2. Model of semiconductor laser
The emission in semiconductor lasers results from electron – hole recombination
between energy bands. The dynamics of the semiconductor laser model with optical injection
can be studied by threedimensional set of ordinary differential equations. These equations
describe the electric field and the number of electronhole pairs in the laser active medium. The
semiconductor laser is injected with light from an external laser source (master laser). The laser
that is influenced by the master laser is called the ‘slave’ laser. The rate equations that describe
the dynamics of the slave semiconductor laser in response to the injected signal from a master
laser can be written as [11]:
cos
dR
ZR
dt
(1)
sin
/
d
Z
R
dt
(2)
2
(1 2 )
dZ
T
P
Z
Z R
dt
(3)
,where R the electric field amplitude, Z carrier concentration over threshold, ,
the
linewidth enhancement factor,
detuning frequency ( the frequency difference between the
master and the slave lasers ), T is the ratio of the photon lifetime to the carrier lifetime, P
pumping current,
the injection strength,
the phase difference. Thus, equations (1), (2)
and (3) simulate the evolution of the amplitude of the electric field, phase difference, carrier
concentration respectively.
39
3. Discussion and Results
Let us now examine how changes in the main control parameter, such as injection
strength and detuning frequency affect the system dynamics behavior.
Using the approximate numerical methods, in particular the Runge Kutta fourth order
method, we present the results of numerical solutions of the rate equations (1), (2), (3) and the
corresponding phase portraits.
Consider the values of the system parameters Ω = 0.1, η = 0.01. In this case, the cubic
equation (5) has one real root or one equilibrium point of the original differential equations.
The solution is unstable, since the real parts of the eigenvalues of a complex conjugate pair of
the characteristic polynomial (13) are positive. The phase space trajectory and time responses
confirm these analytical results (see Fig. 1) as well.
Raise the value of the injection η = 0.03. In this case the cubic equation has three real
roots. According to the eigenvalues of a polynomial, two equilibrium points are stable whereas
the third point is unstable. The saddlenode bifurcation is occurred. The system performs the
relaxation oscillations.
Consider the value of the injection force η = 0, 04. For a given value of the parameter
the pair of complex eigenvalues crosses the imaginary axis. There is a qualitative change in the
phase portrait. The system goes to the periodical mode. The curve is a limit cycle in the phase
space of R-ψ-Z. The Hopf bifurcation is occurred.
Let us raise the value of the injection to the value η = 0.9. The detuning parameter is
left unchanged. The saddle node bifurcation is occurred for given values of the parameters. The
stability of the equilibrium point turns back.
Consider the positive values of the detuning Ω, in particular Ω = 0.1 and η = 0.01. In
this case, the system has one unstable solution. The real parts of the eigenvalues of a complex
conjugate pair of the characteristic polynomial are positive. The time series and phase portraits
for positive detuning value are plotted in Fig. 2.
Let us see what happens if we raise the value of η = 0.04. According to their
eigenvalues all three solutions are unstable again. The reason is that in this case, the leading
coefficient of characteristic equation for positive values of detuning is always negative. (
1
C
=
1.9984 < 0). According to the criterion of Routh – Hurwitz, this condition is not satisfied with
the condition of stability of equilibrium point. Thus, the transitions between relaxation and
periodic oscillations described in Fig. 2. can occur only for negative detuning values.
4. Conclusion
We have studied the model of laser system with optical injection using numerical
analysis. The results from numerical calculations show different types of laser dynamical
behaviors. The transitions from relaxation oscillations to a state of periodic oscillations are
observed. The behavior of system is sensitive to variations in the main parameters. A slight
raise in the parameter η leads to a qualitative change in the behavior system dynamics.
A fourth order RungeKutta method is used to plot the time integration and phase portraits of
the system. It was observed that for certain parameters, raising the value of η can bring stability
back. As a result of the simulation was also point out that the saddle node and Hopf
bifurcations are occurred only for negative detuning values.
