Учебно-методический комплекс дисциплины «Лазерные технологии»

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ

(ТТИ Южного федерального университета)

_____________________________________________________________________

учебно-методический комплекс

дисциплины «Лазерные технологии»

Образовательной профессиональной программы (ОПП)

направления 200200) «Оптотехника»,

специальности 200201 «Лазерная техника и лазерные технологии»

Факультет __Электроники и приборостроения_______________________

Выпускающая кафедра по ОПП ___Радиотехнической электроники

Таганрог, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (УМК)

Учебной дисциплины “ ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ “

1.  Проектирование учебного процесса по учебной дисциплине “Лазерные технологии” (8,9 и 10 семестры).

Дисциплина состоит из четырех разделов: лазерные технологии в приборостроении и точном машиностроении, лазерные технологии в микроэлектронике, лазерные технологии обработки стекла, лазерные технологии в биомедицине.

Общая трудоемкость – 250 часов.

2.  Технология процесса обучения.

Процесс обучения состоит в чтении лекций, в проведении лабораторных работ в 9 семестре, практических занятий в 8 и 10 семестрах, в сдаче зачетов в 8 и 9 семестрах и сдаче экзамена в 10 семестре. Кроме того, студенты выполняют самостоятельные задания, содержащие решение дома задач, решение которых проверяется при индивидуальных занятиях. Всего на самостоятельную работу студентам выделяется 81 час (из них на задание 40 часов). На индивидуальные занятия выделено 17 часов и 107 час на лекции.

3.  Междисциплинарные связи учебной дисциплины в общем перечне дисциплин ОПП (см. пункт 1).

4.  Рабочая программа учебной дисциплины (место, цели и задачи учебной дисциплины в общей структуре бакалаврской, инженерной и магистерской подготовки студента. (см. ниже).

5.  Календарный план дисциплины (смотри ниже).

6.  Карта обеспеченности учебно-методической литературой (список литературы с указанием раздаточных материалов, учебно-методических разработок и пособий, отражающих учебно-методическое обеспечение дисциплины) (см. пункт 2.1.).

7.  Контрольный конспект лекций преподавателя, отражающий содержание и уровень лекционного материала, варианты индивидуальных заданий, контрольные вопросы по отдельным модулям и в целом по всей учебной дисциплине.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ

(ТТИ Южного федерального университета)

_____________________________________________________________________

«СОГЛАСОВАНО» «УТВЕРЖДАЮ»

Председатель методической комиссии Декан ЭП факультета

по образовательной программе

______________________

________________________ ___________________________

«____»_________ 2011/12 учеб. год «____»________2011 /12 учеб. год

Образовательная профессиональная

программа (ОПП) специальности 200201 «Лазерная техника и лазерные

технологии» ____________________________________________

Факультет _____________ЭП_______________________

Выпускающая кафедра по ОПП РТЭ______

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ДИСЦИПЛИНЫ « ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Кафедра ______РТЭ_______________________

Форма обучения __________очная________ Срок обучения______5,5 лет______

Технология обучения лекции, лабораторные, практические занятия, самостоятельные, индивидуальные.

Курс 4,5

Семестры 8,9 и 10

Академические часы 250			Зачетные единицы: 7 з. е.
Учебных занятий	8 49	9 95	10 106		Учебных занятий	8,9 100	10 100
Из них: лекций практических лабораторных самостоятельных индивидуальных курсовая работа	22 11 − 16 − -	34 - 17 27 17 -	51 17 - 38 - -		Из них: лекций практических лабораторных самостоятельных индивидуальных курсовая работа	60 40	60 40
Промежуточный рей- тинг-контроль (зачет)	8,9 с			Промежуточный рей- тинг-контроль (зачет)	8,9 с.
Итоговый рейтинг- контроль (экзамен)		10 с.		Итоговый рейтинг- контроль (экзамен)	10 с.

Таганрог 2011

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта Российской Федерации образовательной профессиональной программы (ОПП)

____________ Лазерные технологии___________________ _________

_______________________ _индексСД. Ф.05______________________________________

Составители:

Должность	Уч. степень	Звание	Ф.И.О.	Подпись
профессор каф. РТЭ	д. т.н.	с. н.с.	.

Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры________________

радиотехнической электроники

Зав. кафедрой РТЭ

Cсогласовано с другими кафедрами или организациями:

Название организации	Подпись	Ф. И.О. руководителя

1. МЕСТО, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ «ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРОГРАММЕ,

реализуемой в университете

Место дисциплины в реализации основных задач образовательной профессиональной программы (ОПП).

