ВВЕДЕНИЕ
Настоящие указания включают в себя описания практических работ по компьютерной оптике блока дисциплин свободного выбора студентов «Квантовая электроника». В практикум включены работы, в которых рассматриваются наиболее важные оптические процессы, позволяющие студентам глубже усвоить основные разделы блока свободного выбора.
Одним из основных курсов блока специализации “Квантовая электроника” является курс “Модовая теория оптических волноводов”. Этот курс подготавливает студентов к выполнению дипломных работ, знакомит их с основными процессами, протекающими в световодах.
Курс “Модовая теория оптических волноводов” читается после курсов «Теоретические основы волоконной оптики» и “Компьютерное моделирование физических процессов в оптике” и рассматривает конкретные волновые процессы, протекающие в планарных, круглых волокнах и волокнах при внешних возмущениях, таких, например, как деформация. При изучении курса “Модовая теория оптических волноводов” студенты учатся моделировать на компьютере конкретные процессы распространения различных модовых комбинаций по волокну, исследуют как изменяется распределение поляризации в поперечном сечении волокна, дислокационный состав поля. При изучении курса требуются знания по курсу общей физики “Оптика” (интерференция, теория дифракции и др.), математического анализа (интегрирование, дифференцирование, разложение функции в ряд и т.д.), численных методов, квантовой электроники (лазерные пучки, решение параболического уравнения) и нелинейной оптики.
Единые требования к студентам по подготовке, выполнению и отчету по практическим работам
1. Студент должен приходить на практическое занятие, зная теорию вопроса и имея конспект подготовки в тетради. И информацию о написании аналогичных программных модулей из [1].
2. В начале занятия преподаватель проверяет подготовку к практической работе и оценивает ее. Студенты, не знающие теорию вопроса, к выполнению работы не допускаются.
3. Отчетом по практической работе должна быть компьютерная программа, написанная на любом объектно-ориентированном языке программирования, хотя основное предпочтение отдается языку Delphi, любой версии выше 5. Программа должна, рассчитывать процессы, протекающие в оптической системе, которые должны совпадать с реальными физическими процессами в окружающем мире.
4. Выполненная программа должна быть представлена в виде рабочего исполнимого файла, а также полного комплекта исходного кода программы. Исходный код, сдаваемой программы должен быть отформатирован для удобства чтения кода программы, желательно содержать примечания после каждого структурного блока.
5. Для получения зачета по практической работе финальная версия программы, как правило, предоставляется на этом же или следующем занятии. Студент, имеющий 2 задолженности по практическим работам, к выполнению третьей не допускается.
Целью методических указаний является ознакомление студентов с современной компьютерной базой сингулярной оптики, выработка у них умения и навыков проведения теоретических – модельных исследований, а также определения достоверности полученных результатов.
Для самоконтроля и подготовки студентов к практическим работам описание каждой из них содержит большое количество вопросов и задач. Некоторые вопросы требуют более глубокой проработки теоретического материала и умения применять его в нестандартных условиях. Для подготовки к практическим работам, как правило, достаточно воспользоваться каким-либо одним из рекомендованных учебников или пособий, а также конспектом лекций, по соответствующим разделам из курса блока дисциплин свободного выбора «Квантовая электроника».
Дневная форма обучения специальности – 7.04020301, 8.04020301 “физика”: 18 ч. практических занятий.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гулд Х., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике, в 2-х томах. М.: Мир, -1990. Т.1 - 349 с., Т.2 - 399 с.
2. Джадд Д. Цвет в науке и технике/ Д.Джадд, Г.Вышецки [пер с англ.] . – М.: Мир, 1978. – 592с.
3. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. М.: Наука, 1990. 264 с.
4. Маркузе Д. Оптические волноводы. М.: Мир, 1974. 576 с.
5. М.Борн, Э. Вольф. Основы оптики – М.: Наука, 1973. – 720с.
6. Солимено С., Крозиньяни Б., Ди Порто П. Дифракция и волноводное распространение оптического излучения. М.: Мир, 1989. 662 с.
7. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. М.: Радио и связь, 1987. 656 с.
8. Азаам Р. Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет - М: Мир, 1981. - 584 с.
9. Баженов В.Ю., Васнецов М.В., Соскин М.С. Лазерные пучки с винтовыми дислокациями волнового фронта. // Письма в ЖЭТФ. 1990. Т.52. В.8. С.1037-1039.
10. Воляр А.В., Фадеева Т.А. Вихревая природа мод оптического волокна: III. Возбуждение направляемых вихрей. // Письма в ЖТФ. 1996. Т.22. В.17. С.69-74.
11. Фадеева Т.А., Рыбась А.Ф., Воляр А.В. « Методические указания по курсу «Компьютерное моделирование физических процессов в оптике» для студентов 4 курса физического факультета» , ТНУ, Симферополь, 32 стр.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 1.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 2.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 3 .
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 4 .
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 5.
Теоретическое описание.
Рассмотрим падение циркулярно поляризованного гауссова пучка на входной торец круглого маломодового волоновода под углом U, смещенного на расстояние x0 из центра. Для простоты рассмотрим градиентный профиль показателя преломления и волокно с V=3.6, в котором возбуждаются собственные моды с l=0,1. Необходимо построить распределение интенсивности и поляризации на выходном торце волокна длиной z.
,
где 
, 
, 
, 
, 
Написание программы.
Написание программы. На форму поместить 3 Image для построения интенсивности, эллиптичности 
и азимутального угла 
в распределении поляризации. Задать начальные условия и параметры волокна ( 
, 
, V=3.6 для l=0.63 мкм, r=3.5 мкм 
, 
) . Поместить кнопку для построения распределения интенсивности , 
, а также кнопку для построения эллипсов на 1-м image. После считывания параметров рассчитать коэффициенты возбуждения собственных мод волокна (см. задание 3), а затем в цикле рассчитать действительные и мнимые части полей Ex, Ey :
После чего необходимо рассчитать интенсивность, эллиптичность и угол в каждой точке поля. 
.
| Рис. 7. Вид окна программы, с результатами выполнения задания | 
|
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 6.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 7.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 8.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 9.
Построение эволюции CP 11 модовой комбинации
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 10.
Построение силовых линий вектора Пойнтинга LP 11 модовой комбинации
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 11.
Построение силовых линий вектора Пойнтинга С P 11 модовой комбинации
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 12.
Построение 3-мерного распределения поперечной комопненты вектора Пойнтинга С P 11 модовой комбинации
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие указания включают в себя описания практических работ по компьютерной оптике блока дисциплин свободного выбора студентов «Квантовая электроника». В практикум включены работы, в которых рассматриваются наиболее важные оптические процессы, позволяющие студентам глубже усвоить основные разделы блока свободного выбора.
Одним из основных курсов блока специализации “Квантовая электроника” является курс “Модовая теория оптических волноводов”. Этот курс подготавливает студентов к выполнению дипломных работ, знакомит их с основными процессами, протекающими в световодах.
Курс “Модовая теория оптических волноводов” читается после курсов «Теоретические основы волоконной оптики» и “Компьютерное моделирование физических процессов в оптике” и рассматривает конкретные волновые процессы, протекающие в планарных, круглых волокнах и волокнах при внешних возмущениях, таких, например, как деформация. При изучении курса “Модовая теория оптических волноводов” студенты учатся моделировать на компьютере конкретные процессы распространения различных модовых комбинаций по волокну, исследуют как изменяется распределение поляризации в поперечном сечении волокна, дислокационный состав поля. При изучении курса требуются знания по курсу общей физики “Оптика” (интерференция, теория дифракции и др.), математического анализа (интегрирование, дифференцирование, разложение функции в ряд и т.д.), численных методов, квантовой электроники (лазерные пучки, решение параболического уравнения) и нелинейной оптики.
