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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/5228| Título : | Mejoramiento en la enseñanza-aprendizaje a nivel licenciatura mediante la implementación de técnicas experimentales avanzadas dentro del contexto de la óptica cuántica |
| Autor : | Cruz Ramirez, Hector |
| Fecha de publicación : | 2015 |
| Resumen : | La óptica cuántica es una de las áreas de investigación estratégicas del siglo XXI que podría llevar a una revolución en las telecomunicaciones y en la informática. Es, por lo tanto, de vital importancia que en nuestro país se desarrolle una infraestructura de investigación, así como que se formen recursos humanos del más alto nivel en licenciatura y posgrado, en esta área de estudio. Solamente de esta forma, México podrá participar y verse beneficiado por avances científicos y tecnológicos de gran relevancia, tales como la computación y criptografía cuántica. El presente proyecto tiene por finalidad el desarrollo de recursos pedagógicos para la enseñanza de la óptica cuántica controlando los estados cuánticos de la luz no clásica (ingeniería cuántica). En particular, pretendemos, a partir de la infraestructura ya existente para investigación en el laboratorio de óptica cuántica del ICN-UNAM, desarrollar una infraestructura paralela para experimentos de docencia. Pretendemos generar un conjunto de prácticas experimentales accesibles a estudiantes de licenciatura en física e ingenierías que permitan un esclarecimiento de los conceptos involucrados, a través un dispositivo didáctico y portátil. Este proyecto pretende que los estudiantes tengan la posibilidad de un acercamiento de calidad a esta importante área de estudio para así fomentar que una fracción de ellos puedan encaminar sus planes futuros hacia la óptica cuántica experimental. De forma paralela, proponemos dar un taller de automatización de experimentos enfocados a la óptica cuántica mediante LabVIEW. Proponemos adquirir, con fondos del presente proyecto, equipo y material de laboratorio por ser destinado específicamente a prácticas docentes de alta calidad en el área de óptica cuántica. Otros productos de este proyecto serían la transcripción de las notas para realizar las prácticas así como el manual de construcción y uso del dispositivo didáctico y portátil. Con la publicación manual buscamos aportar una guía especializada en idioma castellano en beneficio de los estudiantes de licenciatura de México y otros países de habla hispana, y de esa forma nuestra universidad siga siendo una fuente de conocimiento. Para la realización de este trabajo planeamos utilizar fondos de este proyecto para pagar becas de tesis y servicio social a estudiantes de licenciatura para el apoyo en la construcción del dispositivo y en las transcripciones de las notas y el manual. En etapas posteriores de este proyecto proponemos publicar un artículo de divulgación. |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/5228 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | Cruz Ramirez, Hector |
| metadata.dcterms.callforproject: | 2015 |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2015-2016 |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura nivel superior |
| metadata.dc.description.objective: | El presente proyecto tiene por objetivo fundamental generar recursos pedagógicos para la enseñanza de la óptica cuántica, una de las áreas estratégicas de investigación del siglo XXI. Los recursos pedagógicos generados en este proyecto podrían aprovecharse en un inicio en las asignaturas de licenciatura: Introducción a la óptica cuántica, Laboratorio de física contemporánea I y Laboratorio de física contemporánea II de la Facultad de Ciencias de la UNAM. Como complemento de lo anterior se tiene contemplado impartir un taller de automatización mediante el lenguaje de programación LabVIEW. Este último objetivo se viene implementando de forma parcial en la asignatura de Laboratorio de fenómenos colectivos de la FC-UNAM, desde hace cuatro semestres. Planeamos en el futuro también emplear estos recursos pedagógicos en otras asignaturas optativas, por ser diseñadas, incluyendo Óptica no lineal y Efectos no lineales en fibras ópticas. Por otro lado, planeamos impartir conferencias de divulgación en los bachilleratos de la UNAM (ENP y CCH) y en la cuales, al final de la conferencia, pretendemos realizar un experimento demostrativo. En particular, los recursos pedagógicos que pretendemos desarrollar son los siguientes: i)Crear una infraestructura para experimentos de docencia en el área de óptica cuántica mediante la fabricación de un dispositivo para la generación de luz no