Дисциплина формирует у студентов объем знаний в области современных методов и средств лазерных технологий, широко применяемых в различных отраслях науки и техники, особенно в прецизионных областях приборостроения, микроэлектроники и медицины.

Место дисциплины в обеспечении образовательных интересов личности обучающегося студента по данной ОПП.

Дисциплина является одной из основных для данной специальности. Закладывает фундаментальные знания в области широко используемых лазерных технологий, относящихся к современным высокоинформационным технологиям создания новейших сверхпрецизионных приборов в различных отраслях науки и техники. Эти знания обеспечивают образовательные интересы личности обучающихся студентов.

Место дисциплины в удовлетворении требований заказчиков выпускников университета данной ОПП

Дисциплина дает студентам знания в области технологии производства самых современных сверхпрецизионных приборов, что удовлетворяет требованиям заказчиков выпускников университета данной ОПП.

Знания каких учебных дисциплин должны предшествовать изучению дисциплины в ОПП

Изучение дисциплины использует материалы дисциплин «Физика», «Специальные разделы физики», «Информатика», «Инженерная графика», «Лазерная техника»

Для изучения каких дисциплин будет использоваться материал дисциплины при реализации рассматриваемой ОПП

Дисциплина является одной из основных дисциплин специализации, которые все вместе формируют профессиональные качества студента как высококвалифицированного специалиста.

Цель преподавания дисциплины

Целью преподавания дисциплины является формирование у студентов высокого уровня знаний в области современных высокоинформационных лазерных технологий.

Задачи изучения дисциплины

В результате изучения дисциплины студенты должны:

·  получить основополагающие знания в области высокоинформационных лазерных технологий;

·  получить практические навыки в проведении проектных работ по созданию лазерного технологического оборудования и технологических процессов лазерной обработки для области прецизионного приборостроения;

·  уметь проводить инженерные оценки и расчеты лазерных технологических процессов и лазерного технологического оборудования;

·  уметь проводить разработку макетных образцов лазерного технологического оборудования и проводить их исследования с целью получения заданных параметров и характеристик самого оборудования и отработки технологического процесса лазерной обработки.

2.  СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА

Лекции.

Содержание лекции.

Лекция 1. Введение в дисциплину «Лазерные технологии».

Лекция 2. Условия применения технологических лазеров.

Лекция 3. Типы технологических лазеров. Твердотельные ТЛ.

Лекция 4. Типы технологических лазеров. Быстропроточные ГР ТЛ.

Лекция 5. Оптика технологических лазеров.

Лекция 6. Изготовление и охлаждение зеркал ТЛ.

Лекция 7. Оптические резонаторы технологических лазеров.

Лекция 8. Системы управления и преобразования лазерного пучка.

Лекция 9. Системы автоматического управления ТЛ..

Лекция 10. Системы измерения и контроля ТЛ.

Лекция 11. Датчики и исполнительные устройства ТЛ.

Лекция 12..Энергетические условия взаимодействия ЛИ при обработке материалов.

Лекция 13. Тепловые процессы при лазерной обработке.

Лекция 14. Тепловые процессы при лазерной поверхностной обработке.

Лекция 15..Лазерные технологические установки для поверхностной обработки.

Лекция 16. Термическое упрочнение поверхности металлов и сплавов.

Лекция 17. Свойства сплавов и технологические особенности методов лазерной

термической обработки.

Лекция 18..Получение поверхностных покрытий с применением ЛИ.

Лекция 19. Лазерная резка материалов.

Лекция 20. Механизмы лазерного разделения материалов.

Лекция 21. Лазерная резка неметаллических материалов.

Лекция 22. Лазерная резка металлов.

Лекция 23..Разделение хрупких материалов методом лазерного термораскалывания.

Лекция 24. Лазерные технологии импульсной обработки материалов.

Лекция 25. Лазерное технологическое оборудование для разделения материалов.

Лекция 26. Лазерная сварка.

Лекция 27. Лазерные технологии в строительстве, геодезии и КГ машиностроении.

Лекция 28. Лазерные технологии в МЭ. Лазерная обработка тонких пленок..

Лекция 29. Лазерная запись информации.

Лекция 30. Лазерные технологические установки для обработки пленок.

Лекция 31. Лазерные технологии в сборочно-монтажных операциях.

Лекция 32. Лазерные установки для сборочных операций в МЭ.

Лекция 33. Лазерная запись информации.

