于１．２３m 口径可见光望远镜的液晶自适应系统内部结构图３㊀液晶自适应系统校正前后图像分辨率从２．５ᵡ精细到０．３ᵡ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀左图:αC o m 双星㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀右图:天宫１号㊀㊀地址:长春市东南湖大路３８８８号邮编:１３００３３电话:０４３１Ｇ８６１７６３１６(宣丽)邮箱:x u a n l i ＠c i o m p ．a c ．c n。

液晶双稳态实验预习题1、什么的液晶双稳态？2、光学双稳性的光学器件，由哪些要素组成？一、实验目的1、了解双稳态的理论原理；2、掌握液晶双稳态的实验原理；3、掌握对影响光学双稳态现象的几个因素做出分析、比较；二、实验仪器CwT一液晶光学双稳态实验仪三、实验原理自1974年吉布斯（Gibbs）首先利用F-P标准具，其内充满饱和气体Na蒸汽，观察到了光学双稳态现象以来，许多科学工作者相继在许多其他介质中也观察到了光学双稳态，并研制了各种各样的光学双温态期间。

它作为开关元件和储存元件，有着重要的应用前景。

作为开关元件时，其开关速度在理论上可以达到10-11~10-12S，是现有电子开关的102~103倍。

光学双稳态器件与现在使用的晶体管相比，还有一个引人注意的优点，就是可以进行信号平行处理。

光在真空中传播时，不同光束之间互不干扰，各自独立；在介质中，两束光只要分开几个波长的距离即可互不影响，因此在同一光学元件中，可以平行地通过几束光波，同一元件的不同区域可以同时分别对各光束进行运算操作。

这将对计算机科学带来一革命，使计算机的构造和算法有巨大的改变，使计算机的功能有极大的飞跃。

目前，研究双稳态现象的基本理论已经比较完善，需要进一步研究的内容是在一些新型材料或新型结构中实现它，并将这些材料研制成可供适用的光学双稳器件。

但是，由于强光学非线性或低阈值能量与块响应时间和低光强吸收的矛盾，使得利用光学双稳态制造以光控光的全光开关器件仍面临着许多难以克服的困难。

图1 光学双稳态特性曲线1、 光学双稳态的基本概念如果一个光纤系统在给定的输入光强下存在两种可能的输出光强状态，而且可以用光学方法实现两态间的开关转换，即称该系统具有光学双稳性。

其特征曲线（如图1）所示，其中I i 是入射光强，I t 是透射光强，透射光相对于入射光具有延滞特性，因而形成两个稳定状态，在外加光脉冲的作用下，在两态间可能发生开关突变，延滞性和突变性是光学双稳性的两个主要特征。

HHT和CWT用于光纤振动信号分析的对比研究赵亮;刘海;徐世昌;王剑年【摘要】为了提高光纤安防系统的准确预警能力, 采用希尔伯特-黄变换法对光纤振动传感器信号产生原理和典型的光纤振动信号进行了分析,获得了传感器不同状态下信号的时频谱,并与通过连续小波变换得到的时频谱进行了对比分析.结果表明,希尔伯特-黄变换在光纤安防系统的时频分析中具有重要价值.%In order to improve the ability of accurate early warning of optical fiber security system, Hilbert-Huang transform (HHT) technology was adopted to analyze the principle of optical fiber vibration sensor's signal.Time-frequency spectrums of different signals were obtained.The comparison of time-frequency spectrums of optical fiber vibration signals by HHT and continuous wavelet transform (CWT) was analyzed.The results show that HHT has an important value in time-frequency analysis of optical fiber security system.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2017(041)002【总页数】5页(P260-264)【关键词】光通信;光纤安防;希尔伯特-黄变换;连续小波变换;光纤振动信号【作者】赵亮;刘海;徐世昌;王剑年【作者单位】华中科技大学光学与电子信息学院,武汉 430074;华中科技大学光学与电子信息学院,武汉 430074;华中科技大学光学与电子信息学院,武汉 430074;华中科技大学光学与电子信息学院,武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TP212.1+4随着光通信和传感技术的快速发展，光纤作为信号产生、采集的载体在越来越多的领域得到了广泛应用。

