ФГОС ВО РОССИЙСКО-АРМЯНСКИЙ (СЛАВЯНСКИЙ) УНИВЕРСИТЕТ | |
Составлен в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по направлению 11.04.04 Электроника и наноэлектроника и Положением «Об УМКД РАУ». | УТВЕРЖДАЮ: Директор института________ “04” декабря 2014 г. |
Институт: Математики и высоких технологий
| |
Кафедра: Квантовой и оптической электроники | |
Автор(ы): д. ф.-м. н., профессор Чалтыкян Виген Оганесович |
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
Дисциплина: Б1.В. ОД.9 - Спектроскопия
для ООП подготовки магистров по направлению: 11.04.04- Электроника и наноэлектроника
Магистерская программа: Квантовая и оптическая электроника
Форма обучения очная
Утверждена протоколом заседания
Кафедры КОЭ
(протокол № 11 от 28. 11.2014)
____________________
ЕРЕВАН 2014
Структура и содержание УМКД
1. Аннотация.
Выписка из ФГОС ВО РФ по минимальным требованиям к дисциплинеКурс является специальным и не включен в ФГОС ВО РФ
Взаимосвязь дисциплины с другими дисциплинами учебного плана специальности (направления)
Данная дисциплина предназначена для преподавания студентам 1 курса магистратуры и дополняет дисциплину «Квантовая и оптическая электроника, читаемую на 4 курсе бакалавриата. Дисциплина содержит изложение основ оптической спектроскопии атомов, молекул и твердых тел (кристаллов). Знания, приобретаемые студентами в рамках этой дисциплины, необходимы, в частности, для понимания дисциплина «Элементы квантовой и оптической информатики», которая предназначена для 2 курса магистратуры.
Требования к исходным уровням знаний, умений и навыков студентов для прохождения дисциплины (что должен знать, уметь и владеть студент для прохождения данной дисциплины)
Начала квантовой механики, атомной физики и физики твердого тела. Умение находить решения дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами, владеть методами линейной алгебры и теории функций комплексной переменной.
1.4 Предварительное условие для прохождения (дисциплина(ы), изучение которых является необходимой базой для освоения данной дисциплины)
Студенты должны владеть базовыми знаниями по квантовой механике, в частности оптичесйой спектроскопии.
2. Содержание
2.1. Цели и задачи дисциплины
Ознакомить студентов с основами теории оптических спектров атомов, молекул и твердых тел и с возможностями применения этих знаний в практических исследованиях, привить студентам навыки теоретического анализа при решении практических задач.
2.2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
выпускник должен в результате усвоения дисциплины «Спектроскопия»:
- знать основные типы спектров;
- уметь вычислять энергии уровней простейших атомов и молекул;
- обладать готовностью определять цели, осуществлять постановку задач проектирования электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения, подготавливать технические задания на выполнение проектных работ (ПК-7);
- знать классификацию атомных и молекулярных энергетических уровней;
- иметь представление о тонкой и сверхтонкой структуре спектральных линий;
- обладать способностью проектировать устройства, приборы и системы электронной техники с учетом заданных требований (ПК-8);
- знать влияние внешних полей на структуру спектров;
- иметь представление об оптических свойствах кристаллов.
2.3. Трудоемкость дисциплины и видов учебной работы
2.3.1. Объем дисциплины и виды учебной работы
Виды учебной работы | Всего, в акад. часах |
| Общая трудоемкость изучения дисциплины по семестрам, в т. ч.: | 108 |
| Аудиторные занятия, в т. ч.: | 54 |
| Лекции | 18 |
| Практические занятия, в т. ч. | 36 |
| Самостоятельная работа | 18 |
| Контрольные работы | |
| Устный опрос | |
| Консультации | |
| Другие методы и формы занятий | 36 |
Итоговый контроль (экзамен, зачет, диф. зачет - указать) | экзамен |
2.3.2. Распределение объема дисциплины по темам и видам учебной работы
Разделы и темы дисциплины | Всего (ак. часов) | Лекции(ак. часов) | Практ. занятия (ак. часов) | Семина-ры (ак. часов) | Лабор. (ак. часов) | Другие виды занятий (ак. часов) |
1 | 2=3+4+5+6+7 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Модуль 1. | ||||||
Введение | 1 | 1 | ||||
Раздел 1. Спектроскопия атомов | 24 | 8 | 16 | 2 | ||
Тема 1. Квантовомеханическая теория атома водорода | 6 | 2 | 4 | |||
Тема 2. Периодическая система элементов | 6 | 2 | 4 | |||
Тема 3. Тонкая и сверхтонкая структура | 6 | 2 | 4 | |||
Тема 4. Спектры атомов во внешних полях | 6 | 2 | 4 | 2 | ||
Раздел 2. Спектроскопия молекул и твердых тел | 30 | 10 | 20 | 4 | ||
Тема 5. Классификация молекулярных спектров | 6 | 2 | 4 | |||
Тема 6. Валентность и симметрия | 6 | 2 | 4 | |||
Тема 7. Структура вращательных и колебательных спектров | 6 | 2 | 4 | 2 | ||
Тема 8. Общие закономерности формирования спектров твердых тел | 6 | 2 | 4 | 2 | ||
Тема 9. Спектры примесных ионов в кристаллах | 6 | 2 | 4 | |||
ИТОГО | 54 | 18 | 36 | 6 |
2.3.3. Содержание разделов и тем дисциплины
Модуль 1
Введение
Основные понятия и определения. Вынужденное и спонтанное излучение. Испускание и поглощение света. Уровни энергии атомов.
