Радиофизика (стр. 1 )

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

И. о. проректора-начальник

управления по научной работе

_______________________

__________  _____________ 2011 г.

радиофизика

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для аспирантов специальности 01.04.03 «Радиофизика»

очной и заочной формы обучения

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

Автор работы _____________________________//

«______»___________ 2011 г.

Рассмотрено на заседании кафедры радиофизики 29.08.2011года. Протокол № 1. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:

Объем 21стр.

Зав. кафедрой _____________________________//

«______»___________ 2011 г.

Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ ____.____.2011года. Протокол №____.

Соответствует ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура)

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК ________________________//

«______»___________ 2011 г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Нач. отдела аспирантуры

и докторантуры _____________

«______»___________ 2011 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики, естественных наук и информационных технологий

Кафедра радиофизики

Радиофизика

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для аспирантов специальности 01.04.03 Радиофизика

очной и заочной форм обучения

Тюменский государственный университет

2011

Табарин . Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 01.04.03 Радиофизика очной и заочной форм обучения.  Тюмень, 2011, 21 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура).

Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Радиофизика [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. umk3.utmn. ru., свободный.

Рекомендовано к изданию кафедрой Радиофизики. Утверждено и. о. проректора-начальника управления по научной работе Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой радиофизики (согласно Инструкции о порядке утверждения УМКД ОПППО ГОУ ВПО «Тюменский государственный университет», утвержденной приказом ректора )

© Тюменский государственный университет, 2011.

© , 2011.

Пояснительная записка

Цели и задачи дисциплины:

Целью данной дисциплины является приобретение аспирантами знаний о методах фотомикрофлюидики и современных приборах, умение применять их в промышленной практике и научных исследованиях.

Задачами дисциплины «Радиофизика» являются:

формирование современного понимания фототермических явлений, возникающих при взаимодействии излучения с веществом и их применение в различных фототермических методах лазерной диагностики и фотомикрофлюидики. привитие навыков самостоятельного поиска, анализа и выбора методов исследования в конкретной области науки или техники.
Место дисциплины в структуре ОПППО.

«Радиофизика» является дисциплиной основного цикла подготовки аспирантов специальности 01.04.03 Радиофизика.

Содержание курса «Радиофизика» базируется на знаниях, приобретённых при изучении следующих дисциплин: разделов «Электричество, магнетизм, оптика, атомная и ядерная физика» курса общей физики, «Квантовая электроника», «Техника лазеров», «Физика сплошных сред», «Теория колебаний», раздела «Линейные и нелинейные уравнения» методов математической физики. Математической основой курса являются «Теория колебаний» и  «Ассимтотические методы в теории нелинейных колебаний».

Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

общекультурных:

– способность к овладению базовыми знаниями в области математики и естественных наук, их использованию в профессиональной деятельности;

– способность самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии;

– способность к правильному использованию общенаучной и специальной терминологии;

профессиональных:

– способность использовать базовые теоретические знания (в том числе по дисциплинам профилизации) для решения профессиональных задач;

– способность применять на практике базовые профессиональные навыки;

– способность понимать принципы работы и методы эксплуатации современной радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования;

– способность к профессиональному развитию и саморазвитию в области радиофизики и электроники.

В области воспитания личности целью подготовки является формирование социально-личностных качеств аспирантов: целеустремленности, организованности, коммуникативности.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать: историю развития радиофизики и вклад отечественных и зарубежных ученых в ее становление, последние достижения и перспективы развития; анализ современного состояния радиофизики с точки зрения инноваций, качественные и количественные стороны процессов, происходящих в приборах и устройствах радиофизики при взаимодействии электромагнитных излучений  с различными элементами  устройства для успешного и грамотного решения  инженерных задач.

Уметь: анализировать линейные и нелинейные эффекты, возникающие  при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом в твердой, газообразной и жидкой фазах, выяснить основной механизм конкретного явления; составить дифференциальные уравнения, определить граничные условия и оценить степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных или теоретических методов исследований.

Владеть: приемами и навыками решения конкретных задач из разных областей радиофизики, помогающих в дальнейшем решать инженерные задачи; основами  знаний  в  создании новых радиофизических  приборов и устройств.

Таблица 1

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
1
Аудиторные занятия (всего)	44	44
В том числе:	-	-	-
Лекции	22	22
Практические занятия (ПЗ)	22	22
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)	100	100
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)	экз.	экз.
Общая трудоемкость  час   зач. ед.	144	144
4	4

Тематический план.