40
0
20
40
60
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
t
E
,N
=0.01, =-0.1
0
10
20
30
-40
-20
0
20
-0.5
0
0.5
1
E
=0.01, =-0.1
N
0
20
40
60
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
t
E
,N
=0.01, =-0.1
0
10
20
30
-40
-20
0
20
-0.5
0
0.5
1
E
=0.01, =-0.1
N
0
20
40
60
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
t
E
,N
=0.01, =-0.1
0.5
1
1.5
-1
-0.5
0
0.5
-0.024
-0.022
-0.02
-0.018
-0.016
-0.014
-0.012
E
=0.01, =-0.1
N
0
50
100
-30
-20
-10
0
10
20
30
t
E
,N
=0.03,
=-0.1
0
10
20
30
-40
-20
0
20
-0.5
0
0.5
1
E
=0.03,
=-0.1
N
0
500
1000
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
t
E
,N
=0.03,
=-0.1
1
1.05
1.1
1.15
0.2
0.3
0.4
-0.0285
-0.028
-0.0275
-0.027
-0.0265
-0.026
E
=0.03,
=-0.1
N
41
0
500
1000
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
t
E
,N
=0.03, =-0.1
0.8
1
1.2
0
0.5
1
-0.035
-0.03
-0.025
-0.02
-0.015
E
=0.03, =-0.1
N
0
5000
10000
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
t
E
,N
=0.04,
=-0.1
0.5
1
1.5
0
0.5
1
1.5
-0.04
-0.035
-0.03
-0.025
-0.02
E
=0.04,
=-0.1
N
0
1000
2000
3000
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
t
E
,N
=0.04,
=-0.1
0.5
1
1.5
-1
0
1
2
-0.045
-0.04
-0.035
-0.03
-0.025
-0.02
-0.015
E
=0.04,
=-0.1
N
0
20
40
60
-30
-20
-10
0
10
20
30
t
E
,N
=0.09, =-0.1
0
10
20
30
-40
-20
0
20
-0.5
0
0.5
1
E
=0.09, =-0.1
N
0
500
1000
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
t
E,
N
=0.09, =-0.1
1
1.05
1.1
1.15
0.9
1
1.1
-0.0445
-0.044
-0.0435
-0.043
-0.0425
-0.042
-0.0415
E
=0.09, =-0.1
N
42
Fig.1: The time series and phase spaces of laser
rate equations (
4
, P=1) for negative
detuning.
0
500
1000
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
t
E
,N
=0.09, =-0.1
0
1
2
3
-2
0
2
4
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
E
=0.09, =-0.1
N
0
50
100
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
t
E,
N
=0.01,
=0.1
0
10
20
30
-40
-20
0
20
-0.5
0
0.5
1
E
=0.01,
=0.1
N
0
500
1000
-20
0
20
40
60
80
100
t
E
,N
=0.01,
=0.1
-4
-2
0
2
0
50
100
-0.05
0
0.05
E
=0.01,
=0.1
N
0
500
1000
-20
0
20
40
60
80
100
t
E
,N
=0.01, =0.1
-4
-2
0
2
0
50
100
-0.05
0
0.05
E
=0.01, =0.1
N
0
50
100
-30
-20
-10
0
10
20
30
t
E
,N
=0.04, =0.1
0
10
20
30
-40
-20
0
20
-0.5
0
0.5
1
E
=0.04, =0.1
N
43
Fig.1: The time series and phase spaces of laser rate equations (
4
, P=1) for positive
detuning.
References:
Makhov, G., Kikuchi, C., Lambe, J. and Terhune, R.W. 1958. Maser Action in Ruby. Phys.
Rev, 109, 13991400.
Haken, H. 1975. Analogy between higher instabilities in fluids and lasers.Physics Letter, 53A:
77–78.
Boyd, R.W., Raymer, M.G. and Narducci, L.M. 1986. Optical Instabilities, Cambridge.
Weiss, C.O., Godone, A. and Olafsson, A. 1983. Routes to chaotic emission in a cw HeNe
laser. Phys. Rev, A28: 892895.
Sacher, J., Baums, D., Panknin, P., Elsasser, W. and Gobel, E.O. 1992. Intensity instabilities of
semiconductor lasers under current modulation, external light injection, and delayed feedback,
Phys. Rev, A 45: 18931905.
