Geum.ru

Рекомендуется Минобразованием России для специальности 201 900 "Микросистемная техника" направления подготовки диплом

Вид материалаДиплом

Содержание


2. Размерные эффекты в оптике.
3. Твердотельные источники и приемники излучения.
4. Оптические волноводы
5. Электро-, акусто-, магнитооптические способы управления оптическим излучением
6. Оптика движущихся тел.
Подобный материал:


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


УТВЕРЖДАЮ:

Начальник Управления

образовательных программ и стандартов высшего и среднего профессионального образования


______________Г.К. Шестаков


"_____"_______________2000 г.


ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

“МИКРООПТИКА”


Рекомендуется Минобразованием России для специальности

201 900 – “Микросистемная техника”


направления подготовки дипломированного специалиста

654100 ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА


1. Цели и задачи дисциплины

Целью преподавания дисциплины является формирование знаний в области базовых принципов функционирования и конструирования оптических элементов и устройств, реализуемых на микроуровне.


2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

2.1. Знать и уметь использовать:
  • физические принципы, эффекты и процессы, лежащие в основе функционирования элементной базы и устройств микрооптики, особенности их проявления при переходе к элементам микронных размеров;
  • основные методы и алгоритмы расчета элементной базы и устройств микрооптики с учетом условий их реализации и границ применения.

2.2. Иметь навыки:
  • применения методов расчёта и исследования элементной базы и устройств микрооптики;
  • определения областей рационального использования устройств микрооптики.


3. Объем дисциплины и виды учебной работы


Вид учебной работы
Всего часов
Семестры

Общая трудоемкость дисциплины
100
7









Аудиторные занятия
51
7









Лекции
34
7









Лабораторные работы (ЛР)
17
7









Самостоятельная работа
49
7









Курсовой проект (работа)
25
7









Другие виды самостоятельной работы
24
7









Виды итогового контроля




зачет, экзамен










4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплин и виды занятий


№ п/п
Раздел дисциплины
Лекции
П З
ЛР




Введение
*
—
—

1
Основные положения геометрической, волновой, квантовой и нелинейной оптики
*
—
*

2
Размерные эффекты в оптике
*
—
*

3
Твердотельные источники и приемники оптического излучения
*
—
*

4.
Оптические волноводы
*
—
*

5
Электро-, акусто-, магнитооптические способы управления оптическим излучением
*
—
*

6
Оптика движущихся тел
*
—
*

7
Интегрально-оптические и оптомеханические элементы и устройства
*
—
*




Заключение
*
—
—


4.2. Содержание разделов дисциплины
  • Введение

Базовые понятия и принципы оптики. История создания и тенденции развития оптических приборов. Классификация и стандартизация оптических компонентов и приборов.
  • 1. Основные положения геометрической, волновой, квантовой и нелинейной оптики

Основные положения геометрической оптики: оптические константы, световые лучи, отражение и преломление света на границе раздела двух сред, явление полного внутреннего отражения, прохождение света через поглощающие среды.

Основные положения волновой оптики: электромагнитные волны, уравнение Максвелла и граничные условия; интерференция и дифракция света, комплексный показатель преломления, показатель поглощения, фазовая и групповая скорость света, дисперсия, соотношение Крамерса-Кронига; поляризация плоских волн, распространение света в изотропных и анизотропных средах, двойное лучепреломление; оптическая активность и фарадеевское вращение.

Основные положения квантовой оптики: квантовые переходы при взаимодействии с электромагнитным излучением, матричный элемент и вероятность перехода, спонтанное и вынужденное излучение, коэффициенты Эйнштейна, кинетические уравнения, усиление и генерация оптического излучения; монохроматичность, поляризация, когерентность, направленность лазерных пучков; пространственное, амплитудное, поляризационное, частотное, временное и фазовое преобразование лазерных пучков.

Основные положения нелинейной оптики: нелинейные явления второго порядка, электромагнитная формулировка нелинейного взаимодействия, нелинейная поляризуемость кристалла и нелинейные оптические эффекты, генерация гармоник, условие фазового синхронизма; параметрические преобразования в оптике, настройка частоты в параметрических генераторах, модуляторы на основе оптической нелинейности; нелинейная оптика и молекулярное рассеяние света.
  • 2. Размерные эффекты в оптике.

Классические размерные эффекты: зеркальное отражение, микрошероховатость поверхности и геометрические неоднородности, многослойные низкоразмерные композиции.

Квантовые размерные эффекты: квантово-размерные слои, нити и точки; периодические квантово-размерные гетероструктуры, электронный спектр двумерных и одномерных систем. Оптические переходы в квантово-размерных структурах: применение структур низкой размерности в приборах оптоэлектроники, модуляторы и селективные фотоприемники.
  • 3. Твердотельные источники и приемники излучения.

