CN103236212A - 电磁诱导透明现象仿真仪及其模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁诱导透明现象仿真仪及其模拟方法，所述仿真仪包括箱体以及设置在箱体外表面的控制面板和仪器开关组件，所述箱体的内部设置有RLC谐振仿真电路、数字合成信号源以及开关电源，所述RLC谐振仿真电路分别与数字合成信号源和开关电源相连，所述仪器开关组件与开关电源相连，所述模拟方法为按下仪器总开关使仪器开始工作，输入数字使数字合成信号源产生正弦电信号，该正弦电信号信号自动输入RLC谐振仿真电路；将BNC接口与数字示波器连接，改变正弦电信号的频率使RLC谐振仿真电路的电流信号输出到数字示波器。本发明的仿真仪可以实现电磁诱导透明现象的模拟，其结构紧凑、体积较小，便于搬运，而且实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿真仪器及其模拟方法，尤其是一种电磁诱导透明现象仿真仪及其模拟方法，属于物理教学研究技术领域。
背景技术
电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency，简称EIT)是由于外加电磁场与原子系统相干所形成的独特光透明现象，其物理实质是原子的相干布居因禁(Coherent population trapping，CPT)，即在两束光的作用下，三能级结构中的两个下能级形成相干叠加态，使两个下能级到上能级的吸收相干抵消，从而表现出对光吸收的不敏感性。发生电磁诱导透明现象时，在强耦合光的作用下，弱探测光可以无吸收的通过光厚介质，电磁诱导透明的概念和方法被提出的这些年来，在理论和实验方面都取得了长足的进步和发展，随着人们认识的逐步深入和相关实验的探索与努力，电磁诱导透明现象的实验在非线性光学、无反转激光、光存储、光速减慢、量子噪声抑制以及量子信息等领域都取得了重要发展，尤其在量子噪声减小、非线性混频效率的提高、弱磁场的精密测量、无反转激光及介质高折射低吸收的实现等方面更具有广泛的应用。
目前，传统的电磁诱导透明现象实验的通常是利用激光来实现，其原理是利用原子气体在共振光场作用下，使原本共振吸收的光变成完全不吸收。但这种传统利用激光来实现的不足与缺陷主要在电磁诱导透明现象实验中操作难、成本高，而且实验器材庞大，现象不易观察。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种结构紧凑、体积较小、操作简单，且易于观察、实用性强的电磁诱导透明现象仿真仪。
本发明的另一目的在于提供一种上述仿真仪模拟电磁诱导透明现象的方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
电磁诱导透明现象仿真仪，包括箱体以及设置在箱体外表面的控制面板和仪器开关组件，其特征在于：所述箱体的内部设置有RLC谐振仿真电路、数字合成信号源以及开关电源，所述RLC谐振仿真电路分别与数字合成信号源和开关电源相连，所述仪器开关组件与开关电源相连。
作为一种优选方案，所述仪器开关组件由仪器总开关和电源接口组成，所述仪器总开关、开关电源和电源接口通过导线依次相连。
作为一种优选方案，所述仪器总开关表面设置有指示灯。
作为一种优选方案，所述箱体为四方形塑料箱体，所述控制面板设置在箱体的正面，所述仪器总开关和电源接口设置在箱体的背面。
作为一种优选方案，所述控制面板上设置有液晶显示屏、薄膜键盘、第一旋钮、第二旋钮、耦合开关以及用于连接数字示波器的BNC接口；所述液晶显示屏和薄膜键盘通过杜邦线分别与数字合成信号源相连，所述第一旋钮、第二旋钮和耦合开关分别通过绝缘导线与RLC谐振仿真电路相连，所述BNC接口通过SMA线与RLC谐振仿真电路相连。
作为一种优选方案，所述薄膜键盘包括数字键、上下调节键、回退键以及确定键。
