МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение среднего

профессионального образования

Красногорский государственный колледж

Государственный контракт от 29.г. № 12.Р20.11.0006

ПРОГРАММА

по направлению

«ОПТИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ»

для подготовки специалистов технической направленности в рамках

стратегических и приоритетных отраслей развития промышленности,

использующих ресурсы сети образовательных учреждений

на базе межрегионального отраслевого ресурсного центра

в рамках Федеральной целевой программы развития образования

на годы

по открытому конкурсу №04.01-002-П-Ф-33

на выполнение работ по проекту

«Модернизация системы начального профессионального и среднего профессионального образования для подготовки специалистов в области наноиндустрии на базе межрегионального отраслевого ресурсного центра»

Москва 2011

СОГЛАСОВАНО

Начальник бюро МЦ «Зенит-Ресурс» по сопровождению учебных процессов отраслевого филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана

_____________

УТВЕРЖДАЮ

Директор ФГОУ СПО «Красногорский государственный колледж», доктор педагогических наук, кандидат экономических наук, профессор, Заслуженный учитель РФ

_______________

«____» ______________ 2011 г.

Разработчики:

Заведующая учебной частью ФГОУ СПО «Красногорский государственный колледж»,

Заведующая отделением «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», к. п.н.,

Рецензенты:

, доктор технических наук, начальник оптическо-технологического отдела, главный оптик ФНПЦ завод им. »

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Пояснительная записка

Учебный курс «Оптическая микроскопия» охватывает основные вопросы проведения измерений методами и методиками оптической микроскопии, анализа результатов измерений, а также выработки выводов по результатам исследований.

Учебный курс «Оптическая микроскопия» строится на основе оптимального соотношения теоретических и прикладных вопросов с обязательным участием слушателей в самостоятельном исследовании нанообъектов и наносистем различными оптическими методами. Программа курса повышения квалификации направлена на решение задач, которые ставятся перед специалистами в современных условиях разработки и производства наносистем, требующих широких знаний как в области проектирования и технологии производства, так и в методах их сертификации и измерений. Учитывая большое разнообразие измерительных методов и приборов для проведения измерений, в состав курса «Оптическая микроскопия» включены лабораторные работы по основным методам измерений на оптических микроскопах. Темы лабораторных работ и их содержание связаны с формированием и развитием у специалистов практических навыков измерения, анализа результатов измерений и формулирования выводов по наиболее эффективному применению методов и средств оптической микроскопии.

В составе учебного курса «Оптическая микроскопия» предусмотрены теоретические разделы, по которым имеются доступные учебно-методические материалы и учебная литература, изучаемые слушателями самостоятельно.

Программа повышения квалификации по оптической микроскопии предполагает возможность изменения структуры курса в зависимости от пожеланий слушателей и работодателей. Первый вариант ориентирует слушателей на очное пребывание на занятиях весь период обучения, в этом случае разделы теоретических лекций будут сопровождаться практическими лабораторными занятиями по мере их проведения. Второй вариант делит программу на два блока (теоретический и практический) и рассчитан на безотрывное от основной работы обучение слушателей в режиме дистанционного обучения по всему теоретическому блоку. Лабораторные работы подразумевают очное пребывание слушателей на базе Межрегионального отраслевого ресурсного центра при Красногорском государственном колледже.

Целевая аудитория программы. Область применения. Требования к начальному уровню подготовки.

Программа «Оптическая микроскопия» ориентирована на специалистов-материаловедов, работников заводских лабораторий, в которых применяются микроскопические методы исследований топографии поверхности, приповерхностных структурных дефектов, электрически активных дефектов, определение атомного состава поверхности, а также для специалистов в области медицины, химии, биологии, занимающихся исследованиями микрохимического анализа веществ, визуализации таких материалов, как полимеры и биологические образцы. Помимо этого, курс может быть предназначен для краткосрочного повышения квалификации преподавателей и научных работников по направлению «Методы диагностики и исследования наноструктур». Прохождение курса также рекомендовано студентам, планирующим использовать различные методы микроскопии при выполнении курсовых и дипломных работ в области материаловедения, метрологии и стандартизации.