Источники некогерентного излучения: инжекционные источники света на основе гомо- и гетеропереходов, электролюминофоры, излучатели с преобразователем спектрального состава излучения, инфракрасные излучатели – микроглобары, коэффициент черноты.

Твердотельные лазеры: лазеры на кристаллах и стеклах; оптические резонаторы, добротность, собственные типы колебаний – моды; лазеры с селекцией мод, перестраиваемые и частотно-модулированные лазеры; инжекционные лазеры на гетеропереходах.

Твердотельные приемники излучения: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фотоумножители; спектральные, энергетические, частотные характеристики. Многоэлементные приемники излучения: ПЗС линейки и матрицы, микроканальные пластины.
  • 4. Оптические волноводы

Объемные и планарные оптические волноводы: цилиндрические, полосковые, ступенчатые и градиентные световоды; распределение мощности, соотношения для лучевого и волнового приближений, одно- и многомодовые световоды; межмодовая дисперсия и связь мод, механизмы возникновения потерь. Волоконно-оптичесикие кабели: соединение и сращивание волокон, разъемы; оптические мультиплексоры и демультиплексоры.
  • 5. Электро-, акусто-, магнитооптические способы управления оптическим излучением

Электрооптические методы управления оптическим излучением: электрооптический эффект, электрооптическая амплитудная и фазовая модуляция, высокочастотная модуляция, электрооптические модуляторы и дефлекторы.

Акустооптические методы управления оптическим излучением: взаимодействие света и звука, дифракция света на акустической волне, теория связанных мод, поверхностная акустооптика; акустооптическая ячейка как как фильтр пространственных частот, дефлектор, модулятор света, перестраиваемый акустооптический фильтр.

Магнитооптические методы управления оптическим излучением: физика магнитооптических явлений, управляемые доменные структуры в прозрачных магнетиках; магнитооптические изоляторы, переключатели, модуляторы; устройства на основе дифракции света на доменной структуре и на поверхностных магнитостатических волнах; запоминающие магнитооптические устройства.
  • 6. Оптика движущихся тел.

Эффект Допплера, сдвиг и уширение линий. Эффекты Физо и Саньяка. Волоконно-оптические гироскопы.

7. Интегрально-оптические и оптомеханические элементы и устройства.

Основные компоненты интегрально-оптических схем: устройства и способы ввода и вывода излучения, оптические распределительные и комутационные устройства, направленные ответвители, переключатели, оптические спектральные фильтры, интерференционные покрытия, управляемые зеркала и дифракционные решетки, линзы Френеля, фокусирующие компоненты интегральной оптики.

Микрооптомеханические схемы: оптомеханические ключи, механические сканирующие микрозеркала, линзы, модуляторы и дифракционные решетки.
  • Заключение

Интеграция механических, оптических и электронных компонентов на микроуровне. Сверхскоростные способы передачи и обработки информации. Голографическая память.


5. Лабораторный практикум


№ п/п
№ раздела дисциплины
Наименование лабораторных работ

1
1
  • Исследование многослойного оптического интерференционного фильтра
  • Исследование вращения плоскости поляризации света

2
2.
  • Изучение влияния микрошероховатости и состава поверхности на характеристики оптического отражения

3
3.
  • Исследование спектральных и энергетических характеристик инжекционных источников света
  • Исследование спектральных и энергетических характеристик ИК-излучателей (микроглобаров)
  • Исследование спектральных и энергетических характеристик фотодиодных структур

4
4
  • Исследование оптических характеристик объемного световода
  • Исследование оптических характеристик планарного световода

5
5
  • Исследование электро-оптического модулятора света
  • Исследование акусто-оптических модулятора света
  • Исследование магнито-оптического модулятора света

6
6
  • Исследование волоконно-оптического гироскопа на эффекте Саньяка

7
7
  • Изучение конструкции и геометрии интегрально-оптических элементов методом оптической микроскопии
  • Изучение характеристик планарного акусто-оптического спектрального фильтра
  • Изучение характеристик оптомеханического ключа.


6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература.

а) основная литература

1. Пихтин А.Н. Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники. – М., "Высшая школа", 1983.

2. КалитеевскийН.И. Волновая оптика. – М.: Высшая школа, 1995.

3. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. М., "Радио и связь", 1989.

4. Носов Ю.Р., Сидоров А.С. Оптроны и их применение М.: Радио и связь, 1981.

5. Чео П.К. Волоконная оптика. Приборы и системы М.:

Энергоатомиздат, 1988.


б) дополнительная литература

1. Ярив А. Введение в оптическую электронику. ."Высшая школа", 1983 .