Лекция 34. Лазерные технологии обработки стекла.

Лекция 35. Взаимодействие лазерного излучения с биологическими объектами.

Лекция 36. Волоконные элементы для биомедицины.

Лекция 37. Медицинские волоконные элементы и облучатели биотканей.

Лекция 38. Изготовление объемных моделей и оптических элементов.

Основная литература.

и др. Лазерная техника и технология. Учебное пособие для ВУЗов

в 7 томах. Под ред. . М. Высшая школа. гг.

2. Вейко В П, Метев техника в микроэлектронике. София. Изд. БАН. 1991г.

3 и др. Лазерная диагностика в биологии и медицине. М.:Наука.1989.

4. Промышленное применение лазеров. М.: Машиностроение. 1986.

5. , Соколов обработка неметаллических материалов. М.:Высшая школа. 1988.

6. Справочник по лазерной технике. Пер. с немецк. М.:Энергоатомиздат. 1991.

7. Тучин и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. Саратов: Изд. Саратовского ун-та. 1997.

8. Мачулка в печати. М.: Машиностроение.1989.

9. Мачулка обработка стекла. М.: Сов. радио. 1979.

2.1.3. Дополнительная литература.

1.  Пихтин основы квантовой электроники и оптоэлектроники. Высш. шк., 1983.

2.  Лазерный контроль атмосферы. Под ред. . М.: Мир. 1978.

3.  , Лебедев основы технологических лазеров. М.: Высшая школа.1987.

4.  Прикладная лазерная медицина. Учебное пособие. Под ред. и . М.: Интер-Экспресс. 1997.

5.  Лазеры в хирургии. Под ред. . М.: Медицина. 1989.

6.  Лазеры в офтальмологии. Под ред. . Саратов: Изд. Саратовского ун-та.1982.

7.  , Шахно задач по физико-технич. основам лазерных технологий. СПб. Изд. ИТМО. 2001.

2.2. Лабораторные занятия.

Занятие 1. Исследование твердотельного технологического лазера.

Занятие 2. Устройства управления излучением технологического лазера.

Занятие 3. Системы измерения и контроля параметров технологического лазера.

Занятие 4. Лазерная сварка оптических волокон и контроль их параметров.

2.3. Практические занятия.

Практические занятия проходят в виде решения задач, задаваемых лектором и под на - блюдением лектора, которые студенты решают у доски при участии остальных студентов.

2.4. Индивидуальные занятия.

Индивидуальные занятия проходят в виде проверки правильности решения задач, заданных по программе самостоятельных занятий.

3. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЦЕЛЕЙ

ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Студенты в процессе изучения дисциплины и после ее завершения в соответствии с профилем материала должны демонстрировать:

3.1. способность применять полученные знания;

3.2. способность идентифицировать, формулировать и решать поставленные проблемы;

3.3. способность использовать навыки, методы, оборудование и технологии для решения проблем;

3.4. способность разрабатывать и проводить эксперименты, анализировать и объяснять

полученные данные и результаты;

3.5. понимание профессиональной и этической ответственности;

3.6. формирование достаточно широкого образования, необходимого для понимания влияния профессиональных проблем и их решений на общество и мир в целом;

3.7. знание современных проблем;

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ, ДОСТИЖЕНИЯ И РЕАЛИЗАЦИИ

ЗАЯВЛЕННЫХ ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1.Стандартные формы контроля качества усвоения знаний.

4.2.Метод авторского формирования содержания зачетов и экзаменов.

4.3.Информационная база студентов и архивные записи.

4.4.Система требований (собрание образцов работ).

4.5.Оценка работы.

4.6.Устные зачеты и экзамены.

5. РЕЙТИНГ И ИТОГОВАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ОЦЕНКА

ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

5.1.Рейтинговая система РИТМ – ТРТУ использует 100 балльную оценку.

5.2.Промежуточный и суммарный рейтинг по дисциплине в 8,9 и 10 семестрах

Рейтинг первого контроля	Рейтинг второго контроля	Рейтинг третьего контроля	Суммарный (рубежный или итоговый) рейтинг
Макс.	Мин.	Макс.	Мин.	Макс.	Мин.	Макс.	Мин.
12	7	12	7	24	14	48	28
21	11	21	11	43	22	85	44
25	13	25	13	50	26	100	52

5.3. Рейтинг и итоговая дифференциальная оценка по дисциплине, если считать за 100 баллов наибольшее количество баллов 233, полученных студентом в суммарном рейтинге.

