Главная
страница 1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ)
___________________________________________________________________________________________________________


Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика

Профиль(и) подготовки: Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«КВАНТОВАЯ И ОПТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА»


Цикл:

профессиональный




Часть цикла

по выбору




дисциплины по учебному плану:

ИТАЭ; Б3.18.1




Часов (всего) по учебному плану:

216




Трудоемкость в зачетных единицах:

6

7 семестр – 6

Лекции

36 часов

7 семестр

Практические занятия

18 часов

7 семестр

Лабораторные работы

18 часов

7 семестр

Расчетные задания, рефераты

18 часов самостоят. работы

7 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

144 часа

7 семестр

Экзамены

27 часов

7 семестр

Курсовые проекты (работы)

-

-



Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение основ квантовой электроники и оптики, современных основ фотоники, физики и технологий лазеров их использования в различных приложениях

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:



  • понимать процессы в устройствах квантовой электроники и фотоники;

  • знать классификацию лазерных систем и направления их использования;

  • самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности (ОК-7);

  • анализировать различного рода рассуждения, публично выступать, аргументировано вести дискуссию и полемику (ОК-12);

  • анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);

  • принимать и обосновывать конкретные технические решения при работе с лазерными системами (ПК-10);

  • использовать информацию о новых технологических процессах и новых видах технологического лазерного оборудования оборудования (ПК-17).



Задачами дисциплины являются

  • познакомить обучающихся с основами физики и технологиями квантовой электроники и фотоники;

  • дать информацию о типах лазерных систем и материалов, особенностях их использования в различных направлениях биологии, медицины, промышленности и нанотехнологиях;

  • научить принимать и обосновывать конкретные технические решения при последующем конструировании элементов систем, связанных с квантовой электроникой и оптикой.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике» направления 140700 Ядерная энергетика и теплофизика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: Физика (общая), Математика, Химия (общая), Квантовая механика, Прикладная физика.

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Физико-химия наночастиц и наноматериалов», "Методы и приборы для изучения, анализа и диагностики наночастиц и наноматериалов", выполнении курсовых работ, а также программы магистерской подготовки.



3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:



Знать:

  • основные источники научно-технической информации по материалам в квантовой электронике и оптике, фотонике (ОК-7, ПК-6);

  • технологию изготовления основных элементов лазерных и других квантово-оптических систем (ПК-10);

  • материалы, применяемые в квантовой и оптической электронике, знать их классификацию и маркировку (ПК-10);

  • источники научно-технической информации (журналы, сайты Интернет) по физическим процессам и технологиям в элементах квантовой и оптической электроники (ПК-17).

Уметь:

  • самостоятельно проводить расчеты простейших устройств квантовой электроники;

  • самостоятельно проводить измерения отдельных характеристик систем квантовой электроники (ПК-1);

  • осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию и выбирать необходимые материалы (ПК-6);

  • подбирать конструкционные материалы для изготовления основных элементов лазерных и других устройств квантовой и оптической электроники (ПК-10);

  • анализировать информацию о новых технологиях изготовления основных элементов квантовой электроники и оптики (ПК-17).

Владеть:

  • навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);

  • терминологией в области квантовой и оптической электроники (ОК-2);

  • навыками поиска информации о параметрах устройств и процессов квантовой и оптической электроники (ПК-6);

  • информацией о технических параметрах устройств и процессов квантовой и оптической электроники (ПК-17 );

  • навыками применения полученной информации при проектировании устройств и процессов квантовой и оптической электроники (ПК-6).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единиц, 216 часов.



п/п


Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации


(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Понятие об электромагнитном поле. Описание и основные характеристики. Уравнения Максвелла в вакууме. Основные величины и физическая трактовка. Описание электромагнитного поля с помощью потенциалов. Понятие о калибровке потенциалов.

16

16

4

1

1

10

Контрольный опрос

2

Закон сохранения энергии электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. Генерация электромагнитных волн. Излучение диполя. Гармонические колебания диполя и направленность излучения. Радиационное затухание колебаний диполя.

16

16

4

1

1

10

Контрольный опрос

3

Распространение электромагнитного поля в вакууме. Плоские электромагнитные волны в вакууме. Монохроматические плоские электромагнитные волны в вакууме. Поляризация монохроматических плоских электромагнитных волн. Эллиптическая, круговая и линейная поляризации электромагнитных волн. Немонохроматическое электромагнитное поле. Естественная поляризация.

