專利名稱：電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀及其模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿真儀器及其模擬方法，尤其是一種電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀及其模擬方法，屬于物理教學(xué)研究技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電磁誘導(dǎo)透明(ElectromagneticallyInduced Transparency,簡稱 EIT)是由于外加電磁場與原子系統(tǒng)相干所形成的獨特光透明現(xiàn)象，其物理實質(zhì)是原子的相干布居因禁(Coherent population trapping, CPT),即在兩束光的作用下,三能級結(jié)構(gòu)中的兩個下能級形成相干疊加態(tài)，使兩個下能級到上能級的吸收相干抵消，從而表現(xiàn)出對光吸收的不敏感性。發(fā)生電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象時，在強耦合光的作用下，弱探測光可以無吸收的通過光厚介質(zhì)，電磁誘導(dǎo)透明的概念和方法被提出的這些年來，在理論和實驗方面都取得了長足的進步和發(fā)展，隨著人們認(rèn)識的逐步深入和相關(guān)實驗的探索與努力，電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的實驗在非線性光學(xué)、無反轉(zhuǎn)激光、光存儲、光速減慢、量子噪聲抑制以及量子信息等領(lǐng)域都取得了重要發(fā)展，尤其在量子噪聲減小、非線性混頻效率的提高、弱磁場的精密測量、無反轉(zhuǎn)激光及介質(zhì)高折射低吸收的實現(xiàn)等方面更具有廣泛的應(yīng)用。目前，傳統(tǒng)的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象實驗的通常是利用激光來實現(xiàn)，其原理是利用原子氣體在共振光場作用下，使原本共振吸收的光變成完全不吸收。但這種傳統(tǒng)利用激光來實現(xiàn)的不足與缺陷主要在電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象實驗中操作難、成本高，而且實驗器材龐大，現(xiàn)象不易觀察
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小、操作簡單，且易于觀察、實用性強的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀。本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述仿真儀模擬電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的方法。本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到:電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀，包括箱體以及設(shè)置在箱體外表面的控制面板和儀器開關(guān)組件，其特征在于:所述箱體的內(nèi)部設(shè)置有RLC諧振仿真電路、數(shù)字合成信號源以及開關(guān)電源，所述RLC諧振仿真電路分別與數(shù)字合成信號源和開關(guān)電源相連，所述儀器開關(guān)組件與開關(guān)電源相連。作為一種優(yōu)選方案，所述儀器開關(guān)組件由儀器總開關(guān)和電源接口組成，所述儀器總開關(guān)、開關(guān)電源和電源接口通過導(dǎo)線依次相連。作為一種優(yōu)選方案，所述儀器總開關(guān)表面設(shè)置有指示燈。作為一種優(yōu)選方案，所述箱體為四方形塑料箱體，所述控制面板設(shè)置在箱體的正面，所述儀器總開關(guān)和電源接口設(shè)置在箱體的背面。作為一種優(yōu)選方案，所述控制面板上設(shè)置有液晶顯示屏、薄膜鍵盤、第一旋鈕、第二旋鈕、耦合開關(guān)以及用于連接數(shù)字示波器的BNC接口 ；所述液晶顯示屏和薄膜鍵盤通過杜邦線分別與數(shù)字合成信號源相連，所述第一旋鈕、第二旋鈕和耦合開關(guān)分別通過絕緣導(dǎo)線與RLC諧振仿真電路相連，所述BNC接口通過SMA線與RLC諧振仿真電路相連。
作為一種優(yōu)選方案，所述薄膜鍵盤包括數(shù)字鍵、上下調(diào)節(jié)鍵、回退鍵以及確定鍵。
作為一種優(yōu)選方案，所述RLC諧振仿真電路包括電路輸入端、電路輸出端、電阻Rl R3、電容Cl C3、電感LI L2、運算放大器OPl 0P3、耦合電容Capl以及開關(guān)SWl ；所述電路輸入端與數(shù)字合成信號源相連，所述電路輸出端與BNC接口相連，所述電阻Rl R3、電容Cl C3和電感LI L2構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，所述運算放大器OPl 0P3構(gòu)成積分電路輸出并聯(lián)諧振回路的電流。
