Специальный физический практикум

Вид материалаПрактикум

Содержание


Задачей изучения дисциплины является
В результате выполнения работ спецпрактикума студент магистратуры должен знать
Виды учебной работы
Атомная и молекулярная спектроскопия
Задачей изучения дисциплины является
Основные дидактические единицы (разделы)
В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен
Виды учебной работы
Фотофизика атомных и молекулярных сред
Задачей изучения дисциплины является
Основные дидактические единицы (разделы)
В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен
Виды учебной работы
Цели и задачи дисциплины
Квантовая электроника (1 ЗЕ), Нелинейная оптика 1(ЗЕ), Квантовая оптика (1 ЗЕ).
Цели и задачи дисциплины
Цели и задачи дисциплины
Физика лазеров (1 ЗЕ), Техника лазеров (1 ЗЕ).
Лекции, семинары, самостоятельная работа – подготовка рефератов
Цели и задачи дисциплины
...
Полное содержание
Подобный материал:
Аннотация дисциплины

Специальный физический практикум

Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 6 зачетных единиц (216 час).

Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является Формирование базовых знаний в области атомной и молекулярной спектроскопии, фотофизики и физики лазеров на основе общефизической и общетеоретической подготовки бакалавров-физиков. В результате выполнения работ спецпрактикума обеспечивается закрепление и углубление теоретических знаний по спектроскопии и физики лазеров, приобретения навыков выполнения сложного оптико-спектрального эксперимента, освоения основ практической спектроскопии возможность практического применения знаний в наукоемких и высокотехнологичных сферах деятельности, включая образование. Каждая из лабораторных работ спецпрактикума представляет собой отдельную исследовательскую задачу, которая для студентов является пионерской. Студентам предлагается выполнить эти работы, следуя методологии проведения научного исследования и правилам представления результатов, принятым в мировом научном сообществе.

Задачей изучения дисциплины является: формирование универсальных и профессиональных компетенций.

Универсальные компетенции (общенаучные (ОНК) и инструментальные (ИК)) состоят в следующем:

– в использовании полученных практических знаний, навыков и умений при изучении вышеперечисленных специальных дисциплин (ОНК-1);

– в применении полученных знаний, навыков и умений для выполнения индивидуальной научно-исследовательской работы по выбранной теме в рамках курсовой работы и магистерской диссертации (ОНК-2);

– в умении разбираться в практических вопросах систематики спектров многоэлектронных атомов, двухатомных и многоатомных молекул и молекулярных кристаллов, фотофизических процессов и физике лазеров (ИК-1);

– в овладении инструментальными средствами извлечения информации об энергетической структуре и строении свободных и связанных атомов, ионов и молекул, молекулярных кристаллов а также в умении пользоваться ими при решении конкретных практических задач, как в спектроскопии, так и в смежных научно-прикладных областях (ИК-2);

– в умении работать с информацией в области спектроскопии и физики лазеров в связи с решением вопросов смежных разделов физики, используя в качестве источников отечественную и зарубежную научную периодическую литературу, монографии, учебники, электронные ресурсы и Интернет (ИК-3);

– в активном применении навыков использования специализированных программных пакетов для обработки и интерпретации результатов эксперимента в области спектроскопии, фотофизики и физики лазеров при решении образовательных и научных задач (ИК-4).

Профессиональные компетенции (ПК) состоят в следующем:

– в использовании знания физических законов, работающих в области оптической спектроскопии, фотофизики и физики лазеров, при последующем изучении смежных дисциплин и дальнейшей профессиональной деятельности (ПК-1);

– в постановке научно-технических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности при решении современных проблем в области оптики и спектроскопии, физики конденсированного состояния вещества, квантовой и функциональной электроники (ПК-2).


Основные дидактические единицы (разделы):

1.Спектроскопическая диагностика плазмы

1.1.Измерение температуры дугового разряда. Методы определения температуры:

а. по относительным интенсивностям линий в эмиссионных спектрах атомов,

б. по измерению относительных интенсивностей линий вращательной или полос колебательной структуры в электронных спектрах двухатомных молекул.

1.2. Определение концентрации электронов в плазме дугового разряда по штарковскому расщеплению (уширению) линий в спектре водорода или лития.

2.Молекулярная спектроскопия.

2.1. Колебательно-вращательная структура электронного перехода 2S+- 2S+ радикала циана (CN).

2.2. Проверка правила зеркальной симметрии спектров поглощения и флуоресценции сложных молекул.

2.3. Комбинационное рассеяние света в молекулярном кристалле нафталина.

2.4. Спектры экситонного поглощения в молекулярных кристаллах.

2.5. Использование абсорбционной инфракрасной спектроскопии для анализа колебаний многоатомных молекул.

3.Прикладная спектроскопия.

3.1.Основы количественного эмиссионного спектрального анализа.

4.Физика лазеров: измерение основных характеристик лазерного излучения (коэффициента усиления, расходимости и модовой структуры).

5. Фотофизические процессы в сложных молекулах: построение диаграммы Яблонского по результатам измерения спектров поглощения и испускания, флуоресцентного, радиационного и фосфоресцентного времени жизни.