Для успешного усвоения материала учебного курса «Оптическая микроскопия» необходимо обладать знаниями в области оптики, общих математических и естественнонаучных дисциплин.

Цель курса: изучение основных методов и средств оптической микроскопии, освоение базовых методик проведения научного эксперимента средствами оптической микроскопии.

Задачами курса являются:

-  Получение теоретических и практических навыков работы с методами и средствами оптической микроскопии;

-  Получение знание основных методов оптической микроскопии;

-  Изучение методов и средств люминесцентной микроскопии;

-  Изучение методов фазового контраста и темного поля;

-  Изучение метода интерференционного контраста;

-  Изучение областей применения различных методов оптической микроскопии.

Требования к уровню освоения содержания курса:

В результате повышения квалификации в рамках курса «Оптическая микроскопия» слушатели должны приобрести следующие компетенции:

-  представление о классификации основных методов оптической микроскопии;

-  знание функционального состава и принципов работы приборов для проведения оптической микроскопии;

-  владение основными подходами и методиками проведения оптической микроскопии.

-  умение разрабатывать методику проведения оптической микроскопии, удовлетворяющую функциональным требованиям и областям применения;

-  способность проводить измерения микрообъектов и микросистем изучаемыми методами оптической микроскопии;

-  умение применять различные методы оптической микроскопии на широком классе средств оптической микроскопии;

-  способность проводить научные эксперименты методами оптической микроскопии и обработки их результатов.

Тематический план

Таблица 1 – Тематический план учебного курса «Оптическая микроскопия»

№ п/п

Название темы

Кол-во часов

В том числе:

Лекций

Лабораторных и практических работ

1

2

3

4

5

1.

Введение в оптическую микроскопию

6

6

-

1.1

История оптической микроскопии

1

1

-

1.2

Глаз и его свойства

1

1

-

1.3

Оптическая схема микроскопа

1

1

-

1.4

Классификация объективов микроскопа

1

1

-

1.5

Методы расчета объективов микроскопа

2

2

-

2.

Отсчетные оптические устройства

4

4

-

2.1

Измерительные марки

2

2

-

2.2

Шкаловые отсчетные устройства

2

2

-

3.

Осветительные системы

4

4

-

3.1

Осветительные системы микроскопов

2

2

-

Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

3.2

Прожекторные системы

1

1

-

3.3

Оптические системы локации с лазером

1

1

-

4.

Оптические системы
для инфракрасной области спектра

4

4

-

4.1

Материалы, применяемые для ИК-области спектра

2

2

-

4.2

Коррекционные возможности однолинзовой системы

1

1

-

4.3

Анастигмат из двух линз

1

1

-

5.

Оптические системы

10

6

-

5.1

Принцип действия микроскопа

1

1

-

5.2

Оценка качества изображений в микроскопии

3

1

-

5.3

Зеркальные и зеркально-линзовые объективы

2

1

-

5.4

Окуляры, применяемые в микроскопах. Унификация оптических узлов микроскопов

3

2

-

6.

Виды оптических микроскопов

12

4

8

6.1

Конфокальный микроскоп

6

2

4

6.2

Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия

6

2

4

7.

Методы световой микроскопии

32

12

24

Всего

72

40

32

Содержание курса

Тема 1. Введение в оптическую микроскопию

1.1

История оптической микроскопии

История создания оптических микроскопов. Устройство и современные задачи.