Lee, E.K., Pang, H.S., Park, J.D. and Lee, H. 1993. Bistability and chaos in an injectionlocked
semiconductor laser, Phys. Rev, A 47: 736739.
AnnovazziLodi, V., Donati, S. and Manna, M. 1994.Chaos and Locking in a Semiconductor
Laser due to External Injection, IEEE J.Quantum Electron, 30: 1537154.
Simpson, T.B., Liu, J.M., Gavrielides, A., Kovanis, V. and Alsing, P.M. 1995.Perioddoubling
cascades and chaos in a semiconductor laser with optical injection, Phys. Rev, A 51: 4181.
ӘОЖ 377
Бекболғанов Е.Ж.
П.ғ.к., аға оқытушы, Қазақ мемлекеттік қыздар педагогикалық университеті.
Алматы, Қазақстан, e-mail: bekbol 27@mail.ru
БІЛІМ БЕРУ ЖҮЙЕСІ ЖӘНЕ ЖАҢА АҚПАРАТТЫҚ - ҚАТЫНАСТЫҚ
ТЕХНОЛОГИЯЛАР
Андатпа. Қазіргі таңда қоғам дамуының жаңа мүмкіндіктерін ашатын, білім
саласында қолданылатын технологияны жəне құралдар мен əдістерді қалыптастыратын,
нəтижелі жəне белсенді түрде дамып келе жатқан негізгі бағыттары бөліп
0
50
100
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
t
E
,N
=0.04,
=0.1
0
1
2
0
5
10
15
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
E
=0.04,
=0.1
N
0
50
100
0
0.5
1
1.5
2
2.5
t
E
,N
=0.04,
=0.1
0.5
1
1.5
1.5
2
2.5
0.01
0.015
0.02
0.025
E
=0.04,
=0.1
N
44
қарастырылған. Сонымен бірге білім беруді жаңа сатыға көтеру үшін тек білім мазмұны
мен оқыту əдістерін ғана емес, ақпараттық технологияларды кеңінен пайдалану арқылы
оқытуды ұйымдастыру формаларын да жетілдіру керек екендігі көрсетілген.
Кілт сөздер: ақпарат, технология, білім, ғылы, жүйе, сауаттылық, интеренет желісі
Қазіргі кездегі ақпараттық қатынастық технологиялардың білім беру жүйесін
жетілдіру жəне жаңғырту ісіндегі рөлі туралы мəселе соңғы екі онжылдықта маңызды
болып табылады. Бұл мəселе жергілікті желіге біріктірілген, ауқымды Интернет желісіне
шығу мүмкіндігі бар дербес компьютерлерді оқыту үрдісіне енгізу кезінде өзекті бола
бастады. Компьютерлендіруге жəне «интернеттеуге» негізделген білім беру жүйесін
жаңарту бағдарламасын іске асыру үшін білім беру мекемелерін тек техникалық
тұрғыда жабдықтап қана қоймай, білім беру жүйесін ұйымдастырушылар мен
педагогтардың білімін де осы бағытта жетілдіріп, сəкесінше даярлау қажет.
Ақпараттық технологияларды дамыту, қоғамды зияткерлендіру үрдісінде білім
беру мен мəдениет жүйесін дамытудың үлкен мəні бар. Білім берудегі жаңа ақпараттық
технологияның қолданбалы тұрғыдағы негізгі мəні компьютерлік оқыту технологиясы
болып табылады [1].
Елімізде орын алып отырған инновациялық ахуал, білім мазмұнын жалпылама
сипат беру негізінде байыту, оқыту түрлері мен құралдарын, əдістер мен əдістемесін
қайта жасақтауды қажет ететіні түсінікті. Ғылымитехникалық үрдістің тез өсу қарқыны
жоғары деңгейлі мамандар даярлауда жаңаша оқыту əдістерінің қажеттігін алға қоюда.