Единые требования к студентам по подготовке, выполнению и отчету по практическим работам
1. Студент должен приходить на практическое занятие, зная теорию вопроса и имея конспект подготовки в тетради. И информацию о написании аналогичных программных модулей из [1].
2. В начале занятия преподаватель проверяет подготовку к практической работе и оценивает ее. Студенты, не знающие теорию вопроса, к выполнению работы не допускаются.
3. Отчетом по практической работе должна быть компьютерная программа, написанная на любом объектно-ориентированном языке программирования, хотя основное предпочтение отдается языку Delphi, любой версии выше 5. Программа должна, рассчитывать процессы, протекающие в оптической системе, которые должны совпадать с реальными физическими процессами в окружающем мире.
4. Выполненная программа должна быть представлена в виде рабочего исполнимого файла, а также полного комплекта исходного кода программы. Исходный код, сдаваемой программы должен быть отформатирован для удобства чтения кода программы, желательно содержать примечания после каждого структурного блока.
5. Для получения зачета по практической работе финальная версия программы, как правило, предоставляется на этом же или следующем занятии. Студент, имеющий 2 задолженности по практическим работам, к выполнению третьей не допускается.
Целью методических указаний является ознакомление студентов с современной компьютерной базой сингулярной оптики, выработка у них умения и навыков проведения теоретических – модельных исследований, а также определения достоверности полученных результатов.
Для самоконтроля и подготовки студентов к практическим работам описание каждой из них содержит большое количество вопросов и задач. Некоторые вопросы требуют более глубокой проработки теоретического материала и умения применять его в нестандартных условиях. Для подготовки к практическим работам, как правило, достаточно воспользоваться каким-либо одним из рекомендованных учебников или пособий, а также конспектом лекций, по соответствующим разделам из курса блока дисциплин свободного выбора «Квантовая электроника».
Дневная форма обучения специальности – 7.04020301, 8.04020301 “физика”: 18 ч. практических занятий.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В МЕТОДИЧЕСКОМ ПОСОБИИ
1. Код компьютерной программы, рекомендуемый для использования
| Блок i.i. Название структурного элемента программы | if x=0 then begin if y>=0 then phi:=pi/2 else phi:=-pi/2; end else begin phi:=arctan(y/x); if x<0 then phi:=phi+pi; end; |
2. Рекомендуемые объекты, использование которых позволит упростить выведение результатов:
| Form 1. Image 1. Height |
3. Приблизительный вид окна программы, выполняющей задание работы:
|
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гулд Х., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике, в 2-х томах. М.: Мир, -1990. Т.1 - 349 с., Т.2 - 399 с.
2. Джадд Д. Цвет в науке и технике/ Д.Джадд, Г.Вышецки [пер с англ.] . – М.: Мир, 1978. – 592с.
3. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. М.: Наука, 1990. 264 с.
4. Маркузе Д. Оптические волноводы. М.: Мир, 1974. 576 с.
5. М.Борн, Э. Вольф. Основы оптики – М.: Наука, 1973. – 720с.
6. Солимено С., Крозиньяни Б., Ди Порто П. Дифракция и волноводное распространение оптического излучения. М.: Мир, 1989. 662 с.
7. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. М.: Радио и связь, 1987. 656 с.
8. Азаам Р. Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет - М: Мир, 1981. - 584 с.
9. Баженов В.Ю., Васнецов М.В., Соскин М.С. Лазерные пучки с винтовыми дислокациями волнового фронта. // Письма в ЖЭТФ. 1990. Т.52. В.8. С.1037-1039.
10. Воляр А.В., Фадеева Т.А. Вихревая природа мод оптического волокна: III. Возбуждение направляемых вихрей. // Письма в ЖТФ. 1996. Т.22. В.17. С.69-74.
11. Фадеева Т.А., Рыбась А.Ф., Воляр А.В. « Методические указания по курсу «Компьютерное моделирование физических процессов в оптике» для студентов 4 курса физического факультета» , ТНУ, Симферополь, 32 стр.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 222.