1.2

Глаз и его свойства

Устройство глаза. Изменение диапазона аккомодации. Чувствительность глаза. Разрешающая способность глаза

1.3

Оптическая схема микроскопа

Фокусное расстояние микроскопа. Фокусное расстояние объектива. Фокусное расстояние окуляра. Гиперфокальные расстояния. Глубина изображения. Предел разрешения. Полезное увеличение микроскопа

1.4

Классификация объективов микроскопа

Классификация по спектральной области: линзовые объективы, зеркально-линзовые объективы, зеркальные объективы. Классификация по степени коррекции: монохроматы, ахроматы, апохроматы, суперапохроматы, планобъективы

1.5

Методы расчета объективов микроскопа

Метод проб. Алгебраический метод. Комбинированный метод. Метод расчета по частям. Аберрационный расчет

Тема 2. Отсчетные оптические устройства

2.1

Измерительные марки

Одиночный штрих. Перекрестие двух штрихов. Биссектор

Определение расхождения между размерами измеряемого объекта и эталона. Картины поля зрения оптических отсчетных устройств

2.2

Шкаловые отсчетные устройства

Нониус и верньер. Трансверсальный масштаб. Муар-микрометр

Тема 3. Осветительные системы

3.1

Осветительные системы микроскопов

Метод Кёллера. Виды конденсоры

3.2

Прожекторные системы

Оптические характеристиками прожекторов. Оптическая схема прожектора

3.3

Оптические системы локации с лазером

Лазер с афокальной насадкой. Оптическая система локатора. Энергетическая освещенность объекта

Тема 4. Оптические системы для инфракрасной области спектра

4.1

Материалы, применяемые для ИК-области спектра

Поддиапазоны ИК-области спектра. Использование оптических материалов. Показатели преломления и коэффициенты
дисперсии материалов

4.2

Коррекционные возможности однолинзовой системы

Минимальный световой диаметр. Максимальное значение поперечной аберрации. Асферизация поверхностей

4.3

Анастигмат из двух линз

Устранения астигматизма в объективе. Линейное увеличение второй линзы. Коррекционные возможности простейших систем, выполненных из германия

Тема 5. Оптические системы

5.1

Принцип действия микроскопа

Принципиальная оптическая схема микроскопа. Группы объективов микроскопов. Фокусировка микроскопа. Оптическая передаточная функция (ОПФ)

5.2

Оценка качества изображений в микроскопии

Разрешающая способность. Латеральное (поперечное) и аксиальное (продольное) разрешение. Диск Эри. Критерий Рэлея. Схема образования изображения несамосветящегося объекта по Аббе

5.3

Зеркальные и зеркально-линзовые объективы

Оптические схемы некоторых зеркальных и зеркало-линзовых объективов. Высокоапертурные зеркальные системы

5.4

Окуляры, применяемые в микроскопах. Унификация оптических узлов микроскопов

Визуальные окуляры. Окуляры, используемые в микрофотографии и микропроекционных устройствах. Оптические схемы окуляров, применяемых в микроскопах. Окуляры Гюйгенса. Окуляры Кельнера. Гомалы. Унификация оптических узлов микроскопов

Тема 6. Виды оптических микроскопов

6.1

Конфокальный микроскоп

Разрешение и контрастность при применении конфокальной микроскопии. Распределение интенсивности вдоль оптической оси. Размер диафрагм в фокальной плоскости облучающей и собирающей линз. Схемы сканирования

6.2

Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия

Дифракционный предел. Ближнепольный оптический микроскоп (БОМ). Прохождение света через субволновые диафрагмы

Тема 7. Методы световой микроскопии

Метод светлого поля в проходящем свете. Метод темного поля в проходящем свете. Метод ультрамикроскопии. Поляризационная микроскопия. Метод фазового контраста. Метод интерференционного контраста. Метод исследования в свете люминесценции. Метод наблюдения в ультрафиолетовых (УФ) лучах

Перечень лабораторных работ

Таблица 2 – Перечень лабораторных работ по курсу «Оптическая микроскопия»

№ 
п / п

Тема лабораторной работы

Объем, час.

1

2

3

1.

Изучение работы конфокального микроскопа.

4

2.

Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия

4

Продолжение таблицы 2

1

2

3

3.