Раздел 1. Спектроскопия атомов
Тема 1. Квантовомеханическая теория атома водорода
Основы теории Бора. Спектральные закономерности. Комбинационный принцип Ритца. Атом водорода (квантовомеханическая теория). Изотопический сдвиг. Систематика одноэлектронных состояний в центрально – симметричном поле. Электростатическое и спин - орбитальное взаимодействие. Термы конфигураций. LS - и jj-типы связи. Правило Хунда. [3,4]
Тема 2. Периодическая система элементов
Общие положения и принципы. Термы гелия и щелочноземельных элементов. Кулоновская и обменная энергия в гелиеподобных атомах. Спектр He. Интеркомбинация. Спектры более сложных конфигураций. Многоэлектронные атомы: модель Томаса-Ферми; метод Хартри Фока. [1,4]
Tема 3. Тонкая и сверхтонкая структура
Тонкая и сверхтонкая структура спектральных линий. Физические механизмы. Выражения для расщеплений. Интенсивности спектральных линий. Правила отбора для дипольного излучения. Теория ширины спектральных линий. [2,3]
Тема 4. Спектры атомов во внешних полях
Атом во внешнем поле. Штарк-эффект. Линейный и квадратичный случай. Атом водорода в электрическом поле. Неоднородное поле. Переменное поле. Эффект Зеемана. Нормальный и аномальный эффекты. Переход к сильному полю. Эффект Пашена-Бака. [2,4]
Раздел 2. Спектроскопия молекул и твердых тел
Тема 5. Классификация молекулярных спектров
Общие свойства и систематика спектров двухатомных молекул. Электронные состояния двухатомных молекул. Классификация уровней энергии. Задача Гайтлера-Лондона. Эффективная потенциальная энергия ядер. [4,6]
Тема 6. Валентность и симметрия
Физическое истолкование валентности. Симметрия волновой функции. Свойства симметрии. Понятие группы симметрии. [3,7]
Тема 7. Структура вращательных и колебательных спектров
Колебания и вращение двухатомных молекул. Эффективная потенциальная энергия ядер. Колебания двухатомных молекул Ангар-монизм. Структура вращательных спектров. Правила отбора. Колебательно-вращательная структура электронных полос. Принцип Франка-Кондона. Л-удвоение. Взаимодействие атомов на далёких расстояниях. Спектры многоатомных молекул. [6,8]
Тема 8. Общие закономерности формирования спектров твердых тел
Модели потенциалов взаимодействия в твердых телах. Общие свойства спектров твердых тел. [5,8]
Тема 9. Спектры примесных ионов в кристаллах
Существующие теории описания спектров примесных ионов в твердотельных матрицах. Теория Джадда-Оффельта. Штарковские дублеты. Методы измерения положений и ширин спектральных линий. Люминесценция. Применение для создания твердотельных лазеров. [5,8]
2.4.Материально-техническое обеспечение дисциплины
Вычислительная техника, проектор, слайдоскоп.
2.5. Распределение весов по модулям и формам контроля
Веса и формы контролей | Веса форм текущих контролей в результирующей оценке текущего контроля | Веса форм промежуточных контролей и результирующей оценки текущего контроля в итоговой оценке промежуточного контроля | Веса итоговых оценок промежуточных контролей в результирующей оценке промежуточного контроля | Веса результирующей оценки промежуточных контролей и оценки итогового контроля в результирующей оценке итогового контроля | ||||
М3 | М3 | |||||||
Контрольная работа | 0.3 | 0.4 | ||||||
Устный опрос | 0.7 | |||||||
Веса результирующих оценок текущих контролей | 0.6 | |||||||
Вес итоговой оценки 1-го промежуточного контроля | 0 | |||||||
Вес итоговой оценки 2-го промежуточного контроля | 0 | |||||||
Вес итоговой оценки 3-го промежуточного контроля | 1 | |||||||
Вес результирующей оценки промежуточных контролей | 0,6 | |||||||
Вес оценки экзамена/зачета | 0,4 | |||||||
∑ =0 | ∑ =0 | ∑ =1 | ∑ =0 | ∑ =0 | ∑ =1 | ∑ =1 | ∑ =1 |
3. Теоретический блок
3.1.Материалы по теоретической части курса
3.1.1. Учебники
а) Основная литература
, Оптические спектры атомов. М.-Л.: Физматгиз, 1963. , Введение в теорию атомных спектров. М.-Л.: Физматгиз., 1963. , Лифшиц механика. М.: Наука, 1974. ,Атомные спектры. М.: Иностр. лит., 1948. Электронные спектры и строение многоатомных молекул. М.: Мир, 1969. пектры и строение двухатомных молекул. М.: Иностр. Лит., 1949. , , Колебания молекул. М.: Наука, 1972.8. Колебательная спектроскопия. Современные воззрения, тенденции развития. Под редакцией
Л. Барнсаи, У. Орвиел-Томаса,1981.