作为一种优选方案，所述RLC谐振仿真电路包括电路输入端、电路输出端、电阻R1～R3、电容C1～C3、电感L1～L2、运算放大器OP1～OP3、耦合电容Cap1以及开关SW1；所述电路输入端与数字合成信号源相连，所述电路输出端与BNC接口相连，所述电阻R1～R3、电容C1～C3和电感L1～L2构成并联谐振回路，所述运算放大器OP1～OP3构成积分电路输出并联谐振回路的电流。
作为一种优选方案，所述运算放大器OP1的同相输入端和电感L1的一端作为电路输入端、反相输入端与其输出端、电阻R1的一端相连；所述电阻R1的另一端与耦合电容Cap1的一端相连；所述耦合电容Cap1的另一端与电感L2的一端、电容C1的一端相连；所述电容C1的另一端与电感L1的另一端相连；所述电感L2的另一端通过电容C2与电阻R2的一端相连；所述运算放大器OP2的同相输入端与电容C1的另一端、电感L1的另一端相连，反相输入端与其输出端、电阻R3的一端相连；所述运算放大器OP3的同相输入端接地，反相输入端与电阻R3的另一端、电容C3的一端相连，输出端与电容C3的另一端相连；所述电容C3的另一端与运算放大器OP3的输出端作为电路输出端；所述开关SW1的两端分别与电阻R1和耦合电容Cap1的公共端、电阻R2的另一端相连。
作为一种优选方案，所述数字合成信号源包括相互连接的DDS芯片和MCU单片机。
本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：
电磁诱导透明现象仿真仪模拟电磁诱导透明现象的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将电源接口插上电线连接220V交流市电，接着开关电源将220V交流电压转换成±15V直流电压，然后按下仪器总开关使仪器开始工作；
2)此时对耦合开关进行控制，若打开耦合开关，则RLC谐振仿真电路将模拟的是泵浦场与探测场均存在的量子现象；若闭合耦合开关，则RLC谐振仿真电路将模拟的是泵浦场的原子现象；
3)在薄膜键盘上输入数字，按下确定键后使数字合成信号源产生频率与输入数字相对应的正弦电信号，该正弦电信号自动输入RLC谐振仿真电路；
4)利用BNC线将BNC接口与数字示波器连接，通过薄膜键盘的上下调节键改变正弦电信号的频率，频率范围为5kHz～200kHz；RLC谐振仿真电路所模拟的电流信号输出到数字示波器并显示出来，观察其信号变化，再记录数据。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明的电磁诱导透明现象仿真仪利用RLC谐振仿真电路模拟原子的量子环境，并进一步利用数字合成信号源产生的激励信号输入RLC谐振仿真电路来实现对电磁诱导透明现象的模拟，整个仪器结构紧凑、体积较小，便于搬运，而且实用性强。
2、本发明的电磁诱导透明现象仿真仪内部采用电路化设计，使电磁诱导透明现象模拟的实验操作变得简单，同时降低了整个仪器的成本，其使用的材料都是市面上的常见产品，因此安装方便。
3、本发明的电磁诱导透明现象仿真仪的数字合成信号源采用DDS芯片和MCU单片机相连构成，可以实现整个系统的自动化，同时使用方便，节约用电，节省人力物力，能广泛应用于教学研究。
附图说明
图1为本发明电磁诱导透明现象仿真仪的正面立体结构示意图。
图2为本发明电磁诱导透明现象仿真仪的背面平面结构示意图。
图3为本发明电磁诱导透明现象仿真仪的内部电路结构框图。
图4为本发明电磁诱导透明现象仿真仪的RLC谐振仿真电路的示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1-图3所示，本实施例的电磁诱导透明现象仿真仪，包括箱体1、控制面板2和仪器开关组件，所述仪器开关组件由仪器总开关6和电源接口7组成，所述箱体1为四方形塑料箱体，所述控制面板2设置在箱体1的正面，所述仪器总开关6和电源接口7设置在箱体1的背面，所述仪器总开关6表面设置有指示灯8；所述控制面板2上设置有液晶显示屏9、薄膜键盘10、第一旋钮11、第二旋钮12、耦合开关13以及BNC(Bayonet Nut