Методы световой микроскопии:

24

3.1.Метод светлого поля и его разновидности

4

3.2.Метод темного поля и его разновидности

4

3.3.Метод фазового контраста

4

3.4.Поляризационная микроскопия

4

3.5.Метод интерференционного контраста

4

3.6.Метод исследования в свете люминесценции

4

Всего

32

Примерный перечень рекомендуемого оборудования для практической подготовки слушателей

-  Эллипсометр «Эльф»,

-  спектрометр высокого разрешения OceanOptics HR-4000,

-  монохроматор,

-  Конфокальный микроскоп

-  Ближнепольный оптический микроскоп

Примерный перечень вопросов

для самостоятельной работы и самоконтроля

1.  Что такое азимут поляризации?

2.  Что такое эллиптичность поляризации?

3.  Что характеризуют параметры Стокса?

4.  В чем отличие однородных плоских волн от неоднородных?

5.  Что устанавливает закон Малюса?

6.  Как можно получить линейно поляризованный свет?

7.  Дайте определение яркости

8.  Дайте определение освещенности

9.  Дайте определение светимости

10.  Дайте определение светового потока

11.  Что такое ламбертовский источник света?

12.  Как изменяется интенсивность в ламбертовском источнике?

13.  Что такое оптическая ось кристалла?

14.  Что такое двулучепреломление?

15.  Как проявляется оптическая активность кристалла?

16.  Каков вид тензора диэлектрической проницаемости намагниченной

среды?

17.  Что такое эффект Фарадея?

18.  Что такое магнитооптический эффект Керра?

19.  Чем отличается распространение света в однородной среде от

распространения света в неоднородной среде?

20.  Каковы особенности отражения света от шероховатой поверхности?

21.  Каковы составляющие рассеянного потока?

22.  Что такое дифракция Френеля?

23.  Что такое дифракция Фраунгофера?

24.  Почему дифракционное поле от отверстия можно представить как

пространственное Фурье-преобразование?

В чем проявляются дифракционные эффекты при распространении света

через отверстие?

25.  Какие типы фильтрации могут быть?

26.  Основные положения теории микроскопа Аббе?

27.  Какое преобразование осуществляет объектив микроскопа?

28.  Какую роль выполняет окуляр микроскопа?

29.  Что такое фазовое изображение?

30.  Что такое сверхразрешение?

31.  Что такое обратная оптическая задача?

32.  Почему возможно сверхразрешение в фазовых изображениях?

33.  Что такое эллипсометрия?

34.  Что измеряется в эллипсометрии?

35.  Каковы возможные применения эллипсометрии?

36.  Что характеризует вектор-параметр Стокса?

37.  Что такое матрица переноса?

38.  Как измеряются элементы матрицы переноса?

Форма итогового контроля

Устный зачет по теоретическим вопросам и выполнение практического задания.

Примерный перечень вопросов к зачету

1.  История создания оптических микроскопов.

2.  Устройство и современные задачи микроскопов.

3.  Устройство глаза. Чувствительность глаза. Разрешающая способность глаза

4.  Изменение диапазона аккомодации.

5.  Фокусное расстояние микроскопа. Фокусное расстояние объектива. Фокусное расстояние окуляра.

6.  Гиперфокальные расстояния. Глубина изображения. Предел разрешения. Полезное увеличение микроскопа

7.  Классификация объективов микроскопа

8.  Классификация микроскопов по степени коррекции

9.  Аберрационный расчет

10.  Одиночный штрих. Перекрестие двух штрихов. БиссекторОпределение расхождения между размерами измеряемого объекта и эталона.

11.  Трансверсальный масштаб.

12.  Муар-микрометр

13.  Метод Кёллера.

14.  Виды конденсоры

15.  Оптические характеристиками прожекторов. Оптическая схема прожектора

16.  Лазер с афокальной насадкой. Оптическая система локатора. Энергетическая освещенность объекта

17.  Поддиапазоны ИК-области спектра. Показатели преломления и коэффициенты дисперсии материалов

18.  Асферизация поверхностей

19.  Астигматизм. Устранения астигматизма в объективе.

20.  Принципиальная оптическая схема микроскопа. Группы объективов микроскопов. Фокусировка микроскопа.

21.  Разрешающая способность. Латеральное (поперечное) и аксиальное (продольное) разрешение.

