实验55+液晶光学双稳和混沌(本科生)1
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2022-08-03
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实验 55 液晶光学双稳和混沌
光学双稳态概念最早（1969 年）是在可饱和吸收介质系统中提出的，并于 1976 年首次
在钠蒸气介质中观察到. 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
用半导体材料制成的光学双稳器件，具有尺寸小、功率低和开关时间短等特点，有可能发展
成为未来光计算机的逻辑元件.
混沌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联系起来，这在科学观念上有着深远的意义. 目前，对混沌
问题的研究，已经成为物理学科的一个重要的前沿课题. 光学双稳系统在适当的条件下能够
表现出丰富而有趣的混沌运动现象. 20 世纪 70年代末发展起来的光电混合型光学双稳系统，
其数学模型清晰，实验装置简单. 利用液晶充当双稳态工作物质，具有工作电压低、受光面
积大、易制作、易控制和易实现器件集成化等优点. 本实验采用“液晶光电混合型光学双稳
与混沌系统”来研究液晶的光学双稳和混沌运动.
【实验目的】
1. 学习掌握液晶的基本原理；
2. 研究液晶的光学双稳和混沌现象.
【实验原理】
1. 液晶的一般知识
液晶的类型：一些有机材料在一定温度区间呈现液晶态，它处于液态和固态之间，液晶
就是这样一种物质. 根据液晶分子排列的有序性，可以将液晶划分为三大类：近晶相、向列
相和胆甾相液晶.
液晶盒：液晶通常被封装在液晶盒中使用，液晶盒是由两个透明的玻璃片组成，中间间
隔约为 10~100 μm. 在玻璃片内表面镀有透明的氧化铟锡，以透明导电薄膜作为电极，液晶
从两玻璃片之间注入. 电极薄膜经过机械摩擦、镀膜、刻蚀等工艺处理，可以使液晶分子平
行玻璃表面排列（沿面排列），或者垂直玻璃表面排列（垂面排列），或者成一定的倾斜角度
排列. 对液晶施加电场使液晶的排列方向发生变化，由于液晶分子的排列方向发生变化，按
照一定的偏振方向入射的光，将在液晶中发生双折射，这就是电控双折射效应. 液晶显示出
光学各向异性，是由于它的细长分子结构，这种结构使得在分子的轴向和垂直于轴的方向上
具有不同的物理性质. 在
实验中，液晶盒位于两个
正交的偏振片 P、A 之间，
其透光轴方向如图 1-1 所
示. B
1
、B
2
分别是液晶盒
的前后玻璃基片．这里使
用的是正性向列相 5CB
液晶，液晶分子在 B
1
、B
2
上沿面排列，分子轴在起
1-1(a) 不加电场 1-1(b) 施加电场
图 1-1 电控双折射效应
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