УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Наименование дисциплины Компьютерные технологии в научных исследованиях
Рекомендуется для направления подготовки
222900 – «Нанотехнологии и микросистемная техника»
Магистерские специализации
«Инженерно – физические технологии в наноиндустрии»
Квалификация (степень) выпускника магистр
Оглавление
1. Программа дисциплины 6
2. Конспект лекций для дисциплины 14
Методические рекомендации 15
Список вопросов 16
3. Фонды оценочных средств 17
Словарь (глоссарий) основных терминов и понятий 17
Методические указания для преподавателя, студента, слушателя 66
Лабораторный практикум по дисциплине 66
1. Вычисление коэффициентов Фурье произвольной функции, заданной на отрезке. 66
2. Произведение периодических функций при преобразовании Фурье. Свертка коэффициентов – произведение теплицевой матрицы на вектор. 66
3. Свойства теплицевых матриц. Методы вычисления матриц обратных по отношению к теплицевой матрице. 66
4. Создание программной оболочки - интерфейс, элементы управления, визуализация. 66
5. Создание процедур численного расчета пропускания и отражения однослойных и многослойных однородных изотропных структур на подложке. 66
6. Процедуры оптимизации параметров однородных изотропных структур для проектирования (синтеза) просветляющих покрытий, зеркал. 66
7. Изучение спектрофотометра Lambda – 950, освоение управляющего программного обеспечения, измерения энергетических коэффициентов отражения и пропускания для различных образцов, поляризационное сканирование, обработка результатов измерений. 66
8. Изучение профилометра Dektak – 150, освоение управляющего программного обеспечения, измерения профилей дифракционных решеток различных типов. 67
Описание балльно-рейтинговой системы 67
Вопросы для самопроверки и обсуждений по темам 69
1. Рассеяние поляризованной монохроматической волны. Коэффициенты отражения и пропускания дифракционных порядков. 69
2. Рассеяние TE-поляризованной волны на одномерной решетке. Регуляризация ряда Фурье. Явные формулы для нахождения коэффициентов Рэлея. 69
3. Решение системы дифференциальных уравнений второго порядка с постоянными коэффициентами. 69
4. Рассеяние TM-поляризованной волны на одномерной решетке. При переходе через границу раздела функция терпит разрыв. 69
5. Система дифференциальных уравнений первого порядка с постоянными коэффициентами. 69
6. Численная дискретизация функции диэлектрической проницаемости, вычисление коэффициентов Фурье. Математическое описание для формы периодического дифракционного слоя. 69
7. Свойства теплицевых матриц. 69
8. Обращение теплицевых матриц. 69
9. Решение систем линейных алгебраических уравнений с теплицевыми матрицами над полем комплексных чисел. 69
10. Дифракция TM-поляризованной волны. Проекции волнового вектора. Форма профиля. Уравнения Максвелла (по координатам). 70
11. Разложения в ряд Фурье составляющих электромагнитного вектора. Замена координат по оси z. Компоненты уравнения Максвелла и их представление через ряды Фурье. 70
12. Преобразование уравнений. Приравнивание коэффициентов при одинаковых экспонентах. 70
13. Переход к уравнению второго порядка. Общее решение. Граничные условия. 70
14. Геометрия падающих плоских электромагнитных линейно-поляризованных волн при конической дифракции. Электрическое поле падающей волны. 70
15. Проекция волнового вектора. Профиль дифракционной решетки. 70
16. Уравнения для определения Фурье-компонент решения. 70
17. Построение решения. Граничные условия. Компоненты падающей волны. 70
18. Компоненты отраженной и преломленной волн. 70
19. Условия на верхней границе. Условия на нижней границе. 70
20. Отражение и пропускание света многослойным покрытием, состоящим из однородных слоев. 70
21. Численная неустойчивость традиционных методов. 70
22. Численно устойчивая модификация метода матрицы перехода. 70
23. Формулировка точного метода связанных волн для многослойных решеток с рельефной поверхностью. 70
24. Численно устойчивая реализация метода связанных волн. 70
25. Численная устойчивость решения при любом числе порядков, любом числе слоев, их толщин и показателей преломления. 70
26. Численно устойчивый метод для покрытий со сложным профилем. 70
27. Алгоритм вычисления всех коэффициентов. Метод получения частичного решения. 71
Задания для самостоятельной работы студента 71
Перечень рефератов и/или курсовых работ по темам 72
Тестовые задания по темам (для текущего и промежуточного самоконтроля) 73
Тренинговые задания 73
1. Вычисление коэффициентов Фурье произвольной функции, заданной на отрезке. 74
2. Произведение периодических функций при преобразовании Фурье. Свертка коэффициентов – произведение теплицевой матрицы на вектор. 74
3. Свойства теплицевых матриц. Методы вычисления матриц обратных по отношению к теплицевой матрице. 74
4. Создание программной оболочки - интерфейс, элементы управления, визуализация. 74
5. Создание процедур численного расчета пропускания и отражения однослойных и многослойных однородных изотропных структур на подложке. 74
6. Процедуры оптимизации параметров однородных изотропных структур для проектирования (синтеза) просветляющих покрытий, зеркал. 74
7. Изучение спектрофотометра Lambda – 950, освоение управляющего программного обеспечения, измерения энергетических коэффициентов отражения и пропускания для различных образцов, поляризационное сканирование, обработка результатов измерений. 74
8. Изучение профилометра Dektak – 150, освоение управляющего программного обеспечения, измерения профилей дифракционных решеток различных типов. 74
Перечень вопросов итоговой аттестации по курсу 74
1. Программа дисциплины
1. Цели и задачи дисциплины:
Дисциплина «Метод связанных волн» имеет целью формирование у студентов четкого представления об основных принципах функционирования современных оптических элементов и устройств, тонкопленочных многослойных покрытий, о законах взаимодействия электромагнитного излучения видимого диапазона с материалом. Целью является также изучение способов и возможностей математического синтеза и компьютерного проектирования дифракционных оптических покрытий. Полученные знания закрепляются в оптической лаборатории и дисплейном классе на примерах изучения конкретных дифракционных оптических элементов и многослойных покрытий со сложной геометрией.
Задача дисциплины «Метод связанных волн» состоит в обучении студентов навыкам самостоятельного анализа технических заданий на проектирование дифракционных оптических элементов и устройств. Они должны научиться выбирать компьютерные программы из имеющихся в наличии алгоритмов и программ математического синтеза или разрабатывать их самостоятельно. В результате обучения учащиеся обретут навыки ориентации в научной и бизнес информации, научатся выбирать нужные функции или нужный инструмент для реализации известной целевой функции в области проектирования и создания дифракционных оптических наноструктур.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
(указывается цикл, к которому относится дисциплина; формулируются требования к входным знаниям, умениям и компетенциям студента, необходимым для ее изучения; определяются дисциплины, для которых данная дисциплина является предшествующей)
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