Connector)接口14；所述箱体1的内部设置有RLC谐振仿真电路3、数字合成信号源4以及开关电源5，并利用铜柱与螺丝固定，所述RLC谐振仿真电路3分别与数字合成信号源4和开关电源5相连，所述仪器总开关6、开关电源5和电源接口7通过导线依次相连；所述数字合成信号源4包括DDS(Direct DigitalSynthesizer)芯片和MCU单片机，所述DDS芯片与MCU单片机相连；所述液晶显示屏9和薄膜键盘10通过杜邦线分别与数字合成信号源4相连，所述第一旋钮11、第二旋钮12和耦合开关13分别通过绝缘导线与RLC谐振仿真电路3相连，所述BNC接口14通过SMA(SmallAType)线与RLC谐振仿真电路3相连。
其中，所述RLC谐振仿真电路3用于模拟电磁诱导透明现象；所述数字合成信号源4用于产生正弦电信号；所述指示灯8用于指示仪器是否通电；所述所述液晶显示屏9用于显示输入信号的相关信息；所述薄膜键盘10包括数字键、上下调节键、回退键以及确定键，用于输入信号的频率并进行调节；所述BNC接口14用于连接数字示波器。
如图3和图4所示，所述RLC谐振仿真电路5包括电路输入端、电路输出端、电阻R1～R3、电容C1～C3、电感L1～L2、运算放大器OP1～OP3、耦合电容Cap1以及开关SW1；所述电路输入端与数字合成信号源4相连，所述电路输出端与BNC接口14相连，所述电阻R1～R3、电容C1～C3和电感L1～L2构成并联谐振回路，所述运算放大器OP1～OP3构成积分电路输出并联谐振回路的电流。
如图4所示，所述运算放大器OP1的同相输入端和电感L1的一端作为电路输入端、反相输入端与其输出端、电阻R1的一端相连；所述电阻R1的另一端与耦合电容Cap1的一端相连；所述耦合电容Cap1的另一端与电感L2的一端、电容C1的一端相连；所述电容C1的另一端与电感L1的另一端相连；所述电感L2的另一端通过电容C2与电阻R2的一端相连；所述运算放大器OP2的同相输入端与电容C1的另一端、电感L1的另一端相连，反相输入端与其输出端、电阻R3的一端相连；所述运算放大器OP3的同相输入端接地，反相输入端与电阻R3的另一端、电容C3的一端相连，输出端与电容C3的另一端相连；所述电容C3的另一端与运算放大器OP3的输出端作为电路输出端；所述开关SW1的两端分别与电阻R1和耦合电容Cap1的公共端、电阻R2的另一端相连。
如图1-图4所示，本实施例的电磁诱导透明现象仿真仪模拟电磁诱导透明现象的实验过程如下：
1)将电源接口7插上三角插头电线连接220V交流市电，接着开关电源5将220V交流电压转换成±15V直流电压，然后按下仪器总开关6使仪器开始工作；
2)此时对耦合开关13进行控制，若打开耦合开关13，则RLC谐振仿真电路3将模拟的是泵浦场与探测场均存在的量子现象，通过第一旋钮11可设置合适的耦合电容Cap1档位，通过第二旋钮12可设置合适的电容C2档位；若闭合耦合开关13，则RLC谐振仿真电路3将模拟的是泵浦场的原子现象；
3)在薄膜键盘10上输入数字，按下确定键后使数字合成信号源4产生频率与输入数字相对应的正弦电信号，该正弦电信号自动输入RLC谐振仿真电路3；
4)利用BNC线将BNC接口14与数字示波器连接，通过薄膜键盘10的上下调节键改变正弦电信号的频率，频率范围为5kHz～200kHz；RLC谐振仿真电路3所模拟的电流信号输出到数字示波器并显示出来，观察其信号变化，再记录数据，即完成整个模拟实验。
以上所述，仅为本发明优选的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.电磁诱导透明现象仿真仪，包括箱体(1)以及设置在箱体(1)外表面的控制面板(2)和仪器开关组件，其特征在于：所述箱体(1)的内部设置有RLC谐振仿真电路(3)、数字合成信号源(4)以及开关电源(5)，所述RLC谐振仿真电路(3)分别与数字合成信号源(4)和开关电源(5)相连，所述仪器开关组件与开关电源(5)相连。