22.  Диск Эри.

23.  Критерий Рэлея.

24.  Оптические схемы зеркальных и зеркало-линзовых объективов. Высокоапертурные зеркальные системы

25.  Виды окуляров

26.  Конфокальный микроскоп

27.  Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия

28.  Метод светлого поля в проходящем свете.

29.  Метод темного поля в проходящем свете.

30.  Метод ультрамикроскопии.

31.  Поляризационная микроскопия.

32.  Метод фазового контраста.

33.  Метод интерференционного контраста.

34.  Метод исследования в свете люминесценции.

35.  Метод наблюдения в ультрафиолетовых лучах

Список используемых источников

Основная литература

1.  , , Нефедьев квантовой оптики
и атомной физики. – М.: Книжный дом Университет, 2006.

2.  Алесковский -химические методы анализа. – С.-П.: Химия, 1998.

3.  Эллипсометрия и поляризованный свет. М.: Логус, 2001.

4.  , Никитин оптика. – М.: МГУ Наука, 2004.

5.  Бахтизин Р. З. Сканирующая туннельная микроскопия – новый метод изучения поверхности твердых тел // Соросовский образовательный журнал. – 2000. – Т. 6. – № 11. – С. 1–7.

6.  Основы оптики. – М. Наука, 1973

7.  Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. М.: Из-во Техносфера, 2004.

8.  , , Кузин обеспечения единства оптико-физических измерений. – М.: Горячая Линия-Телеком, 2006.

9.  , Кудеяров оптическая микроскопия, - М.: Наука, 1992

10.  Техническая микроскопия. Практика работы с микроскопами для технических целей. –М.: Техносфера, 2007

11.  , , Марциновский внутри дифракционного предела // УФН. – 1998. – Т. 168. –
№ 7. – С. 801–804.

12.  , , Кузичев оптических систем. – М.: Лань, 2008.

13.  , , Филатов основы интегральной оптики. – М.:ИЦ Академия, 2010.

14.  Компьютерная микроскопия. – М.:Техносфера, 2005.

15.  Скоков спектральные приборы. – М.: Машиностроение, 1998.

16.  , Филиппов и преломление света прозрачными кристаллами. – Минск, «Наука и техника», 2001.

17.  Оптическая микроскопия для химиков и биологов. – М.: Техносфера, 2007.

18.  Эдельман туннельная микроскопия. // Приборы и техника эксперимента, № 5, с. 25 –

Дополнительная литература

1.  Алесковский -химические методы анализа. – С.-П.: Химия, 1998.

2.  Волькенштейн вопросов и задач по общей физике. – М.: Высшая школа, 1991.

3.  , // Опт. вестн. – 1992. – № 5/6. С. 1–2.

4.  Кумар // В мире науки. – 1989. – № 12. –
С. 62–71.

5.  Матвеев общей физики. – М.: Высшая школа, 1976–1989. – Тт. I–V.

6.  Савельев вопросов по общей физике. – М.: Логос, 2001.

7.  Суханов по квантовой физике. – М.: Высшая школа, 2001.

Интернет-источники

1.  Интернет-сайт компании «НТ-МДТ»: http://www. *****

2.  Интернет-сайт «Нанометр»: http://www. *****

3.  Интернет-сайт «Центра перспективных технологий»: http://www.

4.  Интернет-сайт учебно-научного центра «Бионаноскопия»: http://www. nanoscopy. org

5.  Интернет-сайт объединенной группы МГУ «Сканирующая зондовая микроскопия»: http://www. spm. genebee. *****

6.  Интернет-сайт компании - Carl Zeiss: http://www.optec. *****

7.  Лаборатория измерений параметров и свойств нано - и микрообъектов: http://*****/

8.  Сайт компании «Микросистемы» http://www. *****

9.  Сайт Российской национальной нанотехнологической сети http://**/

10.  Интернет-сайт «Все о микроскопах» http://www. *****/

11.  Сайт Microscope World Microscopy and Dynamic Light Scattering http://*****/microscope. html