作為一種優(yōu)選方案，所述運算放大器OPl的同相輸入端和電感LI的一端作為電路輸入端、反相輸入端與其輸出端、電阻Rl的一端相連；所述電阻Rl的另一端與稱合電容Capl的一端相連；所述稱合電容Capl的另一端與電感L2的一端、電容Cl的一端相連；所述電容Cl的另一端與電感LI的另一端相連；所述電感L2的另一端通過電容C2與電阻R2的一端相連；所述運算放大器0P2的同相輸入端與電容Cl的另一端、電感LI的另一端相連，反相輸入端與其輸出端、電阻R3的一端相連；所述運算放大器0P3的同相輸入端接地，反相輸入端與電阻R3的另一端、電容C3的一端相連,輸出端與電容C3的另一端相連；所述電容C3的另一端與運算放大器0P3的輸出端作為電路輸出端；所述開關(guān)SWl的兩端分別與電阻Rl和耦合電容Capl的公共端、電阻R2的另一端相連。
作為一種優(yōu)選方案，所述數(shù)字合成信號源包括相互連接的DDS芯片和MCU單片機。
本發(fā)明的另一目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到:
電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀模擬電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的方法，其特征在于包括以下步驟:
I)將電源接口插上電線連接220V交流市電，接著開關(guān)電源將220V交流電壓轉(zhuǎn)換成±15V直流電壓，然后按下儀器總開關(guān)使儀器開始工作；
2)此時對耦合開關(guān)進行控制，若打開耦合開關(guān)，則RLC諧振仿真電路將模擬的是泵浦場與探測場均存在的量子現(xiàn)象；若閉合耦合開關(guān)，則RLC諧振仿真電路將模擬的是泵浦場的原子現(xiàn)象；
3)在薄膜鍵盤上輸入數(shù)字，按下確定鍵后使數(shù)字合成信號源產(chǎn)生頻率與輸入數(shù)字相對應(yīng)的正弦電信號，該正弦電信號自動輸入RLC諧振仿真電路；
4)利用BNC線將BNC接口`與數(shù)字示波器連接，通過薄膜鍵盤的上下調(diào)節(jié)鍵改變正弦電信號的頻率，頻率范圍為5kHz 200kHz ；RLC諧振仿真電路所模擬的電流信號輸出到數(shù)字示波器并顯示出來，觀察其信號變化，再記錄數(shù)據(jù)。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果:
1、本發(fā)明的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀利用RLC諧振仿真電路模擬原子的量子環(huán)境，并進一步利用數(shù)字合成信號源產(chǎn)生的激勵信號輸入RLC諧振仿真電路來實現(xiàn)對電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的模擬，整個儀器結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小，便于搬運，而且實用性強。
2、本發(fā)明的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀內(nèi)部采用電路化設(shè)計，使電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象模擬的實驗操作變得簡單，同時降低了整個儀器的成本，其使用的材料都是市面上的常見產(chǎn)品，因此安裝方便。
3、本發(fā)明的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀的數(shù)字合成信號源采用DDS芯片和MCU單片機相連構(gòu)成，可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動化，同時使用方便，節(jié)約用電，節(jié)省人力物力，能廣泛應(yīng)用于教學(xué)研究。


圖1為本發(fā)明電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀的正面立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀的背面平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖。圖4為本發(fā)明電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀的RLC諧振仿真電路的示意圖。
具體實施例方式
實施例1:如圖1-圖3所示，本實施例的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀，包括箱體1、控制面板2和儀器開關(guān)組件，所述儀器開關(guān)組件由儀器總開關(guān)6和電源接口 7組成，所述箱體I為四方形塑料箱體，所述控制面板2設(shè)置在箱體I的正面，所述儀器總開關(guān)6和電源接口 7設(shè)置在箱體I的背面，所述儀器總開關(guān)6表面設(shè)置有指示燈8 ;所述控制面板2上設(shè)置有液晶顯示屏9、薄膜鍵盤10、第一旋鈕11、第二旋鈕12、|禹合開關(guān)13以及BNC(Bayonet NutConnector)接口 14 ;所述箱體I的內(nèi)部設(shè)置有RLC諧振仿真電路3、數(shù)字合成信號源4以及開關(guān)電源5，并利用銅柱與螺絲固定，所述RLC諧振仿真電路3分別與數(shù)字合成信號源4和開關(guān)電源5相連，所述儀器總開關(guān)6、開關(guān)電源5和電源接口 7通過導(dǎo)線依次相連；所述數(shù)字合成信號源4包括DDS (Direct Digital Synthesizer)芯片和MCU單片機，所述DDS芯片與MCU單片機相連；所述液晶顯示屏9和薄膜鍵盤10通過杜邦線分別與數(shù)字合成信號源4相連，所述第一旋鈕11、第二旋鈕12和耦合開關(guān)13分別通過絕緣導(dǎo)線與RLC諧振仿真電路3相連，所述BNC接口 14通過SMA(SmallAType)線與RLC諧振仿真電路3相連。