Дифференциальная оценка	Отлично	Хорошо	Удовлетворительно	Неудовлетво рительно
Рейтинг (в баллах системы РИТМ)	100-85	84-70	69-50	менее 49
Обозначение оценки в системе ЕСТS	A	C	E	F

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ

(ТТИ Южного федерального университета)

_____________________________________________________________________

«УТВЕРЖДАЮ»

Декан ЭП факультета

_ _____________________

«____»________2011/12 учеб. год

Образовательная профессиональная

программа (ОПП) специальности 200201 «Лазерные технологии»

Факультет _____________ЭП_______________________

Выпускающая кафедра по ОПП РТЭ ______

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ « ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ »

Кафедра ______РТЭ_______________________

Лектор .________

Форма обучения __________очная________ Срок обучения______5,5 лет______

Технология обучения лекции, лабораторные, практические, индивидуалные, самостоятельные занятия.

курс__4,5____Семестр 8,9 и 10

Академические часы 250			Зачетные единицы: 7 з. е.
Учебных занятий	8 с. 39	9 95	10 106		Учебных занятий	8,9 100	10 100
Из них: лекций практических лабораторных самостоятелных индивидуалных курсовая работа	− 22 11 − 16 −	34 - 17 27 17 -	51 17 - 38 - -		Из них: лекций практических лабораторных самостоятельных индивидуальных курсовая работа	60 40	60 40
Промежуточный рей- тинг-контроль (зачет)	8 ,9			Промежуточный рей- тинг-контроль (зачет)	8,9
Итоговый рейтинг- контроль (экзамен)		10		Итоговый рейтинг- контроль (экзамен)	10

ПРОВОДЯТ ЗАНЯТИЯ

Практические (ф. и.о. преподавателя группы)	Лабораторные (ф. и.о. преподавателя группы)	Руководство курсовым проекти рованием (ф. и.о. преподават. гр.)
		-

1. ЛЕКЦИИ

Неделя, число, месяц	ТЕМА ЛЕКЦИИ	Тип и число часов	Практические, семинарские занятия	Число часов
№1	Введение в дисциплину «Лазерные технологии».	2
№2	Условия применения технологических лазеров.	2
№3	Типы технологических лазеров. Твердотельные ТЛ.	2
№ 4	Типы технологических лазеров. Быстропроточные ГРТЛ.	2
№ 5	Оптика технологических лазеров.	4
№ 6	Изготовление и охлаждение зеркал ТЛ	2
№ 7	Оптические резонаторы ТЛ	2
№ 8	.Системы управления и преобразования лазерного пучка.	2
№ 9	Системы автоматического управления.	2
№ 10	Системы измерения и контроля.	2
№ 11	Датчики и исполнительные устройства ТЛ.	2
№ 12	Энергетические условия взаимодействия ЛИ при обработке материалов.	4
№ 13	Тепловые процессы при лазерной обработке.	2
№ 14	Тепловые процессы при лазерной поверхностной обработке.	2
№ 15	Лазерные технологические установки для поверхностной обработки.	2
№ 16	Термическое упрочнение поверхности металлов и сплавов.	2
№ 17	Свойства сплавов и технологические особенности методов лазерной термической обработки.	2
№ 18	Получение поверхностных покрытий с применением ЛИ..	4
№ 19	Лазерная резка материалов.	2
№ 20	Механизмы лазерного разделения материалов.	2
№ 21	Лазерная резка неметаллических материалов.	6
№ 22	Лазерная резка металлов.	2
№ 23	Разделение хрупких материалов методом лазерного термораскалывания.	2
№ 24	Лазерные технологии импульсной обработки материалов.	6
№ 25	Лазерное технологическое оборудование для разделения материалов	2
№ 26	Лазерная сварка	2
№ 27	Лазерные технологии в строительстве, геодезии и КГ машиностроении.	2
№ 28	Лазерные технологии в МЭ. Лазерная обработка тонких пленок.	2
№ 29	Лазерная запись информации	2
№ 30	Лазерные установки для обработки тонких пленок	2
№ 31	Лазерные технологии в сборочно-мотажных операциях МЭ.	2
№ 32	Лазерные установки для сборочных операций в МЭ	2
№ 33	Лазерная запись информации	2
№ 34	Лазерные технологии обработки стекла	3
№ 35	Взаимодействие ЛИ с биологическими объектами	5
№ 36	Волоконные элементы для биомедицины	4
№ 37	Медицинские волоконные элементы и облучатели биотканей	4
№ 38	Изготовление объемных моделей и оптических элементов	4

2. Лабораторные занятия

№№ занятий	Тема занятий	Число часов	Контроль усвоения материала	Число часов
№ 1	Исследование твердотельного технологического лазера	4	Оформлен. отчета и его защита
№2	Устройство управления излучением ТЛ	4	Оформлен. отчета и его защита
№ 3	Система измерения и контроля параметров ТЛ	4	Оформлен. отчета и его защита
№ 4	Лазерная сварка и контроль параметров оптических волокон	4	Оформлен. отчета и его защита

3.Практические занятия

Решение задач по темам прочитанных лекций в течении 8 и 10 семестров ( см. п.6 ).

