МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УТВЕРЖДАЮ
Руководитель Департамента
образовательных программ и стандартов
_______________
«____»______________ 2001 г.
ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
КВАНТОВЫЕ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА
Рекомендуется Минобразованием России
для специальности 200300 ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА
направления подготовки дипломированных специалистов
654100 ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
1. Цели и задачи дисциплины
Квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства широко внедряются в различных отраслях науки и техники, и освоение этой дисциплины важно для формирования современного инженера электронной техники.
Программа курса рассчитана на предварительную подготовку студентов в области квантовой и оптической электроники, твердотельной электроники и микроэлектроники, электродинамики и микроволновой техники.
В процессе изучения дисциплины у студентов должна быть сформирована совокупность знаний, умений и навыков, служащих им основой для последующей специализации по месту работы на предприятиях, изготавливающих и использующих квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен:
-знать физические процессы и явления, лежащие в основе работы различных квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств; основные физические и математические модели, используемые на этапах расчета и проектирования; основные технологические процессы их производства;
- уметь использовать современные типовые методы расчета параметров и элементов конструкции приборов и устройств с применением средств вычислительной техники;
- иметь представление об основных научно-технических проблемах и перспективах развития квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств, а также основных областях их применения и степени экологической опасности.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы | Всего часов | Семестр |
Общая трудоемкость дисциплины | 140 | 8 |
Аудиторные занятия | 85 | 8 |
Лекции | 51 | 8 |
Практические занятия (ПЗ) | 17 | 8 |
Лабораторные работы (ЛР) | 17 | 8 |
Самостоятельная работа | 55 | 8 |
Курсовой проект (работа) | 20 | 8 |
Вид итогового контроля | З, Э | 8 |
4. Содержание дисциплины
4.1. Виды дисциплины и виды занятий
№ п/п | Разделы дисциплины | Лекции | ПЗ | ЛР |
1. | Оптические резонаторы | * | * | * |
2. | Активные среды квантовых приборов | * | * | |
3. | Общие свойства лазеров | * | * | |
4. | Мазеры | * | * | |
5. | Лазеры | * | * | * |
6. | Управление лазерным излучением | * | * | * |
7. | Основы нелинейной оптики | * | * | |
8. | Элементы когерентной оптоэлектроники | * | * | * |
9. | Применение квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств | * | * | * |
4.2. Содержание разделов дисциплины
Введение
Основные классификационные признаки приборов и устройств квантовой электроники и оптоэлектроники.
Стандартная терминология.
Структура содержания курса, его связь с другими дисциплинами учебного плана и место в подготовке инженера электронной техники.
1. Оптические резонаторы
Особенности открытых резонаторов.
Световой пучок в открытом резонаторе. Условие устойчивости резонаторов и диаграмма устойчивости. Типы устойчивых резонаторов. Неустойчивые резонаторы.
Селекция типов колебаний в открытом резонаторе.
Дисперсионные резонаторы.
2. Активные среды квантовых приборов
Методы получения инверсных состояний по двух - и многоуровневой схеме и их использование в мазерах, лазерах.
Уравнения кинетики изменения населенности уровней в квантовых системах. Условия инверсии населенностей. Нелинейные свойства квантовых систем.
Процессы релаксации в квантовых системах.
3. Общие свойства лазеров
Стационарная и нестационарная генерация излучения.
Параметры и характеристики лазерного излучения: временная и пространственная когерентность, угловая расходимость, поляризация, энергия и мощность, длительность импульсов, уровень шумов, Спектр типов колебаний. Стабильность параметров.
Методы измерения энергетических параметров лазеров.
Спектроскопия лазерного излучения.
Переходные режимы лазеров, Режим гигантских импульсов.
Синхронизация мод.
Типы и конструкции лазеров. Источники накачки.
4. Мазеры
Мазеры на молекулярных и атомных пучках. Типы используемых сортирующих систем.
Мазеры с оптической накачкой.
Квантовые дискриминаторы. Квантовые стандарты частоты.
Квантовые парамагнитные усилители (КПУ). Резонаторные КПУ. Схемы работы на проход и на отражение. Амплитудно-частотные характеристики. Полоса перестройки. Динамический диапазон.
КПУ с бегущей волной. Конструкции замедляющих систем. Устойчивость усиления.
Насыщенные КПУ. Шумы и достижимые параметры.
5. Лазеры
Твердотельные лазеры: рубиновый, неодимовый, на центрах окраски.
Газовые лазеры: атомарные, ионные, молекулярные лазеры на колебательно-вращательных переходах.
Газодинамические лазеры.
Химические и фотодиссоциационные лазеры.
Лазеры на электронных переходах. Эксимерные лазеры.
Лазеры на растворах органических красителей.
Рентгеновские лазеры.
Полупроводниковые лазеры на гомо - и гетероструктурах.
Лазерные усилители: типы, параметры, шумы. Эффект насыщения мощных импульсных усилителей.
6. Управление лазерным излучением
Распространение света в анизотропных средах и поляризация излучения.
Эффекты Керра, Поккельса, Фарадея.
Электро-, магнито - и акустооптические эффекты.
Методы модуляции и отклонения лазерного луча. Типы лазерных модуляторов и дефлекторов.
Перестройка длины волны излучения лазеров.
Получение сверхкоротких лазерных импульсов.
7. Основы нелинейной оптики
Волновые уравнения нелинейной оптики. Нелинейная поляризуемость и взаимодействие световых волн. Условие волнового синхронизма.