2. Ярив А., П. Юх.. Оптические волны в кристаллах. М: Мир.,1987.

3. Херман М. Полупроводниковые сверхрешетки. – М: Мир, 1989.

4. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. – М: Радио и связь, 1985.

5. Рандошкин В.В., Червониекс А.Я. Прикладная магнитооптика. – М: Энергоатомиздат, 1990.

6. Волноводная оптоэлектроника, под ред. Т.Тамира. – М: Мир, 1991.

7. Хансперджер Р. Интегральная оптика (Теория и технология). – М: Мир, 1985 .

8. Гауэр Дж. Оптические системы связи. – М: Радио и связь, 1989.

9. Техника оптической связи. Фотоприемники. Под/ред. У.Тсанга. –М.: Мир, 1988.

10. Волоконно-оптические датчики, под ред. Т.Окоси. Л. Энергоатомиздат, 1990.


6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.
  • Компьютерная программа моделирования прохождения света через поглощающие среды
  • Компьютерная программа моделирования дифракции света на микронеоднородностях
  • Компьютерная программа моделирования интерференции света в многослойных структурах
  • Компьютерная программа моделирования прохождения поляризованного света через изотропные и анизотропные многослойные структуры
  • Компьютерная программа моделирования нелинейных оптических эффектов в твердых телах
  • Компьютерная программа моделирования диаграммы направленности инжекционного источника света
  • Компьютерная программа моделирования процесса оптимизации внешнего квантового выхода лазерного излучателя на полупроводниковой гетероструктуре
  • Компьютерная программа моделирования процесса прохождения световой волны по элементам интегрально-оптического тракта
  • Компьютерная программа моделирования электростатической ячейки
  • Компьютерная программа моделирования акусто-оптической ячейки
  • Компьютерная программа моделирования магнито-оптической ячейки
  • Компьютерная программа моделирования волоконно-оптического гироскопа



  1. Материально-техническое обеспечение дисциплины.

Лаборатория излучателей и фотоприемников:
  • лабораторный стенд для исследования спектральных и электрических характеристик полупроводникового лазера на основе двойной гетероструктуры;
  • лабораторный стенд для исследования ватт-, вольт-амперных и модуляционных характеристик полосковых гетеролазеров с волноводным усилением.
  • лабораторный стенд для исследования спектральных характеристик фотоприемников на основе прямо- и непрямозонных полупроводников;
  • лабораторный стенд для исследования импульсных и частотных свойств фотодиодов;
  • лабораторный стенд для исследования усилительных свойств и шумовых характеристик полупроводниковых лавинных фотодиодов на основе гетероструктур и сверхрешеток.


Лаборатория волоконной оптики:
  • лабораторный стенд для исследования передаточных и модовых параметров оптических кварцевых световодов;
  • лабораторный стенд для исследования модовых передаточных характеристик элементов волоконно-оптических линий связи (соединений волокон, коммутаторов, оптических модуляторов).


Лаборатория интегрально-оптических элементов и устройств:
  • лабораторный стенд для исследования характеристик оптических спектральных фильтров, интерференционных покрытий, дифракционных решеток;
  • лабораторный стенд для исследования параметров оптических распределительных и коммутационных устройств;
  • лабораторный стенд для исследования характеристик элементной базы микрооптомеханических устройств.



  1. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.

Для реализации целей и задач курса предлагается предусмотреть в программе дисциплины курсовые работы. Требования к содержанию курсовой работы определяются характером задачи по расчёту и исследованию элементной базы или конкретного устройства микрооптики. В курсовой работе должны быть отражены следующие вопросы:
  • анализ основных характеристик и параметров объекта исследования, разработки;
  • выбор и обоснование методов расчёта, моделирования, исследования;
  • расчет конструкции, моделирование, обработка результатов исследования;
  • графическое представление результатов расчётов, моделирования, исследования;
  • анализ полученных результатов и их обобщение.


Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов 654 100 – «Электроника и микроэлектроника», специальность 201 900 «Микросистемная техника»


Программу составили:

Панов М.Ф.
- доцент С.-Петербургского государственного электротехнического университета “ЛЭТИ”

Лучинин В.В.
- профессор С.-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ»

Коркишко Ю.Н.
- профессор Московского института электронной техники (Технический университет) «МИЭТ»



Программа одобрена на заседании Учебно-методического Совета по направлению подготовки дипломированных специалистов 654.100 – «Электроника и микроэлектроника»,

__15 ноября 2000 г.__ протокол №__4___________


Председатель Совета УМО по образованию в области автоматики, электроники, микроэлектроники и радиотехники, профессор

_______________________ Пузанков Д.В.