16

16

4

1

1

10

Контрольный опрос

4

Интерференция электромагнитных волн. Интерференция монохроматических волн. Интерференция электромагнитных волн на плоскопараллельной пластине. Интерферометр Майкельсона. Принцип работы и основные свойства. Интерферометр Фабри-Перо. Принцип работы и основные свойства.

14

14

2

1

1

10

Контрольный опрос; защита лабораторной работы

5

Дифракция электромагнитного поля. Принцип Гюйгенса. Дифракция плоской электромагнитной волны на плоской щели и круглом отверстии. Ближняя и дальняя зоны дифракции.

10

10

2

1

1

6

Контрольный опрос

6

Источники электромагнитного поля. Нелазерные и лазерные источники. Излучение ансамбля диполей. Статистика излучения ансамбля независимых осцилляторов.

12

12

2

1

1

8

Контрольный опрос

7

Квантовая природа электромагнитного поля. Понятие о фотонах. Описание квантового электромагнитного поля. Фотоны и их характеристики. Числа заполнения. Когерентные источники электромагнитного поля. Основные характеристики.

12

12

2

1

1

8

Контрольный опрос

8

Спонтанное и вынужденное излучение в квантовой системе. Система с двухуровневыми энергетическими состояниями; спонтанное и вынужденное поглощение и испускание. Коэффициенты Эйнштейна и их трактовка.

Инверсная населенность и ее основные свойства



14

14

4

1

1

8

Контрольный опрос

9

Оптические резонатор и его основные свойства. Понятие когерентности когерентное излучение.

12

12

2

1

1

8

Контрольный опрос

10

Физика лазеров. Основные свойства и критерии существования лазерного излучения. Условия лазерной генерации и усиления. Основные принципы устройства лазеров. Основные характеристики лазеров и лазерного излучения.

22

22

4

1

1

16

Контрольный опрос

11

Первый твердотельный лазер и его устройство. Способы создания инверсной населенности. Понятие о накачке и ее видах. Активная лазерная среда и ее свойства. Примеры активных лазерных сред. Классификация лазеров. Основные характеристики при классификации.

12

12

2

1

1

8

Контрольный опрос

12

Примеры различных лазеров. Краткое описание и режимы. Применение лазеров: промышленность. Применение лазеров: медицина. Применения лазеров: научные исследования.

19

19

4

1

1

13

Контрольный опрос; защита лабораторных работ




Зачет

2

2

--

--

--

2







Экзамен

27

27

--

--

--

27

устный




Итого:

216




36

18

18

144





4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции (7 семестр)

1. Понятие об электромагнитном поле. Описание и основные характеристики.

Уравнения Максвелла в вакууме. Основные величины и физическая трактовка. Описание электромагнитного поля с помощью потенциалов. Понятие о калибровке потенциалов.


2. Закон сохранения энергии электромагнитного поля.
Вектор Пойнтинга. Генерация электромагнитных волн. Излучение диполя. Гармонические колебания диполя и направленность излучения. Радиационное затухание колебаний диполя
3. Распространение электромагнитного поля в вакууме.

Плоские электромагнитные волны в вакууме. Монохроматические плоские электромагнитные волны в вакууме. Поляризация монохроматических плоских электромагнитных волн. Эллиптическая, круговая и линейная поляризации электромагнитных волн. Немонохроматическое электромагнитное поле. Естественная поляризация


4. Интерференция электромагнитных волн.

Интерференция монохроматических волн. Интерференция электромагнитных волн на плоскопараллельной пластине. Интерферометр Майкельсона. Принцип работы и основные свойства. Интерферометр Фабри-Перо. Принцип работы и основные свойства.


5. Дифракция электромагнитного поля.

Принцип Гюйгенса. Дифракция плоской электромагнитной волны на плоской щели и круглом отверстии. Ближняя и дальняя зоны дифракции.


6. Источники электромагнитного поля.

Нелазерные и лазерные источники. Излучение ансамбля диполей. Статистика излучения ансамбля независимых осцилляторов.


7. Квантовая природа электромагнитного поля.

Понятие о фотонах. Описание квантового электромагнитного поля. Фотоны и их характеристики. Числа заполнения. Когерентные источники электромагнитного поля. Основные характеристики


8. Спонтанное и вынужденное излучение в квантовой системе.

Система с двухуровневыми энергетическими состояниями; спонтанное и вынужденное поглощение и испускание. Коэффициенты Эйнштейна и их трактовка. Инверсная населенность и ее основные свойства


9. Оптические резонатор и его основные свойства.

Понятие когерентности когерентное излучение. Оптический резонатор. Добротность оптического резонатора. Вычисление основных параметров.


10. Физика лазеров.

