基于创新人才培养的近代物理实验教学探索——以“液晶电光效应实验”为例

为了满足新时代多学科背景复合型人才培养需要,尤其是培养理工融合拔尖创新人才的需要,基于近年来的教学实践,以“液晶电光效应实验”为例,从教学方式、知识结构以及实验内容3个角度,对如何提高近代物理实验教学质量进行了探究。课堂教学采用互动式问题驱动;有机融入液晶科学发展及其显示工程应用,强调基础研究发现和工程应用的内在联系,培养理科学生的工程创新意识;引导学生进一步自主探究,如研究不同电场条件下液晶衍射图案现象,鼓励学生观察、记录和探究不同衍射图案的出现条件及其演化规律,进而探讨对应的液晶微结构基础,并从自由能的角度阐释相应的动力学相变行为。通过自主探究,巩固融合学生理论物理知识,训练学生探究能力,培养学生科技创新意识。

基于Matlab平台的液晶电光效应实验

运用Matlab软件对液晶电光效应实验中的电光特性及视角特性的实验数据进行了处理。

基于液晶光开关的激光自动检测防护装置

为了实现对任意波长激光的自动检测与防护,根据光敏三极管、电磁继电器以及液晶电光效应实验原理,设计了一套激光自动检测和防护装置,并进行了理论分析和实验验证。光敏三极管在受到激光辐射时形成光电流,通过放大电路和电磁继电开关输出5V电压,并使其在较短时间内激活液晶电压开关,使液晶屏在受到激光照射时,对激光基本不透明;而当激光脉冲照射结束时又回到透明状态。结果表明,这种激光防护眼镜的设计方案,可在常态时允许普通和不太强的自然光透过,而在激光照射时阻挡激光透过。

基于激光光源的液晶特性研究

为了研究激光光源对液晶电光特性的影响,采用Jones矩阵对液晶的光学特性进行了分析,同时利用不同波长的半导体激光器作为入射光源,对液晶的电光特性进行了实验研究。结果表明,当电压达到4.8V时,各光源下液晶的透光强度均出现陡降,说明液晶的阈值电压与入射光波长无依赖关系;通过示波器跟踪图像发现各光源下液晶的响应时间有明显的差异;随着供电电压的增大,液晶光栅的衍射光斑由圆环状逐渐转为平行分布,且各级衍射光斑并非完全对称,入射波长及供电电压决定了衍射光斑的空间及能量分布。该研究结果对液晶器件的研发具有一定的借鉴意义。