НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет радиотехники, электроники и физики
Кафедра электронных приборов
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан факультета РЭФ
«___ »______________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Квантовая и оптическая электроника
ОПП 210105 электронные приборы и устройства (инженерная подготовка)
Факультет радиотехники, электроники и физики
Курс 4, семестр 7
Лекции 51 час
Лабораторные работы 17 час
РГЗ – 7 семестр
Самостоятельная работа 52 час
Экзамен – 7 семестр
Всего часов 120
Новосибирск
2006 г.
Рабочая программа составлена на основании ГОСударственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 210100 (электроника и микроэлектроника), и специальности 210105 (электронные приборы и устройства).
Регистрационный номер ГОС - № 000, утвержден 18.01.2006
Шифр дисциплины в ГОС (федеральный компонент) – ОПД.10
Шифр по учебному плану – ОПД. Ф10
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры электронных приборов
Программу составил:
к. ф.-м. н., доцент
Заведующий кафедрой
д. т.н., профессор
Ответственный за основную
1. ВНЕШНИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Общие требования соответствуют квалификационной характеристике выпускника и требованиям к его профессиональной подготовленности, изложенным в разделах 1.4 и 7.1 ГОС.
Выпускник по специальности «Электронные приборы и устройства» должен знать:
- основные научно-технические проблемы и перспективы развития электроники, ее взаимосвязь со смежными областями,
- элементную базу электронной техники, основные виды используемых приборов, их функциональные возможности и особенности применения,
- физические и математические модели процессов и явлений, лежащих в основе принципов действия приборов и устройств электроники,
уметь применять:
- методы исследования и проектирования электронных приборов и устройств,
- методы измерений, сертификации, стандартных испытаний и технического контроля для оценки качества продукции.
Требования ГОС к обязательному минимуму
содержания дисциплины
Шифр дисциплины | Содержание дисциплины | Часы |
ОПД. Ф10 | Квантовая и оптическая электроника: история развития квантовой и оптической электроники, Способы описания электромагнитного излучения оптического диапазона, Физические основы взаимодействия оптического излучения с квантовыми системами, Характеристики квантовых систем, Активные среды и методы создания инферсии, Генерация оптического излучения, Нелинейные оптические эффекты, Физические принципы регистрации оптического излучения и элементы волоконной оптики. |
2. ОСОБЕННОСТИ ДИСЦИПЛИНЫ
Курс опирается на общефизические дисциплины: курс общей физики, спецглавы физики, электродинамику и микроволновая техника.
Ядро курса составляют физические процессы и явления, которые происходят при взаимодействии электромагнитных волн с различными средами.
В курсе имеется практическая часть (лабораторные работы 17 часов и расчетно-графическое задание 17 часов).
Углубленная подготовка специалиста в области квантовой и оптической электроники возможна также при выполнении выпускной аттестационной работы и дипломного проекта.
Системный подход к моделированию и проектированию изделий электронной техники рассматривается в компьютерных курсах, поэтому в данной дисциплине вопросы проектирования не прорабатываются.
3. ЦЕЛИ КУРСА
Номер цели | Содержание цели |
Студент будет иметь представление: | |
1 | О содержании курса "Квантовая и оптическая электроника" |
2 | О физических основах взаимодействия оптического излучения с квантовыми системами |
3 | О способах описания и характеристиках электромагнитного излучения оптического диапазона |
4 | О характеристиках квантовых систем |
5 | Об оптических явлениях в средах с различными агрегатными состояниями |
6 | Об активных средах и методах создания в них инверсной населенности |
7 | Об основах нелинейной оптики |
Студент будет знать: | |
8 | Физические основы взаимодействия оптического излучения с различными средами |
9 | Принципы и особенности работы двухуровневой квантовой системы |
10 | Основные типы когерентных и некогерентных источников света |
11 | Физические принципы и основные элементы для регистрации оптического излучения, модуляции, передачи и обработки информации |
Студент будет уметь: | |
12 | Оценивать некоторые параметры квантовых систем |
13 | Анализировать спектральные характеристики активных сред |
14 | Применять фотоприемные системы для регистрации оптического излучения |
15 | Применять квантовые приборы в различных прикладных задачах |
16 | Планировать свою деятельность при изучении дисциплины |
17 | Планировать проведение экспериментов на лабораторных занятиях |
18 | Производить самостоятельный анализ результатов работы при изучении данной дисциплины |
Студент получит навык: | |
19 | Проведения измерений параметров и характеристик оптических приборов |
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Модуль 1. (цели ). Физические основы взаимодействия оптического излучения с квантовыми системами.
Энергетические состояния квантовых систем. Оптические переходы, двухуровневая система. Усиление оптического излучения в активных средах. Генерация оптического излучения активными средами.Модуль 2. (цели ). Физические принципы регистрации оптического излучения и основы нелинейной оптики.
2.1. Фотоприемники, работающие на основе внешнего и внутреннего фотоэффекта.
2.2. Оптические пироприемники.
2.3. Нелинейное взаимодействие оптического излучения со средами.