clásica y que sus propiedades puedan ser controladas y medidas. El dispositivo pretende ser didáctico y que sea una innovación dentro de los productos educativos actuales. La infraestructura se complementará con la que existe actualmente en el Laboratorio de Óptica Cuántica del ICN-UNAM. Se pretende diseñar un conjunto de prácticas experimentales nuevas y de frontera con la finalidad de apoyar la experiencia experimental directa el aprendizaje de la óptica cuántica. Se pretende utilizar fondos del actual proyecto para la compra de equipo y material de laboratorio que formen la base para el conjunto de prácticas arriba descrito. ii)Preparar y escribir las notas detalladas de cada práctica, con el sistema de escritura científica latex. iii)Preparar y escribir una primera versión del manual de construcción del dispositivo mencionado en el primer punto. En etapas posteriores pretendemos proponer a la Coordinación de Servicios Editoriales de la FC-UNAM su publicación. iv)Impartir un taller de automatización utilizando el lenguaje de programa LabVIEW con un enfoque a los experimentos de óptica cuántica. v)Impartir conferencias de divulgación de óptica cuántica a nivel del bachillerato en la Escuela Nacional Preparatoria y el Colegio de Ciencias y Humanidades, ambas de la UNAM. |
| metadata.dc.description.hypothesis: | Desde la creación del Laboratorio de Óptica Cuántica del ICN-UNAM en 2009, la enseñanza a nivel licenciatura y posgrado siempre ha sido una prioridad; además, de las prioridades de hacer investigación de frontera, formación de recursos humanos de primer nivel y divulgación de la ciencia. Este laboratorio se encuentra hoy en día bien establecido, con un amplio grupo de investigación (el cual incluye estudiantes de licenciatura, estudiantes de posgrado, investigadores post-doctorales así como un técnico académico). El Dr. Héctor Cruz Ramírez tiene experiencia en la enseñanza a nivel licenciatura, primero como ayudante de profesor (en los cursos de Laboratorio de óptica y Láseres) y en los últimos cuatro semestres como profesor titular en la asignatura de Laboratorio de fenómenos colectivos. De igual forma, el Dr. Alfred URen (participante del actual proyecto) ha impartido cursos a nivel licenciatura como profesor titular, y el Dr. Roberto Ramírez (participante del actual proyecto) también es profesor titular. Los estudiantes de posgrado del laboratorio también participan activamente como ayudantes de profesor en la Facultad de Ciencias de la UNAM. Por lo tanto, el grupo de investigación (dirigidos por el responsable del laboratorio, Dr. Alfred URen) pretendemos aprovechar la considerable infraestructura de investigación en óptica cuántica con la que contamos para desarrollar prácticas experimentales de docencia del más alto nivel. La óptica cuántica es un tema que se presta para poder realizar demostraciones experimentales relativamente sencillas y accesibles para estudiantes de licenciatura de algunos de los conceptos básicos. El corazón del actual proyecto es por lo tanto un conjunto de prácticas de laboratorio y un dispositivo para generar luz no clásica que sea didáctico y portátil; ambos ideados para ayudar al estudiante a comprender desde una perspectiva experimental algunos de los conceptos estudiados en clase. Aunque estas prácticas se podrían aprovechar de una diversidad de modos, en particular el plan es utilizarlas para enriquecer la faceta experimental de la asignatura optativa de licenciatura Introducción a la Óptica Cuántica, y en etapas posteriores del proyecto se pretende utilizarlas en las asignaturas obligatorias de licenciatura Laboratorio de física contemporánea I y Laboratorio de física contemporánea II de la Facultad de Ciencias de la UNAM. Se planea también utilizar estas prácticas para las dos siguientes asignaturas, por ser diseñadas: Óptica no lineal y Efectos no lineales en fibras ópticas. Pretendemos que el dispositivo propuesto sea versátil, de tal forma que pueda ser una herramienta didáctica para las tareas de divulgación de la ciencia nivel del bachillerato. Lo anterior tiene la finalidad de motivar a los estudiantes del bachillerato elegir una carrera científica y complementar se formación académica con platicas que le den una perspectiva de lo que se hace actualmente en México referente a la investigación en óptica cuántica. De igual forma, el dispositivo se pretende usar en el evento de puertas abiertas del ICN-UNAM. En el evento asisten estudiantes de licenciatura y del bachillerato de la UNAM principalmente. |