Бұл мəселелерді шешудің бірден бір жолы, қоғамның бүгінгі басты бағыттарының
бірі – оқу үрдісін ақпараттандыру мен компьютерлендіруге əкеліп отыр. Оқытудағы
ақпараттыққатынастық технологиялар аса қажетті педагогикалық мəселелердің
шешімдерін табуға, ой еңбегін арттыруға көмектеседі, оқу үрдісін тиімді басқаруды
қамтамасыз етеді.
Қоғамдық дамудың жаңа мүмкіндіктерін ашатын, білім саласында көрініс табатын
технологияны жəне құралдар мен əдістерді қалыптастыратын негізгі бағыттарды бөліп
алу қажет, олар:
қазіргі
ақпараттық
технологияның
техникалық
жəне
бағдарламалық
құралдарының мүмкіндігін жүзеге асыру;
интеграциялық үрдістер, яғни қазіргі ақпараттық технологияны пайдалану
айналамыздағы ақпараттық, экологиялық, білім үрдісінің нəтижелілігін қамтамасыз
етуге жəне əлеуметтік ортаны тану үрдісінің бағытын қолдауға əсер ету [2].
Ақпараттандыру жағдайында білімгерлер меңгеруге тиісті білім, іскерлік,
дағдының көлемі күнненкүнге артып, мазмұны өзгеріп отыр. Жоғары оқу оқу
орындарында білім беру саласында ақпараттыққатынастық технологияларды пайдалану
арқылы білімнің сапасын арттыру, білім беру үрдісін жетілдіру мен жаңалаудың тиімді
тəсілдерін іздестіру жұмыстары жүргізіліп жатыр. Бұл жұмыстардың тиімділігі мен
нəтижелілігі бірнеше оқуəдістемелік, психологиялықпедагогикалық мəселелердің
шешімін ғылыми түрде негіздеуді талап етеді. Оларды бірнеше бағыттарға бөлуге
болады:
оқу үрдісінде ақпараттыққатынастық технологияларды іске асырудың жүйелі
ғылымиəдістемелік жолын анықтау;
білімгерлердің
тəжірибелік
ісəрекетінде
ақпараттыққатынастық
технологияларды пайдаланудың əдістемесін жасау;
оқытушылардың ақпараттыққатынастық технологияларды меңгеру жəне оқу
үрдісінде пайдалану бойынша кəсіби іскерліктерін жетілдіру;
білімгерлердің білім, іскерлік, дағдыны меңгеру үшін ақпараттыққатынастық
технологияларды пайдалануға үйрету;
жоғары оқу орындарының материалдықтехникалық базасын нығайту.
45
Оқытудағы ақпараттыққатынастық технология осы заманғы компьютерлік
техниканың,
телеқатынастық
байланыс
құралының,
бүгінгі
таңдағы
оқыту
технологиясын интерактивтік, бағдарламалықəдістемелік қамтамасыздандырудың
жиынтығы.
Қазіргі кезде білім саласында ақпараттыққатынастық технологияны пайдаланудың
нəтижелі жəне белсенді түрде дамып келе жатқан бағыттарын бөліп көрсетуге болады,
олар:
басқару құралы, оқыту құралы, ақпаратты өңдеу құралы, зерттеу объектісі,
қатынас құралы ретінде берілген бағдарламалардың мүмкіндіктерін іске асыру.
ақпаратты бағдарламалық кешен құру кезінде оқу құралдарының өзара
байланысына қажетті сенсорика мүмкіндіктерін біріктіру. Ол өз кезегінде оқытудың
зерттеу əдісін кеңінен енгізуге, интеллектуалдық потенциалын, шығрамашылықтық
қабілетін дамытуға, ғылым негіздерін меңгеру үрдістерін белсендіруге мүмкіндік береді,
яғни білімгер білім алуда қажет болатын заңдылықтарды өз бетімен «аша алады».
