Geum.ru

Рекомендуется Минобразованием России для специальности 200300 электронные приборы и устройства направления подготовки диплом

Вид материалаДиплом
Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


УТВЕРЖДАЮ

Руководитель Департамента

образовательных программ и стандартов

профессионального образования

_______________ Л.С.Гребнев

«____»______________ 2001 г.


ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

КВАНТОВЫЕ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА




Рекомендуется Минобразованием России

для специальности 200300 ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

направления подготовки дипломированных специалистов

654100 ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА


  1. Цели и задачи дисциплины


Квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства широко внедряются в различных отраслях науки и техники, и освоение этой дисциплины важно для формирования современного инженера электронной техники.

Программа курса рассчитана на предварительную подготовку студентов в области квантовой и оптической электроники, твердотельной электроники и микроэлектроники, электродинамики и микроволновой техники.

В процессе изучения дисциплины у студентов должна быть сформирована совокупность знаний, умений и навыков, служащих им основой для последующей специализации по месту работы на предприятиях, изготавливающих и использующих квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства.

  1. Требования к уровню освоения содержания дисциплины


В результате изучения дисциплины студент должен:

-знать физические процессы и явления, лежащие в основе работы различных квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств; основные физические и математические модели, используемые на этапах расчета и проектирования; основные технологические процессы их производства;

- уметь использовать современные типовые методы расчета параметров и элементов конструкции приборов и устройств с применением средств вычислительной техники;

- иметь представление об основных научно-технических проблемах и перспективах развития квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств, а также основных областях их применения и степени экологической опасности.

  1. Объем дисциплины и виды учебной работы




Вид учебной работы
Всего часов
Семестр

Общая трудоемкость дисциплины
140

8

Аудиторные занятия
85
8

Лекции

51

8

Практические занятия (ПЗ)
17

8

Лабораторные работы (ЛР)
17
8

Самостоятельная работа
55
8

Курсовой проект (работа)
20
8

Вид итогового контроля

З, Э
8



  1. Содержание дисциплины


4.1. Виды дисциплины и виды занятий

№ п/п
Разделы дисциплины
Лекции
ПЗ
ЛР

1.
Оптические резонаторы
*
*
*

2.
Активные среды квантовых приборов
*
*



3.
Общие свойства лазеров
*



*

4.
Мазеры
*
*



5.
Лазеры
*
*
*

6.
Управление лазерным излучением
*
*
*

7.
Основы нелинейной оптики
*



*

8.

Элементы когерентной оптоэлектроники
*
*
*

9.

Применение квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств
*
*
*



    1. Содержание разделов дисциплины


Введение


Основные классификационные признаки приборов и устройств квантовой электроники и оптоэлектроники.

Стандартная терминология.

Структура содержания курса, его связь с другими дисциплинами учебного плана и место в подготовке инженера электронной техники.

  1. Оптические резонаторы


Особенности открытых резонаторов.

Световой пучок в открытом резонаторе. Условие устойчивости резонаторов и диаграмма устойчивости. Типы устойчивых резонаторов. Неустойчивые резонаторы.

Селекция типов колебаний в открытом резонаторе.

Дисперсионные резонаторы.

  1. Активные среды квантовых приборов


Методы получения инверсных состояний по двух- и многоуровневой схеме и их использование в мазерах, лазерах.

Уравнения кинетики изменения населенности уровней в квантовых системах. Условия инверсии населенностей. Нелинейные свойства квантовых систем.

Процессы релаксации в квантовых системах.

  1. Общие свойства лазеров


Стационарная и нестационарная генерация излучения.

Параметры и характеристики лазерного излучения: временная и пространственная когерентность, угловая расходимость, поляризация, энергия и мощность, длительность импульсов, уровень шумов, Спектр типов колебаний. Стабильность параметров.

Методы измерения энергетических параметров лазеров.

Спектроскопия лазерного излучения.

Переходные режимы лазеров, Режим гигантских импульсов.

Синхронизация мод.