其中，所述RLC諧振仿真電路3用于模擬電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象；所述數(shù)字合成信號源4用于產(chǎn)生正弦電信號；所述指示燈8用于指示儀器是否通電；所述所述液晶顯示屏9用于顯示輸入信號的相關(guān)信息；所述薄膜鍵盤10包括數(shù)字鍵、上下調(diào)節(jié)鍵、回退鍵以及確定鍵，用于輸入信號的頻率并進行調(diào)節(jié)；所述BNC接口 14用于連接數(shù)字示波器。如圖3和圖4所示，所述RLC諧振仿真電路5包括電路輸入端、電路輸出端、電阻Rl R3、電容Cl C3、電感LI L2、運算放大器OPl 0P3、耦合電容Capl以及開關(guān)SWl ；所述電路輸入端與數(shù)字合成信號源4相連，所述電路輸出端與BNC接口 14相連，所述電阻Rl R3、電容Cl C3和電感LI L2構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，所述運算放大器OPl 0P3構(gòu)成積分電路輸出并聯(lián)諧振回路的電流。如圖4所示，所述運算放大器OPl的同相輸入端和電感LI的一端作為電路輸入端、反相輸入端與其輸出端、電阻Rl的一端相連；所述電阻Rl的另一端與稱合電容Capl的一端相連；所述稱合電容Capl的另一端與電感L2的一端、電容Cl的一端相連；所述電容Cl的另一端與電感LI的另一端相連；所述電感L2的另一端通過電容C2與電阻R2的一端相連；所述運算放大器0P2的同相輸入端與電容Cl的另一端、電感LI的另一端相連，反相輸入端與其輸出端、電阻R3的一端相連；所述運算放大器0P3的同相輸入端接地，反相輸入端與電阻R3的另一端、電容C3的一端相連，輸出端與電容C3的另一端相連；所述電容C3的另一端與運算放大器0P3的輸出端作為電路輸出端；所述開關(guān)SWl的兩端分別與電阻Rl和耦合電容Capl的公共端、電阻R2的另一端相連。
如圖1-圖4所示，本實施例的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀模擬電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的實驗過程如下:
I)將電源接口 7插上三角插頭電線連接220V交流市電，接著開關(guān)電源5將220V交流電壓轉(zhuǎn)換成±15V直流電壓，然后按下儀器總開關(guān)6使儀器開始工作；
2)此時對耦合開關(guān)13進行控制，若打開耦合開關(guān)13，則RLC諧振仿真電路3將模擬的是泵浦場與探測場均存在的量子現(xiàn)象，通過第一旋鈕11可設(shè)置合適的耦合電容Capl檔位，通過第二旋鈕12可設(shè)置合適的電容C2檔位；若閉合耦合開關(guān)13，則RLC諧振仿真電路3將模擬的是泵浦場的原子現(xiàn)象；
3)在薄膜鍵盤10上輸入數(shù)字，按下確定鍵后使數(shù)字合成信號源4產(chǎn)生頻率與輸入數(shù)字相對應(yīng)的正弦電信號，該正弦電信號自動輸入RLC諧振仿真電路3 ；
4)利用BNC線將BNC接口 14與數(shù)字示波器連接，通過薄膜鍵盤10的上下調(diào)節(jié)鍵改變正弦電信號的頻率，頻率范圍為5kHz 200kHz ；RLC諧振仿真電路3所模擬的電流信號輸出到數(shù)字示波器并顯示出來，觀察其信號變化，再記錄數(shù)據(jù)，即完成整個模擬實驗。
以上所述，僅為本發(fā)明優(yōu)選的實施例，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或 改變，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀，包括箱體(I)以及設(shè)置在箱體(I)外表面的控制面板(2)和儀器開關(guān)組件，其特征在于:所述箱體(I)的內(nèi)部設(shè)置有RLC諧振仿真電路(3)、數(shù)字合成信號源(4)以及開關(guān)電源(5)，所述RLC諧振仿真電路(3)分別與數(shù)字合成信號源(4)和開關(guān)電源(5)相連，所述儀器開關(guān)組件與開關(guān)電源(5)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀，其特征在于:所述儀器開關(guān)組件由儀器總開關(guān)(6)和電源接口(7)組成，所述儀器總開關(guān)(6)、開關(guān)電源(5)和電源接口(7)通過導(dǎo)線依次相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀，其特征在于:所述儀器總開關(guān)(6)表面設(shè)置有指示燈(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀，其特征在于:所述箱體(I)為四方形塑料箱體，所述控制面板(2)設(shè)置在箱體(I)的正面，所述儀器總開關(guān)(6)和電源接口(7)設(shè)置在箱體(I)的背面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀，其特征在于:所述控制面板(2)上設(shè)置有液晶顯示屏(9)、薄膜鍵盤 (10)、第一旋鈕(11)、第二旋鈕(12)、耦合開關(guān)(13)以及用于連接數(shù)字示波器的BNC接口(14);所述液晶顯示屏(9)和薄膜鍵盤(10)通過杜邦線分別與數(shù)字合成信號源(4)相連，所述第一旋鈕(11)、第二旋鈕(12)和耦合開關(guān)(13)分別通過絕緣導(dǎo)線與RLC諧振仿真電路(3)相連，所述BNC接口(14)通過SMA線與RLC諧振仿真電路⑶相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀，其特征在于:所述薄膜鍵盤(10)包括數(shù)字鍵、上下調(diào)節(jié)鍵、回退鍵以及確定鍵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀，其特征在于:所述RLC諧振仿真電路(5)包括電路輸入端、電路輸出端、電阻Rl R3、電容Cl C3、電感LI L2、運算放大器OPl OP3、耦合電容Capl以及開關(guān)SWl ;所述電路輸入端與數(shù)字合成信號源(4)相連，所述電路輸出端與BNC接口(14)相連，所述電阻Rl R3、電容Cl C3和電感LI L2構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，所述運算放大器OPl 0P3構(gòu)成積分電路輸出并聯(lián)諧振回路的電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀，其特征在于:所述運算放大器OPl的同相輸入端和電感LI的一端作為電路輸入端、反相輸入端與其輸出端、電阻Rl的一端相連；所述電阻Rl的另一端與稱合電容Capl的一端相連；所述稱合電容Capl的另一端與電感L2的一端、電容Cl的一端相連；所述電容Cl的另一端與電感LI的另一端相連；所述電感L2的另一端通過電容C2與電阻R2的一端相連；所述運算放大器0P2的同相輸入端與電容Cl的另一端、電感LI的另一端相連,反相輸入端與其輸出端、電阻R3的一端相連；所述運算放大器0P3的同相輸入端接地，反相輸入端與電阻R3的另一端、電容C3的一端相連，輸出端與電容C3的另一端相連；所述電容C3的另一端與運算放大器0P3的輸出端作為電路輸出端；所述開關(guān)SWl的兩端分別與電阻Rl和耦合電容Capl的公共端、電阻R2的另一端相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀，其特征在于:所述數(shù)字合成信號源(4)包括相互連接的DDS芯片和MCU單片機。
10.基于權(quán)利要求6所述仿真儀模擬電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的方法，其特征在于包括以下步驟:1)將電源接口(7)插上電線連接220V交流市電，接著開關(guān)電源(5)將220V交流電壓轉(zhuǎn)換成±15V直流電壓，然后按下儀器總開關(guān)(6)使儀器開始工作； 2)此時對耦合開關(guān)(13)進行控制，若打開耦合開關(guān)(13)，則RLC諧振仿真電路(3)將模擬的是泵浦場與探測場均存在的量子現(xiàn)象；若閉合耦合開關(guān)(13)，則RLC諧振仿真電路(3)將模擬的是泵浦場的原子現(xiàn)象； 3)在薄膜鍵盤(10)上輸入數(shù)字，按下確定鍵后使數(shù)字合成信號源(4)產(chǎn)生頻率與輸入數(shù)字相對應(yīng)的正弦電信號，該正弦電信號自動輸入RLC諧振仿真電路(3); 4)利用BNC線將BNC接口(14)與數(shù)字示波器連接，通過薄膜鍵盤(10)的上下調(diào)節(jié)鍵改變正弦電信號的頻率，頻率范圍為5kHz 200kHz ;RLC諧振仿真電路(3)所模擬的電流信號輸出到數(shù)字示波器并顯示 出來，觀察其信號變化，再記錄數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象仿真儀及其模擬方法，所述仿真儀包括箱體以及設(shè)置在箱體外表面的控制面板和儀器開關(guān)組件，所述箱體的內(nèi)部設(shè)置有RLC諧振仿真電路、數(shù)字合成信號源以及開關(guān)電源，所述RLC諧振仿真電路分別與數(shù)字合成信號源和開關(guān)電源相連，所述儀器開關(guān)組件與開關(guān)電源相連，所述模擬方法為按下儀器總開關(guān)使儀器開始工作，輸入數(shù)字使數(shù)字合成信號源產(chǎn)生正弦電信號，該正弦電信號信號自動輸入RLC諧振仿真電路；將BNC接口與數(shù)字示波器連接，改變正弦電信號的頻率使RLC諧振仿真電路的電流信號輸出到數(shù)字示波器。本發(fā)明的仿真儀可以實現(xiàn)電磁誘導(dǎo)透明現(xiàn)象的模擬，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小，便于搬運，而且實用性強。
文檔編號G09B23/18GK103236212SQ201310137138
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者羅一夫, 蔡淡蕓, 丁格曼, 顏輝 申請人:華南師范大學(xué)