бейнекомпьютерлік жүйе мен мультимедиа жүйесін құру кезінде ақпаратты
тасымалдаудың түрлі құралдары мен компьютер мүмкіндіктерін біріктіру. Бұл жүйелер
ақпараттық – бағдарлама құралдар кешенін құрайды, яғни əр түрлі ақпараттарды (мəтін,
графика, слайдтар, əуен, қозғалатын бейне, шынайы бейне, дыбыс, бейне) біріктіруге
мүмкіндік береді жəне компьютерді қолданушы мен жүйенің арасында интерактивті
сұхбатты жүзеге асырады. Бейнеокомпьютерлік жүйе мен мультимедиа жүйесін
пайдалану оқытудың қарқынды түрі мен əдісін іске асырады, оқуды өз бетінше
ұйымдастыруды, оқыту кезінде ақпаратты қабылдау деңгейін көтеруді қамтамасыз етеді.
белгілі бір пəндік салаға бағытталған білім базасы, деректер базасы, эксперттік
жүйе сияқты интеллектуалды оқыту жүйесінің (Intelligent Tutoring Systems)
мүмкіндіктерін жүзеге асыру [3]. Бұл жүйенің мүмкіндіктерін пайдалану өзін өзі оқыту
үрдісін ұйымдастыруға түрткі бола алады, ол:
1. білімді өздігінен меңгеру іскерлігін, шығармашылықтық тұрғыда ойлау
қабілетін қалыптастырады;
2. ойлау қабілетінің аналитикалық – синтетикалық түрін дамытады.
компьютерлік желі арқылы қарымқатынас деңгейінде ақпараттармен алмасуды
жүзеге асыратын телеқатынас құралдарын пайдалану. Телеқатынастық байланыс
алдыңғы қатарлы педагогикалық технологияларды аз уақытта тез таратуға мүмкіндік
береді, білім алушының ой өрісінің жалпы дамуына əсер етеді.
«виртуалдық шынайылық» жүйесі, шынайы уақытта «экрандық өмірдің» болуы,
ақпараттармен алмасудың жаңа технологиясы. Бұл жүйені пайдалану компьютерді
пайдаланушы мен виртуалдық шынайылық объекті арасындағы аудиовизуалдық
байланысты қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
Жоғарыда аталған бағыттарды жүзеге асыру келесі мүмкіндіктерді қамтамасыз
етеді, олар:
оқу үрдістері мен құбылыстарды имитациялау, модельдеу арқылы оқылатын
пəнді кеңінен жəне тереңірек зерттеуге мүмкіндік алу, сонымен бірге оқу уақытын
үнемдеу;
оқу əрекетін түрліше ұйымдастыру (эксперименттік – зерттеу, ақпараттық – оқу,
ақпаратты өңдеу) арқылы білім алушының өздігінен ісəрекет ету саласын кеңейту;
интерактивті сұхбат мүмкіндігін жүзеге асыру арқылы оқыту үрдісін саралау;
ақпараттық – оқу əрекеттерін жүзеге асырудың негізінде ақпараттық қоғам
мүшесінің ақпараттық мəдениетін қалыптастыру;
оқытудың түрі мен əдісін таңдай алу.
Оқытудың ақпараттық технологиясының негізгі міндеттері танымдық ісəрекет
үрдісін басқарудың интерактивтік құралдарын жасау, қазіргі ақпараттық білім
ресурстарына (мультимедиа оқулықтары, түрлі деректер базасы, оқыту сайттары жəне
т.б) қол жеткізу болып табылады
46
Сонымен білім беруді жаңа сатыға көтеру үшін тек білім мазмұны мен оқыту
əдістерін ғана емес, ақпараттық технологияларды кеңінен пайдалану арқылы оқытуды
ұйымдастыру формаларын да жетілдіру керек. Мұның өзі мынадай оқутəрбие
міндеттерін шешуге көмектеседі:
оқу үрдісін дербестендіру, мəселен, компьютер оқытуды нақты бір авторлық
бағдарлама бойынша жүзеге асыруға мүмкіндік береді;
нақты əрекетке негізделген кері байланысты қамтамасыз етеді, мəселен,
компьютер арқылы əрбір білімгер өзінің білімін бақылауға, тексеруге жəне бағалауға
мүмкіндік алады;
материалды меңгеру жылдамдығын арттыруға болады.
