Содержание

Введение 3

1. Дифракция света на объемных голографических решетках 5

1.1. Волновое уравнение в объёмной голограмме 5

1.2. Решение волнового уравнения методом связанных волн 8

1.3. Дифракционная эффективность объемных пропускающих и отражательных голограмм 13

1.3.1. Пропускающие голограммы 13

1.3.2. Отражательные голограммы 17

1.4. Взаимная трансформация электромагнитных волн в объемных голограммах 20

1.4.1. Уравнения связанных волн при наличии сдвига голографической решетки относительно интерференционной картины 20

1.4.2. Пропускающие голограммы 21

1.4.3. Отражательные голограммы 24

2. Физика фоторефрактивного эффекта 29

2.1. История открытия явления фоторефракции 29

2.2. Физическая суть фоторефракции 29

Заключение 34

Введение

Дипломная работа посвящена изучению дифракции света на объемных голографических решетках, а также физике фоторефрактивного эффекта.

Голография (от греч. hólos — весь, полный и grâphõ – пишу), метод получения объёмного изображения объекта, основанный на интерференции волн.

Наиболее широкое применение голография находит в науке и технике. Она основана на двух физических явлениях – дифракции и интерференции. Важное практическое значение имеет дифракция света на объемных голографических решетках. Объемные голографические решетки образуются при записи интерференционного поля, полученного при наложении двух плоских монохроматических волн. Для записи голограмм используются светочувствительные регистрирующие материалы. Наиболее перспективными в плане многократной перезаписи информации, усиления оптических изображений, обращения и коррекции волнового фронта являются фоторефрактивные кристаллы. Явление фоторефракции состоит в изменении показателя преломления кристалла под действием света. Эффект открыт в 1966 году Акшиным и другими при проведении экспериментов на кристалле ниобата лития LiNbO₃ и первоначально рассматривался как вредный, поэтому явление изменения показателя преломления кристалла под действием света получило название – optical damage – «оптическое повреждение». Однако вскоре в кристалле ниобата лития, а после и в других сегнетоэлектриках и полупроводниках удалось записать объемные фазовые голограммы.

В связи с развитием и широким применением голографии в науке и технике ее изучение было включено в школьную программу физики. Появилась необходимость упростить теоретический материал для более глубокого понимания физической сути голографии.

Объектом исследования является процесс развития методики преподавания основ голографии для студентов ВУЗа с использованием международной системы единиц СИ, разработка компьютерной модели фоторефрактивного эффекта, которая может применяться при изучении голографии в рамках факультативных занятий в старших классах общеобразовательной школы и в университетах.

Предмет исследования – повышение уровня знаний обучаемых на основе использования современных компьютерных технологий.

В соответствии с выбранной темой дипломной работы были поставлены следующие цели:

1. Подробно изложить физические основы дифракции света на объемных голографических решетках в фоторефрактивных кристаллах.

2. Пошагово описать все математические преобразования, приведенные в теоретической части работы.

3. Перевести все математические выкладки из системы единиц Гаусса в международную систему единиц СИ.

4. Разработать компьютерную модель фоторефрактивного эффекта.

В соответствии с избранным предметом исследования и представленной темой необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ причин возникновения трудностей у учеников старших классов и студентов университетов при изучении голографии.

2. На основе анализа физической литературы проанализировать возможности упрощения и адаптации теоретического материала для его изучения в старших классах общеобразовательной школы в рамках факультативных занятий, а также в университетах.

3. Разработать компьютерную модель фоторефрактивного эффекта для формирования операционности знаний при обучении физике.

В работе использовались следующие методы исследования:

1. Изучение и научно-методический анализ физической литературы по теме исследования, теоретико-методический анализ состояния проблемы.

2. Разработка компьютерной модели для внедрения в процесс обучения.

Новизна исследования

1. Подробно изложены физические основы дифракции света на объемных голографических решетках в фоторефрактивных кристаллах.

2. Значительно упрощено понимание теоретического материала путем пошагового описания всех математических выкладок, а также осуществлен их перевод из системы единиц Гаусса в международную систему единиц СИ.

3. Разработана компьютерная модель фоторефрактивного эффекта.