| metadata.dc.description.strategies: | La óptica cuántica es un tema que se presta para poder realizar demostraciones experimentales relativamente sencillas y accesibles para estudiantes de licenciatura de algunos de los conceptos básicos. El corazón del actual proyecto es por lo tanto un conjunto de prácticas de laboratorio, ideadas para ayudar al estudiante a comprender desde una perspectiva experimental algunos de los conceptos estudiados en clase y la construcción de un dispositivo para generar luz no clásica y hacer mediciones. Prácticas: i)Práctica de implementación de fuentes de parejas de fotones operando mediante conversión paramétrica descendente espontánea (SPDC). En esta práctica el estudiante construirá a partir de un láser de diodo en el ultravioleta y de un cristal no lineal de niobato de litio periódicamente polarizado (PPLN), fuentes de parejas de fotones a través del proceso de conversión paramétrica descendente. El estudiante con la cámara CCD ultrasensible observara la distribución espacial de los fotones. Cabe puntualizar que esta técnica avanzada fue establecida en el Laboratorio de Óptica Cuántica después de un año de trabajo. ii)Implementada la fuente de pareja de fotones con el cristal PPLN y el láser centrado en 405nm, el estudiante cambiará la distribución espacial de los fotones mediante la manipulación de la orientación del cristal y la distribución espacial del haz láser. Esta práctica tiene el objetivo de ser un primer paso en el control del estado cuántico de las parejas de fotones (ingeniería cuántica). Dispositivo: i)Una primera etapa es diseñar el dispositivo utilizando el conocimiento adquirido en el Laboratorio de Óptica Cuántica. El objetivo es tener un diagrama técnico para después hacer las piezas necesarias para su construcción. Paralelamente, realizar las compras del cristal, cámara CCD, monturas ópticas y material necesario. ii)Una segunda etapa es la construcción del dispositivo y realizar pruebas de su buen funcionamiento. Paralelamente se programará el software necesario para tener un interfaz amable para el usuario final. Divulgación: i)Cuando el dispositivo este funcionando pretendemos impartir conferencias de divulgación a nivel del bachillerato (ENP y CCH), en la cuales, el dispositivo servirá para hacer demostraciones experimentales que contribuyan a despertar el interés en la ciencia de los estudiantes. También, pretendemos que el estudiante tenga una perspectiva sobre el trabajo experimental de frontera que se hace en México con respecto a la óptica cuántica. |
| metadata.dc.description.goals: | i)Compra de equipo: láser centrado en 405nm de 100mW y una cámara CCD ultrasensible. ii)Compra de material para fabricar el dispositivo. En particular un cristal de niobato de litio periódicamente polarizado. iii)Fabricar una primera versión del dispositivo para generar luz no clásica con ayuda de la infraestructura del laboratorio. iv)Programar una primera versión del software necesario para el funcionamiento del dispositivo. v)Diseño de prácticas experimentales (ver sección de estrategias y metodologías). vi)Trabajo junto con los estudiantes de licenciatura en la implementación de algunas de las prácticas diseñadas. vii)Preparación y escritura de las notas de las prácticas en el sistema de composición de textos científicos latex. viii)Preparación y escritura del manual de fabricación del dispositivo en el sistema de composición de textos científicos latex. ix)Impartir un taller de automatización enfocado en experimentos de óptica cuántica. La duración del taller sería entre una semana o dos semanas y cada día 3 horas. x)Impartir seis conferencias de divulgación a nivel del bachillerato, tanto en la Escuela Nacional Preparatoria y el Colegio de Ciencias y Humanidades de la UNAM. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | Con el arribo en septiembre de 2015 del material y equipo comprado en el extranjero se procedió a implementar en una mesa óptica del laboratorio de Óptica Cuántica del ICN las fuentes de luz no clásica. Cabe hacer notar que se asigno un espacio y recursos propios para este proyecto de enseñanza en el laboratorio. Se implementaron, más de lo prometido en el proyecto original, TRES tipos de fuente de luz no clásica: una fuente de parejas de fotones del tipo I, una fuente de parejas de fotones del tipo II y una fuente de parejas de fotones con un cristal periódicamente polarizado (fuente para la cual se pidieron los recursos a PAPIME). Las tres fuentes actualmente están en operación y se realizan tres prácticas de laboratorio a nivel licenciatura. Además, estás fuentes se utilizaron como material de divulgación en el “día de la divulgación” del ICN el día 25 de febrero de 2015. Los recursos que aporto el programa PAPIME fueron: • Cristal periódicamente