Енді оқытудың ақпараттық технологияларының мəнін ашып көрсетейік:
1. Компьютерлік жəне ақпараттық сауаттылық. Компьютерлік сауаттылыққа
электронды есептеуіш техникасымен жұмыс істеу білігін жатқызуға болады.
Ақпараттық сауаттылық ақпаратты алудың, қайта жасаудың, жеткізудің, сақтаудың жəне
пайдаланудың негізгі ережелерін білуді көздейді.
2. Оқу үрдісінде компьютерді пайдалану студенттердің өзіндік жұмыстарын
ақпараттықəдістемелік тұрғыдан қамтамасыз етуге де елеулі өзгерістер енгізуге
мүмкіндік береді, мұндай жаңашыл өзгерісті оқулықтардан бастауға болады. Мұнда
дəстүрлі баспа оқулықтарымен қатар оқу үрдісінде электронды оқулықтарды пайдалану
көзделеді.
3. Модельдеу. Модельдеу идеясы оқыту үрдісінде жаңа мүмкіндіктер береді. Атап
айтқанда, оқу үрдісінде компьютерлік модельдеуді қолдану ойға негізделген
болжамдарды тексеруге, сонымен қатар білімгердің қоршаған ортамен байланысын
анықтап, адамзат санасын жаңа деңгейге көтеруге ықпал етеді. Бұл модельдеу əдістемесі
оқу бағдарламасының сапасын бағалау жолымен білімгерлердің шығармашылық
қасиеттерін жəне ғылыми зердесін дамытудың құралы болып табылады.
4. Компьютерлік оқыту бағдарламалары. Олар интерактивті тəртіппен компьютер
арқылы қандай да болсын пəнді оқыпүйренуді көздейтін бағдарламалар болып
табылады. Бұл бағдарламаларда теориялық материал мен блоктар болады, олар
білімгерлердің берілген білім көлемін меңгеруінің сапасын анықтауға мүмкіндік береді
[4].
Мақсаттары мен міндеттеріне қарай компьютерлік оқыту бағдарламаларын
көрнекілік, кеңес беруші, тренажербағдарламалар, оқытып бақылау бағдарламалары,
операциялық орталар деп бөлуге болады.
Сондықтан, ақпараттыққатынастық технологияны білім жүйесінде пайдалану
оқытудың психологиялық жəне дидактикалық теорияларының ережесіне сүйене іске
асуы керек. Қалай десек те, ақпараттыққатынастық технология оқытудың мақсатына
(оқу, кəсіби ісəрекет, даму) жетуге арналған құрал.
Білім беруде ақпараттыққатынастық технологияның барлық мүмкіндіктерін
интеграциялау білімгерлердің өзіне жəне өз біліміне қатысты танымдық қызметін,
шығармашылық талабын, белсенді бағыттарын ынталандыруға көмектеседі.
Сонымен, білім беру жүйесіндегі ақпараттық технологиялар (ақпараттық
қатынастық технологиялар):
оқытуды тиімді ұйымдастыруға ықпал етеді, өйткені, сезімдік қабылдаудың
барлық түрлерін іске қосуға мультимедиа функциясы толық жағдай жасап отыр;
білімгерлерді саралап оқытуға мүмкіндік туындайды;
тұрғылықты мекеніне қарамастан, білім алушылардың барлық топтарын бірдей
оқытуға болады.
Сонымен, білім беруді жаңа сатыға көтеру үшін тек білім мазмұны мен оқыту
əдістерін ғана емес, ақпараттыққатынастық технологияларды кеңінен пайдалану
арқылы оқытуды ұйымдастыру формаларын жетілдіру керек. Ол өз кезегінде
төмендегідей оқутəрбие міндеттерін шешуге көмектеседі:
47
оқу үрдісін дербестендіру, яғни оқытуды белгілі бір авторлық бағдарлама
бойынша жүргізу;
нақты əрекетке негізделген кері байланысты қамтамасыз ету, компьютер арқылы
əрбір білімгер өзінің білімін бақылауға, тексеруге жəне бағалауға мүмкіндік алады;
материалды меңгеру жылдамдығын арттыруға болады.
Достарыңызбен бөлісу: |