Типы и конструкции лазеров. Источники накачки.

  1. Мазеры


Мазеры на молекулярных и атомных пучках. Типы используемых сортирующих систем.

Мазеры с оптической накачкой.

Квантовые дискриминаторы. Квантовые стандарты частоты.

Квантовые парамагнитные усилители (КПУ). Резонаторные КПУ. Схемы работы на проход и на отражение. Амплитудно-частотные характеристики. Полоса перестройки. Динамический диапазон.

КПУ с бегущей волной. Конструкции замедляющих систем. Устойчивость усиления.

Насыщенные КПУ. Шумы и достижимые параметры.

  1. Лазеры


Твердотельные лазеры: рубиновый, неодимовый, на центрах окраски.

Газовые лазеры: атомарные, ионные, молекулярные лазеры на колебательно-вращательных переходах.

Газодинамические лазеры.

Химические и фотодиссоциационные лазеры.

Лазеры на электронных переходах. Эксимерные лазеры.

Лазеры на растворах органических красителей.

Рентгеновские лазеры.

Полупроводниковые лазеры на гомо- и гетероструктурах.

Лазерные усилители: типы, параметры, шумы. Эффект насыщения мощных импульсных усилителей.

  1. Управление лазерным излучением


Распространение света в анизотропных средах и поляризация излучения.

Эффекты Керра, Поккельса, Фарадея.

Электро-, магнито- и акустооптические эффекты.

Методы модуляции и отклонения лазерного луча. Типы лазерных модуляторов и дефлекторов.

Перестройка длины волны излучения лазеров.

Получение сверхкоротких лазерных импульсов.

  1. Основы нелинейной оптики


Волновые уравнения нелинейной оптики. Нелинейная поляризуемость и взаимодействие световых волн. Условие волнового синхронизма.

Лазерные умножители частоты. Генерация второй гармоники.

Параметрические лазерные усилители, генераторы и преобразователи частоты. Способы перестройки частоты генераторов.

Вынужденное комбинационное рассеяние и вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.

Обращение волнового фронта лазерного излучения. Адаптивная оптика.

Самовоздействие световых пучков.

  1. Элементы когерентной оптики


Оптические линии передачи. Световод. Оптические кабели и их разновидности по применению и конструкции. Оптические волокна со ступенчатым и плавным профилем показателя преломления. Условие одномодового режима. Затухание волн в световоде. Состав и способы изготовления оптического волокна.

Основные элементы интегральной оптики.

Оптические методы записи, обработки, хранения, передачи и считывания информации.

Классификация оптоэлектронных устройств. Некогерентные излучатели. Принцип действия, конструкция, типы, параметры и характеристики светодиодов. Когерентные излучатели.

Фотоприемники, их типы, параметры и характеристики. Фоторезисторы, фотодиоды, гетерофотодиоды, лавинные и p-i-n фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, фотоклистроны и фотоЛБВ. Статические и динамические ФЭУ. Одноэлементные фотоприемники на основе МДП-структур. Многоэлементные фотоприемные устройства.

Оптроны, их конструкции, параметры и характеристики.

Техника волоконно-оптических линий связи (ввод, вывод, коммутация и ответвление излучения).

  1. Применение квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств


Основные направления применений квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств. Проблемы, решаемые методами и средствами квантовой и оптоэлектроники.

Интерференционные измерительные устройства: дальномеры, датчики перемещений и вибраций, лазерные измерители скорости. Лазерные гироскопы.

Линейная и нелинейная лазерная спектроскопия. Многофотонная, поляризационная , пикосекундная спектроскопия.

Лазерная фотохимия: разделение изотопов, инициирование направленных химических реакций.

Голография и ее применение в интерферометрии, системах записи и обработки информации.

Возможности и особенности использования лазеров в технологии машиностроения и электронного приборостроения.

Лазеры в медицине. Применение в хирургии, терапии и диагностике заболеваний.

Лазеры в военной технике.