4. Курсовые проекты и работы, типовые расчеты, типовые задания, домашние задания по учебному плану ТРТУ реализации ОПП

№	Вид и содержание	Дата
выдачи	сдачи
	Индивидуальное задание	1.2.06	15.3.06

5. Бюджет времени на самостоятельную подготовку студента

№	Вид работы	Часов в неделю	Всего часов
1.	Работа над лекциями	0,5	22
2.	Работа над заданием	2	59

Всего 81 час

Лектор
Ответственный за дисциплину (цикл)
Зав. кафедрой

6. Практические и индивидуальные задания по курсу «Лазерные технологии »

Примеры заданий.

1. Оценочный инженерный расчет параметров быстропроточного технологического лазера с неустойчивым оптическим резонатором. При заданных: номинальной мощности излучения Р …кВт, удельного массового энерговклада wд …Дж/г, скорости потока газа на выходе u …м/с, средней мощности удельного объемного энерговклада w … Вт/см3, высоты ГРК

Н … м, и кпд оптического резонатора h = 0,8 РАСЧИТАТЬ: давление или плотность рабочей среды r, ширину оптического резонатора поперек потока L и длину ГРК вдоль потока L// .

2. При заданных: температуре Т в сечении газового потока, составе рабочей газовой смеси, параметров давления p, плотности r, скорости газового потока u, геометрических размеров всех участков газодинамического тракта РАСЧИТАТЬ параметры газодинамического тракта быстропроточного технологического лазера.

3. Определить плотность мощности q лазерного излучения, необходимую для расплавления пленки материала … толщиной … мкм, на подложке из материала …, при воздействии излучения …- лазера с длительностью импульса t … нс.

4. Определить скорость сканирования лазерного луча при обработке металлической пленки их материала … на подложке из материала … , при длительности импульса t … нс, если диаметр зоны воздействия do … мм, а погрешность ширины реза … мм.

5. Во сколько раз уменьшится глубина прогретого слоя в подложке при лазерной обработке пленок при переходе от …-лазера в режиме свободной генерации( l1…мкм) к … - лазеру ( l2 … мкм ).

6. Как изменится соотношение между энергиями, затрачиваемыми на испарение пленки и на нагрев подложки по мере сокращения длительности импульса t нс лазерного излучения.

7. Найти плотность мощности лазерного излучения, необходимую для расплавления пленки материала …, толщиной … мкм, на подложке из материала …, при воздействии в непрерывном режиме, со скоростью перемещения луча … см/ c пучком … - лазера при размере облученной области … мкм.

7. Перечень оборудования и приборов для проведения лабораторных

работ по курсу

1. Исследование твердотельного технологического АИГ:Nd - лазера. Типовой лаборатор-

ный стенд ТДМ-4, источник питания и контроля работы квантрона СПИК-1, измеритель мощности ИМО-24. Выполняются: юстировка оптического резонатора, исследуется работа лазера в различных режимах ( непрерывный, импульсный), измеряется мощность лазерного излучения и его расходимость.

2. Устройство управления излучением технологическим АИГ:Nd - лазером. Типовой лабораторный стенд ТДМ-4, источник питания и контроля работы квантрона СПИК-1, газовый лазер ЛГН-105, осциллограф двухканальный, набор зеркал, линз, акусто-оптический затвор. Исследуется: модовый состав излучения ТЛ в режиме модулирования добротности.

3. Система измерения и контроля параметров технологического АИГ:Nd - лазера. Типовой лабораторный стенд ТДМ-4, газовый лазер ЛГН-105. Исследуется открытый оптический резонатор с помощью одномодового луча газового лазера.

4. Лазерная сварка и контроль параметров оптических волокон. Комплект для сварки световодов КСС-111. Набор оптических волокон различного типа. Изучается технологический процесс сварки оптических волокон на практике.