Лазерные умножители частоты. Генерация второй гармоники.
Параметрические лазерные усилители, генераторы и преобразователи частоты. Способы перестройки частоты генераторов.
Вынужденное комбинационное рассеяние и вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
Обращение волнового фронта лазерного излучения. Адаптивная оптика.
Самовоздействие световых пучков.
8. Элементы когерентной оптики
Оптические линии передачи. Световод. Оптические кабели и их разновидности по применению и конструкции. Оптические волокна со ступенчатым и плавным профилем показателя преломления. Условие одномодового режима. Затухание волн в световоде. Состав и способы изготовления оптического волокна.
Основные элементы интегральной оптики.
Оптические методы записи, обработки, хранения, передачи и считывания информации.
Классификация оптоэлектронных устройств. Некогерентные излучатели. Принцип действия, конструкция, типы, параметры и характеристики светодиодов. Когерентные излучатели.
Фотоприемники, их типы, параметры и характеристики. Фоторезисторы, фотодиоды, гетерофотодиоды, лавинные и p-i-n фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, фотоклистроны и фотоЛБВ. Статические и динамические ФЭУ. Одноэлементные фотоприемники на основе МДП-структур. Многоэлементные фотоприемные устройства.
Оптроны, их конструкции, параметры и характеристики.
Техника волоконно-оптических линий связи (ввод, вывод, коммутация и ответвление излучения).
9. Применение квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств
Основные направления применений квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств. Проблемы, решаемые методами и средствами квантовой и оптоэлектроники.
Интерференционные измерительные устройства: дальномеры, датчики перемещений и вибраций, лазерные измерители скорости. Лазерные гироскопы.
Линейная и нелинейная лазерная спектроскопия. Многофотонная, поляризационная, пикосекундная спектроскопия.
Лазерная фотохимия: разделение изотопов, инициирование направленных химических реакций.
Голография и ее применение в интерферометрии, системах записи и обработки информации.
Возможности и особенности использования лазеров в технологии машиностроения и электронного приборостроения.
Лазеры в медицине. Применение в хирургии, терапии и диагностике заболеваний.
Лазеры в военной технике.
Лазеры в аудио - и видеотехнике.
Приборы и устройства оптоэлектроники в системах ближней и дальней связи.
Заключение
Основные тенденции и направления дальнейшего развития и совершенствования квантовой и оптоэлектроники. Применение ЭВМ при разработке квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств.
Численное моделирование и проблемы разработки средств автоматизированного проектирования лазеров и лазерных систем.
5. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ |
1. | 1 | Исследование методов юстировки и настройки оптических систем лазеров |
2. | 3 | Исследование лазера гигантских импульсов |
3. | 5 | Исследование газоразрядного лазера |
4. | 5 | Исследование твердотельного импульсного лазера |
5. | 5 | Исследование инжекционного полупроводникового лазера |
6. | 6 | Исследование модуляции лазерного излучения |
7. | 6 | Исследование электронно-управляемого дефлектора лазерного луча |
8. | 7 | Исследование параметрического усилителя света |
9. | 8 | Исследование оптрона |
10. | 9 | Получение объемной голограммы по методу Денисюка |
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Рекомендуемая литература.
а) основная литература:
1. Пихтин основы квантовой и оптоэлектроники. - М.: Высшая школа, 1983, 304 с.
2. Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов и дискриминаторов. Под ред. . - М.: Сов. радио, 1978, 303 с.
3. Карлов по квантовой электронике. - М.: Наука, 1988, 335 с.
4. , , Тарлыков лазерной техники. Л.: Машиностроение, 1990, 316 с.
5. Лазерная техника и технология. 7 кн. под ред. . - М.: Высшая школа, 1гг.
6. , , Кокин в оптоэлектронику. - М.: Высшая школа, 1991, 191 с.
7. , Майоров методы обработки информации. - М.: Высшая школа, 1988, 234 с.
б) дополнительная литература:
1. , , Лифанов усилители СВЧ (мазеры). - М.: Сов. радио, 1971, 431 с.
2. Тарасов в квантовую оптику
. - М.: Высшая школа, 1987, 304 с.
3. Ананьев резонаторы и лазерные пучки. - М.: Наука, 1990, 263 с.
4. , Успенский квантовой электроники. - М.: Высшая школа, 1979, 303 с.
5. Принципы лазеров. - М.: Мир, 1990, 559 с.
6, Технологические лазеры. Справочник в 2 т. Под ред. . - М.: Машиностроение. Т.1,, 431 с.
7. , , Ф, Применение ЭВМ при разработке лазеров. - Л.: Машиностроение, 1989, 276 с.
8. Шен нелинейной оптики. - М.: Наука, 1989, 557 с.
9. Чео оптика: Приборы и системы.- М.: Энергоатомиздат, 1988,
279 с.
10. Свешников интегральной оптики. - М.: Радио и связь, 1987, 101 с.
11. Успенский задач по квантовой электронике. - М.: Высшая школа, 1976, 175 с.
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины
По усмотрению вузов.
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
По усмотрению вузов.
8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
По усмотрению вузов.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 654100 “Электроника и микроэлектроника”
Программу составили:
П… - доцент Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ"
- профессор Таганрогского государственного радиотехнического университета
Программа одобрена на заседании учебно-методического совета по специальности 200300 “Электронные приборы и устройства” от 01.01.01г., протокол
Председатель Совета УМО по образованию
в области автоматики, электроники,
микроэлектроники и радиотехники