Лазеры в аудио- и видеотехнике.

Приборы и устройства оптоэлектроники в системах ближней и дальней связи.


Заключение


Основные тенденции и направления дальнейшего развития и совершенствования квантовой и оптоэлектроники. Применение ЭВМ при разработке квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств.

Численное моделирование и проблемы разработки средств автоматизированного проектирования лазеров и лазерных систем.

  1. Лабораторный практикум




№ п/п
№ раздела дисциплины
Наименование лабораторных работ

1.
1
Исследование методов юстировки и настройки оптических систем лазеров

2.
3
Исследование лазера гигантских импульсов

3.
5
Исследование газоразрядного лазера

4.
5
Исследование твердотельного импульсного лазера

5.
5
Исследование инжекционного полупроводникового лазера

6.
6
Исследование модуляции лазерного излучения

7.
6
Исследование электронно-управляемого дефлектора лазерного луча

8.
7
Исследование параметрического усилителя света

9.
8
Исследование оптрона

10.
9
Получение объемной голограммы по методу Денисюка



  1. Учебно-методическое обеспечение дисциплины


6.1. Рекомендуемая литература.

а) основная литература:


1. Пихтин А.Н. Физические основы квантовой и оптоэлектроники. - М.: Высшая школа, 1983, 304 с.

2. Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов и дискриминаторов. Под ред. В.В.Фатеева. - М.: Сов.радио, 1978, 303 с.

3. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. - М.: Наука, 1988, 335 с.

4. Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники. Л.: Машиностроение, 1990, 316 с.

5. Лазерная техника и технология. 7 кн. под ред. А.Г.Григорьянца. -М.: Высшая школа, 1987 - 1988 гг.

6. Верещагин И.К., Косяченко Л.А., Кокин С.М. Введение в оптоэлектронику. -М.: Высшая школа, 1991, 191 с.

7. Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. - М.: Высшая школа, 1988, 234 с.


б) дополнительная литература:


1. Штейншлейгер В.Б., Мисежников Г.С., Лифанов П.С. Квантовые усилители СВЧ (мазеры). -М.: Сов.радио, 1971, 431 с.

2. Тарасов Л.В. Введение в квантовую оптику. - М.: Высшая школа, 1987, 304 с.

3. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. -М.: Наука, 1990, 263 с.

4. Страховский Г.М., Успенский А.В. Основы квантовой электроники. - М.: Высшая школа, 1979, 303 с.

5. Звелто О. Принципы лазеров. - М.: Мир, 1990, 559 с.

6, Технологические лазеры. Справочник в 2 т. Под ред. Г.А.Абильсиитова. - М.: Машиностроение. Т.1, 2. 1991, 431 с.

7. Балошин Ю.А., Крылов К.И., Шарлай С.Ф, Применение ЭВМ при разработке лазеров. - Л.: Машиностроение, 1989, 276 с.

8. Шен И.Р. Принципы нелинейной оптики. - М.: Наука, 1989, 557 с.

9. Чео П.К. Волоконная оптика: Приборы и системы.- М.: Энергоатомиздат, 1988,

279 с.
  1. Свешников Г.С. Элементы интегральной оптики. - М.: Радио и связь, 1987, 101 с.

11. Успенский А.В. Сборник задач по квантовой электронике. - М.: Высшая школа, 1976, 175 с.

    1. Средства обеспечения освоения дисциплины

По усмотрению вузов.

  1. Материально-техническое обеспечение дисциплины

По усмотрению вузов.

  1. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

По усмотрению вузов.


Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 654100 “Электроника и микроэлектроника”


Программу составили:

Гоголев Г.П… - доцент Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ"

Малышев В.А. - профессор Таганрогского государственного радиотехнического университета


Программа одобрена на заседании учебно-методического совета по специальности 200300 “Электронные приборы и устройства” от 20 ноября 2000г., протокол № 1.


Председатель Совета УМО по образованию

в области автоматики, электроники,

микроэлектроники и радиотехники Пузанков Д.В.