Таблица 2

Тематический план

№	Тема	Всего часов	виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.	из них в интерактивной форме	Фор-мы конт-роля
лекции*	семинарские (практические) занятия*	лабораторные занятия*	самостоятельная работа*
1	2	3	4	5	8	6	7	8
1	Линейные колебательные системы с одной степенью свободы. Силовое и параметрическое воздействие на линейные и слабонелинейные колебательные системы. Автоколебательная система с одной степенью свободы. Энергетические соотношения в автоколебательных системах. Методы расчета автоколебательных систем. Воздействие гармонического сигнала на автоколебательные системы. Синхронизация. Явления затягивания и гашения колебаний. Применение затягивания для стабилизации частоты. Аналитические и качественные методы теории нелинейных колебаний. Анализ возможных движений и бифуркаций в фазовом пространстве: метод малого параметра, метод Ван-дер-Поля, метод Крылова— Боголюбова. Укороченные уравнения.	14	2	2	10
2	Колебательные системы с двумя и многими степенями свободы. Нормальные колебания. Вынужденные колебания. Автоколебательные системы с двумя и более степенями свободы. Взаимная синхронизация колебаний двух генераторов. Параметрическое усиление и параметрическая генерация. Параметрические усилители и генераторы. Деление частоты. Собственные и вынужденные колебания линейных распределенных систем. Собственные функции системы (моды). Разложение вынужденных колебаний по системе собственных функций. Распределенные автоколебательные системы. Лазер как пример такой системы. Условия самовозбуждения. Одномодовый и многомодовый режимы генерации.	16	4	2	10
3	Плоские однородные и неоднородные волны. Плоские акустические волны в вязкой теплопроводящей среде, упругие продольные и поперечные волны в твердом теле, электромагнитные волны в среде с проводимостью. Поток энергии. Поляризация. Распространение сигнала в диспергирующей среде. Простейшие физические модели диспергирующих сред. Волновой пакет в первом и втором приближении теории дисперсии. Фазовая и групповая скорости. Свойства электромагнитных волн в анизотропных средах. Оптические кристаллы, уравнение Френеля, обыкновенная и необыкновенная волны. Магнитоактивные среды. Приближение геометрической оптики. Уравнения эйконала. Дифференциальное уравнение луча. Лучи и поле волны в слоисто-неоднородных средах.	16	2	4	10
4	Электромагнитные волны в металлических волноводах. Диэлектрические волноводы, световоды. Линзовые линии и открытые резонаторы. Гауссовские пучки. Метод Кирхгофа в теории дифракции. Дифракция в зоне Френеля и Фраунгофера. Характеристики поля в фокусе линзы. Волны в нелинейных средах без дисперсии. Генерация гармоник исходного монохроматического сигнала, эффекты нелинейного поглощения, насыщения и детектирования. Понятие о солитонах. Взаимодействие плоских волн в диспергирующих средах. Генерация второй гармоники. Параметрическое усиление и генерация. Самовоздействие волновых пучков. Самофокусировка света. Приближения нелинейной квазиоптики и нелинейной геометрической оптики. Обращение волнового фронта.	26	2	4	20
5	Случайные величины и процессы, способы их описания. Стационарный случайный процесс. Статистическое усреднение и усреднение во времени. Эргодичность. Измерение вероятностей и средних значений. Корреляционные и спектральные характеристики стационарных случайных процессов. Теорема Винера— Хинчина. Белый шум и другие примеры спектров и корреляционных функций. Модели случайных процессов: гауссовский процесс, узкополосный стационарный шум, импульсные случайные процессы, дробовой шум. Отклик линейной системы на шумовые воздействия; функция Грина, интеграл Дюамеля. Действие шума на колебательный контур, фильтрация шума. Нелинейные преобразования (умножение частоты и амплитудное детектирование узкополосного шума).	16	4	2	10
6	Марковские и диффузионные процессы. Уравнение Фоккера—Планка. Броуновское движение. Флуктуационно-диссипационная теорема. Тепловой шум; классический и квантовый варианты формулы Найквиста. Тепловое излучение абсолютно черного тела. Генерация второй оптической гармоники, самофокусировка и самомодуляция частично когерентных волн. Преобразование спектров шумовых волн в нелинейных средах без дисперсии.	10	10
7	Принцип работы, устройство и параметры лазеров (примеры: гелий-неоновый лазер, лазер на рубине, полупроводниковый лазер). Оптические резонаторы. Резонатор Фабри—Перо, конфокальный и концентрический резонаторы. Неустойчивый резонатор. Продольные и поперечные типы колебаний. Спектр частот и расходимость излучения. Добротность. Режимы работы лазеров: непрерывный режим генерации, режим модуляции добротности резонатора, режим синхронизации мод. Сверхкороткие импульсы. Шумы лазеров, формула Таунса и предельная стабильность частоты. Оптические компрессоры и получение фемтосекундных импульсов. Молекулярный генератор. Квантовые стандарты частоты (времени).	28	4	4	20
8	Волноводы, длинные линии и резонаторы. Критическая частота и критическая длина волновода. ТЕ-, ТН - и ТЕМ-волны. Диэлектрические волноводы. Волновое сопротивление. Генерация волн в СВЧ-диапазоне. Принцип работы и устройство магнетрона и клистрона. Отрицательное дифференциальное сопротивление и генераторы и усилители СВЧ на полевых транзисторах, туннельных диодах, диодах Ганна и лавиннопролетных диодах. Эффект Джозефсона. Взаимодействия света со звуком. Дифракция Брэгга и Рамана—Ната. Принципы работы устройств акустооптики (модуляторы и дефлекторы света, преобразователи свет-сигнал, акустооптические фильтры), анализаторы спектра и корреляторы. Линейный электрооптический и магнитооптический эффекты и их применение для управления светом.	9	2	2	5
9	Задачи оптимального приема сигнала. Апостериорная плотность вероятности. Функция правдоподобия. Статистическая проверка гипотез. Критерии Байеса, Неймана—Пирсона и Вальда проверки гипотез. Априорные сведения о сигнале и шуме. Наблюдение и сообщение. Линейная фильтрация Колмогорова—Винера на основе минимизации дисперсии ошибки. Принцип ортогональности ошибки и наблюдения. Реализуемые линейные фильтры и уравнение Винера-Хопфа. Выделение сигнала из шума. Согласованный фильтр.	9	2	2	5
Итого:	144	22	22	100	экзамен
из них часов в интерактивной форме

Таблица 3.