2.根据权利要求1所述的电磁诱导透明现象仿真仪，其特征在于：所述仪器开关组件由仪器总开关(6)和电源接口(7)组成，所述仪器总开关(6)、开关电源(5)和电源接口(7)通过导线依次相连。
3.根据权利要求2所述的电磁诱导透明现象仿真仪，其特征在于：所述仪器总开关(6)表面设置有指示灯(8)。
4.根据权利要求2或3所述的电磁诱导透明现象仿真仪，其特征在于：所述箱体(1)为四方形塑料箱体，所述控制面板(2)设置在箱体(1)的正面，所述仪器总开关(6)和电源接口(7)设置在箱体(1)的背面。
5.根据权利要求4所述的电磁诱导透明现象仿真仪，其特征在于：所述控制面板(2)上设置有液晶显示屏(9)、薄膜键盘(10)、第一旋钮(11)、第二旋钮(12)、耦合开关(13)以及用于连接数字示波器的BNC接口(14)；所述液晶显示屏(9)和薄膜键盘(10)通过杜邦线分别与数字合成信号源(4)相连，所述第一旋钮(11)、第二旋钮(12)和耦合开关(13)分别通过绝缘导线与RLC谐振仿真电路(3)相连，所述BNC接口(14)通过SMA线与RLC谐振仿真电路(3)相连。
6.根据权利要求5所述的电磁诱导透明现象仿真仪，其特征在于：所述薄膜键盘(10)包括数字键、上下调节键、回退键以及确定键。
7.根据权利要求1所述的电磁诱导透明现象仿真仪，其特征在于：所述RLC谐振仿真电路(5)包括电路输入端、电路输出端、电阻R1～R3、电容C1～C3、电感L1～L2、运算放大器OP1～OP3、耦合电容Cap1以及开关SW1；所述电路输入端与数字合成信号源(4)相连，所述电路输出端与BNC接口(14)相连，所述电阻R1～R3、电容C1～C3和电感L1～L2构成并联谐振回路，所述运算放大器OP1～OP3构成积分电路输出并联谐振回路的电流。
8.根据权利要求7所述的电磁诱导透明现象仿真仪，其特征在于：所述运算放大器OP1的同相输入端和电感L1的一端作为电路输入端、反相输入端与其输出端、电阻R1的一端相连；所述电阻R1的另一端与耦合电容Cap1的一端相连；所述耦合电容Cap1的另一端与电感L2的一端、电容C1的一端相连；所述电容C1的另一端与电感L1的另一端相连；所述电感L2的另一端通过电容C2与电阻R2的一端相连；所述运算放大器OP2的同相输入端与电容C1的另一端、电感L1的另一端相连，反相输入端与其输出端、电阻R3的一端相连；所述运算放大器OP3的同相输入端接地，反相输入端与电阻R3的另一端、电容C3的一端相连，输出端与电容C3的另一端相连；所述电容C3的另一端与运算放大器OP3的输出端作为电路输出端；所述开关SW1的两端分别与电阻R1和耦合电容Cap1的公共端、电阻R2的另一端相连。
9.根据权利要求1所述的电磁诱导透明现象仿真仪，其特征在于：所述数字合成信号源(4)包括相互连接的DDS芯片和MCU单片机。
10.基于权利要求6所述仿真仪模拟电磁诱导透明现象的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将电源接口(7)插上电线连接220V交流市电，接着开关电源(5)将220V交流电压转换成±15V直流电压，然后按下仪器总开关(6)使仪器开始工作；
2)此时对耦合开关(13)进行控制，若打开耦合开关(13)，则RLC谐振仿真电路(3)将模拟的是泵浦场与探测场均存在的量子现象；若闭合耦合开关(13)，则RLC谐振仿真电路(3)将模拟的是泵浦场的原子现象；
3)在薄膜键盘(10)上输入数字，按下确定键后使数字合成信号源(4)产生频率与输入数字相对应的正弦电信号，该正弦电信号自动输入RLC谐振仿真电路(3)；
4)利用BNC线将BNC接口(14)与数字示波器连接，通过薄膜键盘(10)的上下调节键改变正弦电信号的频率，频率范围为5kHz～200kHz；RLC谐振仿真电路(3)所模拟的电流信号输出到数字示波器并显示出来，观察其信号变化，再记录数据。
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