2.4. Генерация гармоник и методы внешнего управления лазерным излучением.
ЛЕКЦИОННЫЕ ЗАНЯТИЯ
Ссылки на цели курса | Часы | Темы лекционных занятий |
1 | 2 | Квантовая и оптическая электроника как дисциплина для излучения и значение этого предмета для современной науки и техники. Место квантовой и оптической электроники в современной электронике. История развития квантовой и оптической электроники. |
3 | 2 | Описание и характеристики электромагнитного излучения оптического излучения |
2,3,8,12 | 8 | Физические основы взаимодействия оптического излучения с квантовыми системами. Магнитная и электрическая восприимчивость при взаимодействии с электромагнитным полем. Энергетические состояния квантовых систем. Структура спектров. |
3,4,9,12 | 6 | Оптические переходы, двухуровневые системы, форма и ширина спектральных линий, виды уширения, параметры спонтанных и индуцированных квантовых переходов. |
5,6,13 | 6 | Активные среды, усиление оптического излучения, методы получения инверсной заселенности. |
4,5,6,10,15 | 6 | Генерация оптического излучения. Когерентные и некогерентные источники света. Лазеры, мазеры. |
7,14 | 6 | Основы нелинейной оптики. Нелинейное взаимодействие излучения со средами. Генерация гармоник, преобразователи частоты, вынужденное комбинационное рассеяние. |
11,14 | 4 | Физические принципы регистрации оптического излучения. Фотоприемники, типы, параметры, многоэлементные фотоприемные устройства. |
11,17 | 6 | Элементы когерентной оптической электроники. Оптические линии передачи. Оптические кабели. Одномодовый режим распространения света в кабеле. Основные элементы интегральной оптики. |
7,11 | 5 | Методы модуляции и управления лазерным пучком. Оптические методы записи, обработки хранения, передачи, считывания информации. Заключение. |
ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
Ссылки на цели курса | Часы | Номер и тема лабораторной работы | В процессе выполнения лабораторной работы студент: |
3,4,9,12,19 | 4 | № 1. Исследование спектрального состава газоразрядного источника света |
|
11,14,19 | 4 | № 2. Измерение временных характеристик фотодетекторов (фотодиод, фоторезистор) ФЭУ |
|
4,5,6,10 | 4 | № 3. Исследование модового состава гелий-неонового лазера |
|
11,14, 10,15,19 | 4 | № 4. Исследование электрооптического модулятора света |
|
5. УЧЕБНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Расчетно-графическая работа (РГР) представляет собой набор из двух задач, которые выдаются 5-6 неделе 7 семестра, защищают на 12-13 неделе. Каждый студент получает свой индивидуальный вариант задач. Задачи предусматривают:
- расчеты параметров моделей квантовых систем (2, 3, 8, 12),
- построение диаграмм энергетических уровней для атомов, используемых в
лазерных активных средах (3, 4, 9, 12),
- расчеты по дифракции света на акустических волнах (7, 11).
При работе над РГЗ студент изучает соответствующие разделы курса, обосновывает расчетную модель, выполняет расчеты и графические построения, делает выводы. Работа оформляется в виде пояснительной записки. Производится защита РГЗ в ходе которой студент должен проявить соответствующие знания и умения.
6. ПРАВИЛА АТТЕСТАЦИИ
Зачет в 7 семестре выставляется при условии выполнения и защиты четырех лабораторных работ, выполнения и защиты РГЗ.
Экзамен проводится в конце 7 семестра в зимнюю сессию.
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
7.1. Основная
, Пахомов электроника. Приборы и их применение.-М.: Техносфера, 2006. Пихтин основы квантовой электроники и оптоэлектроники.-М.: Высшая школа, 1983, 304с. Ландсберг .-М.: Наука, 1979. и др. Оптоэлектронные приборы.-М., 1982. , , Островский и практика спектроскопии.-М.: Наука, 1972.
7.2. Дополнительная
ведение в оптическую электронику.-М., 1983, 398с. Карлов по квантовой электронике.-М.: Наука, 1983.
8. ОБРАЗЦЫ КОНТРОЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ
Образцы расчетно-графических заданий
Вычислить классическое время жизни, равное отношению энергии электрона к излучаемой им мощности для электрона, колеблющегося по закону ф=фо cos щt, где ф – координата. Покажите, что выходной ток квадратичного детектора, принимающего модулированную на фазе волну, имеет только постоянную компоненту.Образцы контролирующих материалов для итогового контроля
Экзаменационный билет включает в себя два вопроса по данной дисциплине:
Распространение электромагнитных волн в анизотропных средах. Эллипсоид показателя преломления. Принцип работы лавинного фотодиода.Образцы контролирующих материалов для контроля остаточных знаний
Предлагается вариант содержащий 3 вопроса. Примеры вопросов:
Какие величины входят в выражение для коэффициента усиления активной среды? Описать значения каждого члена этого выражения. За счет какого физического процесса происходит генерация второй гармоники оптического диапазона в кристалле. Чем определяется ширина естественной спектральной линии?