液晶棱镜双折射实验胡伟频;范志新【摘要】介绍了液晶棱镜盒的制作及利用其测试液晶双折射的实验方法. 这种棱镜盒的2片梯形透明导电玻璃的重合部分为等边三角形. 不加电场时,液晶盒不是光学各向异性的单轴晶体,没有双折射现象,只能观察到散射现象;在电极上施加电压使液晶垂面排列,液晶盒成双折射单晶,利用三棱镜最小偏向角原理测试液晶双折射率.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2010(030)004【总页数】3页(P41-42,46)【关键词】液晶;棱镜;双折射【作者】胡伟频;范志新【作者单位】河北工业大学,应用物理系,天津,300130;河北工业大学,应用物理系,天津,300130【正文语种】中文【中图分类】O493.31 引言液晶是一种各向异性的物质,光学上类似单轴晶体,所以光在液晶中传播时会发生双折射.用非常光(e光)折射率ne和寻常光(o光)折射率no之差Δn=ne-no来描述液晶双折射性质.Δn的大小对液晶显示器件的性能影响很大,是液晶材料的重要物理参数[1-3].液晶双折射率的测试方法可分为折射法和干涉法两类,包括阿贝折射计法、尖劈折射法、薄膜多光束干涉法、正交偏振光干涉法、1/4波片法等.目前在生产与科研工作中普遍采用定型仪器阿贝折射计法,该方法在实验时首先要在主棱镜上对液晶做取向处理,需要特殊的专业技术[4].本文介绍一种利用液晶棱镜测试液晶双折射率的实验方法.2 液晶棱镜的制作用面电阻约为70Ω/□、厚度的1.1 mm的氧化铟锡(ITO)透明导电玻璃,ITO面相对,切成梯形的液晶棱镜盒的上下面;用厚度1.1 mm的医用试片玻璃切出宽度仅为3 mm左右的细条,切裂面稍作研磨与抛光,作为液晶棱镜盒的边框;用紫外固化胶粘结成留有灌注液晶针眼的空液晶三棱镜盒(顶角A=60°).用细针头注射器把向列相液晶注射到液晶棱镜盒中(液晶由河北鹿泉新型电子材料厂提供,折射率钠黄光测试值:no=1.501 6,ne=1.651 2),再用紫外固化粘合剂把灌注口封住.液晶三棱镜的结构如图1所示.图1 液晶棱镜结构示意图一般的向列相液晶显示器(TN-LCD)盒间隙约5μm,工作电压约2 V.因此设计制作此液晶盒间隙3 mm,使液晶垂直液晶盒表面取向的工作电压约为1 000 V.液晶盒薄一些,可以降低液晶分子取向驱动电压,但光束准直比较困难,液晶双折射现象不够清晰;液晶盒太厚,则需要过高的驱动电压,要灌注比较多的液晶材料.3 实验原理与方法用液晶三棱镜盒测试液晶双折射率实验,在没有加电压时,液晶盒因液晶分子指向矢宏观无序排列,呈现出乳白色,并且能看到向列相液晶特有的织构.用激光束经偏光片起偏从侧面入射,在液晶盒内,光束被液晶分子散射成扩展光束,另一侧经偏光片检偏观测出射折射光,光斑增大.当在液晶棱镜内侧ITO上施加1 000 V驱动电压时,液晶分子垂直液晶盒表面规则排列,即单轴晶体的光轴垂直液晶盒表面,液晶变得清亮起来.这时光束进入液晶盒内将按照双折射规律分成o光和e光,从液晶盒正面就能看到这2束光线的径迹.o光和e光分开出射,按三棱镜最小偏向角原理测试折射率方法[5-6]进行测试,可以得到no和ne.实验装置如图2所示.图2 实验装置示意图可用分光计分别测出o光和e光的最小偏向角δo-min和δe-min,用计算出no和ne.本实验也可以不用分光计,直接用比较透明的薄纸铺在液晶盒上描画出两束光线的轨迹,再用量角器分别测出光束入射角和o光及e光的折射角,按折射定律计算出no和ne.4 实验结果用固体激光器(绿光波长532 nm)光源对所制作的液晶三棱镜盒进行了多次重复测量,用直流高压电源对液晶棱镜施加电场,实验结果列于表1,实验效果如图3所示.实验中,转动偏光片会观察到o光和e光的强度随之变化.材料的折射率与测试波长有关,实验中光源如果改用氦氖激光器(红光波长632.8 nm),则可得到不同的折射率实验数据.对比厂家提供的产品折射率参数,结果表明本实验误差比较大,不适合当作准确的测试方法.测试中误差产生的主要原因是不容易确定从液晶棱镜出射的2束光线的角度等.表1 液晶双折射率的测量结果(T=20℃,λ=532 nm)次量次数游标位置游标读数入射光出射方位o光出射方位e光出射方位δoδe 1左游标90°24′52°08′40°32′38°30′50°22′右游标270°27′231°43′219°36′2左游标91°11′53°12′39°25′38°12′51°14′右游标271°01′232°36′220°19′3左游标90°26′52°56′39°18′38°03′50°32′右游标270°14′231°38′220°21′由表1可以得出图3 实验效果照片5 结束语使用液晶棱镜测试双折射实验,原理明确易懂,操作简单方便,现象直观清楚.液晶三棱镜盒测试液晶双折射实验适合作为普物实验,丰富棱镜和分光计等实验内容,对液晶材料生产厂与液晶显示器件生产厂的工程技术人员也具有一定的实用价值.利用这种液晶盒也可以进一步开发出测试液晶电阻率、液晶电容率、液晶电光特性等方面的多项实验.参考文献:【相关文献】[1] 阮亮,丁慎训,杨秀珍.胆甾相液晶可见光布拉格反射实验[J].大学物理,1998,17(8):26-29.[2] 陈波,程翔,谢千里,等.介绍一个现代化的普物实验——液晶光阀[J].大学物理,1999,18(12):31-33.[3] 蒋学华.测量透明液体折射率的一种实验方法[J].大学物理,2000,19(5):33-34.[4] 范志新.液晶器件工艺基础[M].北京:北京邮电大学出版社,2000:13,153-156.[6] 蔡学军.自制的单轴晶体波面演示教具[J].大学物理,2002,21(11):30-32.。

双稳态液晶显示器（二）
周萼;吴葆刚
【期刊名称】《现代显示》
【年(卷),期】1998(000)002
【摘要】介绍一组零场双稳态液晶显示器的基本原理和结构。

本节着重介绍顶点双稳态向列相液晶显示器的工作原理和制作。

【总页数】8页(P54-61)
【作者】周萼;吴葆刚
【作者单位】北京大学生命科学院;美国ADS公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN141.9
【相关文献】
1.聚合物稳定的双稳态胆甾液晶显示器的电光特性 [J], 庞继叶;黄子强
2.反射式双稳态扭曲向列相液晶显示器的光学优化 [J], 解志良;郑春阳;徐寿颐;高鸿锦;郭海成
3.双稳态液晶显示器制作的工艺难点与解决方法 [J], 任立海;
4.双稳态液晶显示器制作的工艺难点与解决方法 [J], 任立海
5.辊压法制备柔性双稳态液晶显示器件 [J], 夏亮;徐琼;陆红波;唐龙祥;邱龙臻因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。