Основные свойства и критерии существования лазерного излучения. Условия лазерной генерации и усиления. Основные принципы устройства лазеров. Основные характеристики лазеров и лазерного излучения.


11. Первый твердотельный лазер и его устройство.

Способы создания инверсной населенности. Понятие о накачке и ее видах. Активная лазерная среда и ее свойства. Примеры активных лазерных сред. Классификация лазеров. Основные характеристики при классификации.


12. Примеры различных лазеров.

Краткое описание и режимы. Применение лазеров: промышленность. Применение лазеров: медицина. Применения лазеров: научные исследования.


4.2.2. Практические занятия:

7 семестр

Определение основных свойств электромагнитного поля. Поляризация. Когерентность и некогерентность

Решения уравнений Максвелла для простейших случаев. Монохроматические моды

Интерференция электромагнитного поля на щели

Дифракция электромагнитного поля по сфере

Вычисление электромагнитного поля от ансамбля диполей

Расчет оптического резонатора. Механизмы уширения и добротность

Расчет коэффициентов Эйнштейна.

Оценки теплового воздействия лазерного излучения

4.3. Лабораторные работы:

7 семестр

№ 1. Исследование распределения лазерного пучка по ширине

№ 2. Исследование оптического тракта лазерной системы

№ 3. Исследование интерферометров Майкельсона Фабри-Перо

№ 4. Оптические свойства лазерного излучения

4.4. Расчетные задания

Расчет интерференции на щели

Вычисление параметров дифракции на сфере

Вычисление расходимости лазерного поля


4.5. Курсовые проекты и курсовые работы – не предусмотрены

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео роликов. Презентации лекций содержат большое количество фотоматериалов. Выездные лекции-экскурсии в Институт общей физики РАН и НИИ «Полюс» (4 часа).

Практические занятия включают выездное занятие в Институт общей физики РАН (знакомство с современными мощными и фемтосекундными лазерами) и НИИ «Полюс» (знакомство с современными лазерными оптическими системами).

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным опросам, подготовку к практическим занятиям и лабораторным работам, изучение дополнительного материала, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные опросы, защита лабораторных работ

Аттестация по дисциплине – экзамен

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится итоговая оценка за 7 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. «Квантовая и оптическая электроника». Электронный конспект. М. МЭИ. 2009.

2. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика: Учебник- М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998.

3. Н.В. Карлов. "Лекции по квантовой электронике", Москва "Наука", 1988 г.



  1. Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. Высшая школа, 2001 г.

б) дополнительная литература:

  1. Звелто О. Физика лазеров. М.: Мир, 1979.

  2. Мэйтлэнд А., Данн М. Введение в физику лазеров. М.: Наука, 1978.

  3. Справочник по лазерам Т.1-2, под редакцией А.М. Прохорова. М.: Советское радио, 1978.

  4. Клышко Д.Н. Физические основы квантовой электроники. - М.: Наука. 1986.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://www.lebedev.ru; http://www.gpi.ru; http://www.polyus.msk.ru

б) другие:

учебный фильм "Квантовая электроника; учебный фильм «История создания лазеров»; видеоматериалы компании Cree по полупроводниковым светодиодам.



МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 141700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и профилю «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике».


ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

Д.т.н., профессор Дмитриев А.С.




"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой низких температур



д.т.н., профессор Дмитриев А.С.


Смотрите также:
Рабочая программа учебной дисциплины «квантовая и оптическая электроника» Цикл: профессиональный
158.38kb.
1 стр.
Программа дисциплины «Квантовая и оптическая электроника» Для специальности 210602. 65 «Наноматериалы» подготовки инженера
90.31kb.
1 стр.
Программа дисциплины «Квантовая и оптическая электроника» для специальности 210104. 65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника»
124.29kb.
1 стр.
Рабочая программа дисциплины «оптическая электроника» Направление подготовки бакалавра 210100-электроника и наноэлектроника
151.59kb.
1 стр.
Кафедра "Прикладная физика и оптика твердого тела" Курс "Квантовая и оптическая электроника" Направление: «Электроника и наноэлектроника»
12.94kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины " промышленная робототехника" Цикл: профессиональный
144.44kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины " энергетические машины и установки" Цикл: профессиональный
115.41kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины "низкотемпературный эксперимент" Цикл: профессиональный
161.3kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины " основы термической обработки " Цикл: профессиональный
122.13kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины "парогенераторы и теплообменники аэс" Цикл: профессиональный
120.98kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины «радиотехнические цепи и сигналы» Цикл: профессиональный
123.59kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины «котельные установки и парогенераторы» Цикл: профессиональный
212.13kb.
1 стр.