б) Дополнительная литература
, Оптика, Наука, 1976. , , Электродинамика сплошных сред, М.: Наука,1982.3.1.3.Краткий конспект лекций (краткие аннотации по каждой теме)
Лекции читаются в виде презентаций РРТ, в конце каждой лекции электронные файлы предоставляются студентам.
3.1.4.Электронные материалы
Электронные версии всех учебников, приведенных в списке литературы, предоставляются студентам.
4. Практический блок
4.1. Планы практических и семинарских занятий
План практических занятий совпадает с содержанием дисциплины. Целью практических занятий является закрепление материала, прочитанного на лекции. (см. п.2.3.3)
5.Материалы по оценке и контролю знаний
5.3. Образцы вариантов контрольных работ, тестов и/или других форм текущих и промежуточных контролей
Промежуточный контроль проводится путем устного опроса, а также кратких презентаций, подготовленных студентами.
5.4. Перечень экзаменационных вопросов
Основы теории Бора. Спектральные закономерности. Комбинационный принцип. Атом водорода. Изотопический сдвиг. Тонкая структура водородного спектра. Систематика спектров многоэлектронных атомов. Приближение самосогласованного поля. Систематика одноэлектронных состояний в центрально – симметричном поле. Электростатическое и спин - орбитальное взаимодействие. Термы конфигураций. LS - и jj-типы связи. Правило Хунда. Периодическая система элементов. Общие положения и принципы. Термы гелия и щелочноземельных элементов. Кулоновская и обменная энергия в гелиеподобных атомах. Спектр He. Интеркомбинация. Многоэлектронные атомы: модель Томаса-Ферми; метод Хартри Фока. Атом водорода в электрическом поле. Штарк-эффект. Линейный и квадратичный случай. Неоднородное поле. Переменное поле. Эффект Зеемана. Нормальный и аномальный эффекты. Переход к сильному полю. Эффект Пашена-Бака. Сверхтонкая структура спектральных линий. Интенсивности спектральных линий. Правила отбора для дипольного излучения.. Теория ширины спектральных линий. Общие свойства и систематика спектров двухатомных молекул.. Электронные состояния двухатомных молекул. Классификация уровней энергии. Задача Гайтлера-Лондона. Физическое истолкование валентности. Симметрия волновой функции. Колебания и вращение двухатомных молекул. Эффективная потенциальная энергия ядер. Колебания двухатомных молекул Ангармонизм. Структура вращательных спектров. Правила отбора. Колебательно-вращательная структура электронных полос. Принцип Франка-Кондона. Колебания многоатомных молекул. Нормальные координаты. Симметрия колебательных функций. Вращение многоатомных молекул. Линейные молекулы. Вращательная энергия и правила отбора. Структура вращательных и колебательно-вращательных спектров. Взаимодействие колебаний и вращения. Колебательный момент количества движения. Спектроскопия твердого тела.5.5. Образцы экзаменационных билетов
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ N
1.Ширина линии излучения. Различные механизмы уширений.
2.Тонкая структура атомных уровней и спектральных линий.
3.Правила отбора для дипольного излучения.
6. Методика преподавания
Все лекции подготовлены и преподносятся в виде презентации, завершаясь кратким резюме всех затронутых вопросов, после чего электронный файл передается студентам.
Каждая лекция начинается с краткого устного опроса по теме предыдущей лекции. При этом оцениваются не только ответы студентов, но и вопросы, которые они задают. Это способствует закреплению пройденного материала.
Самостоятельная работа студентов заключается в основном в подготовке самостоятельных презентаций в электронном виде. Это помогает им не только осваивать материал по теме курсе, но и приобретать навыки работы с литературой, электронными библиотеками, умение грамотно оформлять и представлять проделанную работу, а также правильно излагать полученную информацию.
Учебная программа одобрена Кафедрой квантовой и оптической электроники
Зав. кафедрой: 