polarizado con horno y su respectivo controlador. • Tres sistemas ópticos para acoplar luz a una fibra óptica. • Tres fibras ópticas. • Un divisor de luz sensible a la polarización. • Una computadora portátil. Los recursos que aporto el laboratorio de Óptica Cuántica del ICN fueron: • Dos cristales de borato de bario beta, uno para la fuente de tipo I y otro para la fuente de tipo II. • Tres detectores de fotones individuales en el visible. • Un láser de 100mW y que emite en 405 nm. Este láser es de alta calidad. • Una cámara ultra-sensible. • Una placa retardadora de media onda • Tres espejos de alta calidad. • Dos lentes de alta calidad. • Tres filtros espectrales de diferentes especificaciones de alta calidad. • Un dispositivo de varios canales para contar pulsos eléctricos en modo simple y en coincidencia. Este dispositivo es de frontera (id800). • Todos los postes, bases y monturas optomecánicas necesarias. Los alumnos y académicos que participaron en esta etapa fueron: 5 licenciatura y 3 academicos. Prácticas implementadas. Con las tres fuentes implementadas. A continuación los titulos: I. Espectro angular de las parejas fotones generadas por una fuente de tipo I, no colineal y degenerada. II. Espectro angular de las parejas fotones generadas por una fuente de tipo II, no colineal y degenerada. III. Titulo: Existencia del fotón. Manual de construcción Se tiene un prototipo del dispositivo de luz no clásica. Este manual también contiene fotografías del arreglo experimental. Las características del prototipo son: • TOTALMENTE FUNCIONAL. • Se implementaron tres tipos de fuentes de luz no clásica. • Se tienen implementados tres prácticas. Enseñanza del lenguaje de programación LabVIEW. Se ha implementado con mucho éxito la enseñanza del lenguaje de programación LabVIEW. por ejemplo en mis cursos que imparto en la FC: Laboratorio de Fenómenos Colectivos y Laboratorio de Óptica y otros cursos. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | • Meta: Compra de equipo Logro: estos dispositivos se encuentran en existencia en el Laboratorio de Óptica Cuántica cuyo responsable es el Dr. Alfred B. U’Ren Cortés. 100% • Meta: Compra de material para fabricar el dispositivo Logro: Se compro todo lo necesario y se complemento con material existente en el Laboratorio de Óptica Cuántica cuyo responsable es el Dr. Alfred B. U’Ren Cortés. 100% • Meta: Fabricar una primera versión del dispositivo para generar luz no clásica. Logro: Se tiene un dispositivo TOTALMENTE FUNCIONAL; y no solo una fuente sino con tres fuentes de luz no clásica. Se anexa diagrama de construcción. 100% • Meta: Programar una primera versión del software. Logro: se adquirió una computadora portátil, se tiene el software de LabVIEW con licencia de evaluación, el software de la cámara ultrasensible dado por el fabricante y se tienen las librerías de LabVIEW del dispositivo para contar fotones en cuentas simples y en coincidencias. 80% • Meta: Diseño de prácticas experimentales. Logro: se implementaron tres prácticas de laboratorio y están en funcionamiento. Se han usado para tres cursos de licenciatura. 100% • Meta: Trabajo junto con los estudiantes de licenciatura. Logro: han participado 5 estudiantes de licenciatura en total. 3 de estancia de investigación (proyecto final de curso de licenciatura); y dos tesis de licenciatura bajo mi dirección. Una alumna fue beca por el proyecto PAPIME y un alumno se le apoyo (boleto de avión) para asistir a la reunión anual de la DICU 2015 para mostrar avances de su tesis. Las dos tesis se contempla que contengan capítulos del montaje de la fuente de parejas de fotones y enseñanza de LabVIEW. 80%. Se anexa carta aceptación de tesis por parte de la Facultad de ciencias. • Meta: Preparación y escritura de las notas de las prácticas Logro: de las tres prácticas se tienen dos manuales listos. 67%. Se anexa manuales. • Meta: Preparación y escritura del manual de fabricación del dispositivo Logro: se tiene diagrama de construcción. 100%. Se anexa manual. • Meta: Impartir un taller de automatización. Logro: se compraron parte del material para dar el taller teórico-práctico y se tiene el salón con 18 computadoras. 53%. Se anexa tres manuales y la tesis entregada al jurado de la alumna Mónica Maldonado Terrón. • Meta: Impartir seis conferencias de divulgación. Logro: se participo en el día de divulgación del ICN. Se dieron tres pláticas con demostración de una hora. 50%. Se anexa carta probatoria. |
| metadata.dcterms.provenance: | Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Física |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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