Основні фізичні явища нелінійної оптики та їх теоретичний опис в курсі "Нелінійної оптики". Розробка оптимальних методів, форм і засобів навчання. Розробка дидактичних засобів для вивчення теми "Нелінійна оптика", фрагмент лекції та практичного заняття.
При низкой оригинальности работы "Науково-методичні засади вивчення теми "Нелінійні ефекти в оптиці"", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Досвід реформування природничої освіти дає можливість зробити висновки, що вихід з даної ситуації полягає у стратегічному визначенні принципу багатоваріантності та множинності структури, змісту і методів системи неперервного навчання як основи її функціонування. У тактичному плані ефективним розвязанням проблеми може бути обґрунтування та створення інтегрованих курсів фізики, створення синтетичних курсів та удосконалення структури і змісту вивчення нелінійної оптики у вищих педагогічних закладах. Нелінійна оптика є поглибленним курсом фізико-технічних наук, тобто такою галуззю науки і техніки, яка тісно поєднує технічні дисципліни з фізикою, є прикладом закономірного контакту техніки з усіма розділами фізики. Практичне значення вивчення нелінійної фізики учнями загальноосвітніх шкіл та студентами вищих навчальних закладів полягає у тому, що це: дає можливість глибше зрозуміти фундаментальні закономірності фізики за рахунок усвідомленого бачення природних процесів; сприяє глибшому засвоєнню фізичних законів; забезпечує політехнічну підготовку випускників шкіл та майбутніх вчителів фізики. Зміст курсу нелінійна оптика, його структура, методика викладання не можуть бути однотипними для навчальних закладів різного рівня, а також при підготовці фахівців фізичних та інженерних спеціальностей.Під нелінійними процесами або ефектами в широкому змісті розуміють процеси або ефекти, нелінійно залежні від інтенсивності фізичної дії, що їх викликає. Відповідно в оптиці під нелінійними оптичними ефектами розуміють ефекти, обумовлені процесами, що нелінійно залежать від інтенсивності світла. Область оптики, що досліджує й застосовує ці ефекти, називається нелінійною оптикою. Перші роботи з нелінійної оптики були виконані С. І.Світлова хвиля, яка є хвилею електромагнітної природи, що характеризується частотою, амплітудою та поляризацією. Гармонічна (або монохроматична) хвиля, яка поширюється вздовж осі Oz, описується виразом: E(t,z)=EACOS(at-kz), (1.1) де: E - електричний вектор хвилі; e - одиничний вектор, який характеризує напрям поляризації (орієнтацію електричного вектора); A - амплітуда; а-частота; k=(w/c)n-хвильове число; с - швидкість світла у вакуумі ; n - показник заломлення середовища, в якому поширюється світло. У «долазерну» епоху фізики, де вивчали поглинання світла речовиною, відбивання світла від межі розділу різних середовищ, розсіювання світла і таке інше, знали, що головними чинниками, що визначають характер цих процесів, є частота та поляризація світлової хвилі.Відомо, що ефекти взаємодії світла з речовиною можна трактувати як на класичній, так і на квантовій мові. При вивченні ж поширення світла в середовищі в області прозорості, тобто далеко від смуг резонансного поглинання середовища, цілком задовільним є класичний опис, яким ми і скористаємося нижче. Оптичні властивості середовища в лінійній оптиці описуються такими не залежними від інтенсивності хвилі характеристиками, як коефіцієнт заломлення: N=c/? , (1.4) де ? - фазова швидкість світла в середовищі з коефіцієнтом поглинання ?. Взаємодія світла з середовищем складається з послідовних елементарних взаємодій з її атомами або молекулами. В електричному полі хвилі Е атоми або молекули середовища поляризуються: негативно заряджені електрони під дією поля зміщуються відносно позитивно заряджених ядер, зявляється електричний дипольний момент, причому зсув визначається величиною і знаком напруженості поля.Рух електрона в полі ядра - це рух у потенціальній ямі, що має кінцеву глибину (рис. Наочним, хоча і грубим, аналогом руху електрона в полі ядра і відповідної потенціальної ями може служити рух важкої кульки у середині посудини, форма якої має форму потенціальної ями. Якщо на атом впливає сильне світлове поле E=109 в/см, то форма потенціальної ями може спотворюватися. 2, а - потенціальна яма, в якій здійснює коливання оптичний електрон; б - відгук оптичного електрона, що коливається в потенціальній ямі, на гармонічне світлове поле. У слабких полях форма відгуку повторює зовнішній вплив (1), в сильних полях форма відгуку спотворюється (2).Нелінійний відгук атомного або молекулярного осцилятора на сильне світлове поле - найбільш універсальна причина нелінійних оптичних ефектів. Існують й інші причини: наприклад, зміна показника заломлення n може бути викликана нагрівом середовища лазерним випромінюванням. Зміна температури ?T=?E2 (?-коефіцієнт поглинання) призводить до зміни n від n0 до n=n0 (dn/DT)?T. У сильному світловому полі E лазера електрострикційний тиск, пропорційний , змінює густину середовища, що може призвести до генерації звукової хвилі.Розглядаючи генерацію другої оптичної гармоніки, будемо вважати, що напрями хвилі накачування і вторинної хвилі збігаються і що, отже, всі фотонні імпульси спрямовані в одну і ту ж сторону. У разі середовища у співвідношення для імпульсу фотона треба ввести показник заломлення середовища (залежить від частоти): (1.19) Згідно з умовою (1.20) для ефективної передачі світлової енергії від хвилі накачування у вторинн
План
ЗМІСТ
Вступ
Розділ 1. Основні фізичні явища нелінійної оптики та їх теоретичний опис в курсі «Нелінійної оптики»
1.1 Нелінійна поляризація середовища та повязані з нею нелінійні оптичні явища
1.2 Дія сильного світлового поля
1.2.1 Взаємодія сильного світлового поля з середовищем. Лінійний атомний осцилятор