В результате выполнения работ спецпрактикума студент магистратуры должен знать: основные исследовательские и практические методы, используемые для количественного анализа физических ситуаций в явлениях спектроскопии, фотофизики, физики лазеров и вопросах аналитической спектроскопии, а также основы обработки результатов измерений,

уметь: использовать теоретические модели для интерпретации результатов оптико-спектрального эксперимента в атомно-молекулярных средах на разных уровнях организации материи (атом, молекула, кристалл), работать на современной автоматизированной аппаратуре, выполнять компьютерный анализ систематических и статистических погрешностей с применением современных программных пакетов,

владеть: основами инструментальных оптико-спектроскопических методов извлечения информации об энергетической структуре и строении свободных и связанных атомов и молекул.


Виды учебной работы: лабораторные занятия, самостоятельная работа


Изучение дисциплины заканчивается зачетом


Аннотация дисциплины


Атомная и молекулярная спектроскопия


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 5 зачетных единиц (180 час).


Цели и задачи дисциплины


Целью изучения дисциплины является формирование базовых знаний в области спектроскопии атомов и молекул, на основе общефизической и общетеоретической подготовки бакалавров-физиков и специалистов. В результате изучения дисциплины обеспечивается возможность практического применения знаний в наукоемких и высокотехнологичных сферах деятельности, включая образование.


Задачей изучения дисциплины является: формирование универсальных и профессиональных компетенций.

Универсальные компетенции (общенаучные (ОНК) и инструментальные (ИК)) состоят в следующем:

– в использовании полученных теоретических и практических знаний, навыков и умений по курсу, при дальнейшем изучении специальных дисциплин (ОНК-1);

– в применении полученных знаний, навыков и умений для выполнения индивидуальной научно-исследовательской работы по выбранной теме в рамках курсовой работы и магистерской диссертации (ОНК-2);

– в умении разбираться в систематике спектров в связи с изучением явлений взаимодействия света со свободными и связанными атомами и молекулами (ИК-1);

– в овладении инструментальными средствами извлечения информации об энергетической структуре и строении свободных и связанных атомов, ионов и молекул, а также умения пользоваться ими при решении конкретных практических задач, как в спектроскопии, так и в смежных научно-прикладных областях (ИК-2);

– в умении работать с информацией в области спектроскопии в связи с решением вопросов смежных разделов физики, используя в качестве источников отечественную и зарубежную научную периодическую литературу, монографии, учебники, электронные ресурсы и Интернет (ИК-3);

– в активном применении навыков использования специализированных программных пакетов для выполнения расчетов и математического моделирования основных спектроскопических явлений при решении образовательных и научных задач (ИК-4).

Профессиональные компетенции (ПК) состоят в следующем:

– в использовании знания физических законов и структуры явлений взаимодействия излучения с веществом, в широкой области электромагнитного спектра при последующем изучении смежных дисциплин и дальнейшей профессиональной деятельности (ПК-1);

– в постановке научно-технических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности при решении современных проблем в области оптики и спектроскопии, физики конденсированного состояния вещества, квантовой и функциональной электроники (ПК-2).


Основные дидактические единицы (разделы): Общие вопросы спектроскопии. Основы приближенных методов описания и расчета электронных состояний в атомах и молекулах. Систематика состояний электронов в многоэлектронных атомах и спектры переходов. Экспериментальные методы атомной спектроскопии. Электрооптическая модель молекулы. Описание движений (электронного, колебательного, вращательного) свободных молекул и соответствующих им спектров. Электронно-колебательная спектроскопия связанных молекул. Экспериментальные методы молекулярной спектроскопии. Извлечение информации о строении и энергетической структуре свободных и связанных молекул. Основы радиоспектроскопии. Основы рентгеновской спектроскопии.


В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен

знать: основные приближения и методы, используемые для количественного описания электронных состояний и спектров атомов и ионов, строения и движений свободных и связанных молекул, систематику вращательных, колебательных, электронных спектров двухатомных и многоатомных молекул в приложении к конкретным явлениям взаимодействия света с молекулами, эффекты взаимодействия отдельных движений в молекулах и их спектроскопические проявления: особенности строения спектров при переходе от двухатомных молекул к многоатомным и от свободных молекул к связанным (плотные молекулярные газы, жидкости, кристаллы); возможности радиоспектроскопии и рентгеновской спектроскопии.

уметь: выполнять оценки энергий переходов в электронных, колебательных, вращательных спектрах, строить простые модели атомных и молекулярных спектров, производить теоретико-групповой анализ вращательных, колебательных и электронных состояний и спектроскопических переходов, применять приобретенные знания для изучения явлений атомной и молекулярной спектроскопии с помощью инструментальных спектроскопических методов в разных областях электромагнитного спектра.

владеть: принципами и основами инструментальных спектроскопических методов извлечения информации об энергетической структуре и строении свободных и связанных атомов, ионов и молекул.


Виды учебной работы: лекционные, практические занятия, самостоятельная работа


Изучение дисциплины заканчивается зачетом, экзаменом


Аннотация дисциплины


Фотофизика атомных и молекулярных сред


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетные единицы (108 час.).


Цели и задачи дисциплины


Целью изучения дисциплины является изучение комплексных процессов трансформации поглощенной световой энергии в веществе.


Задачей изучения дисциплины является: формирование универсальных и профессиональных компетенций.

Универсальные компетенции (общенаучные (ОНК) и инструментальные (ИК)) состоят в следующем:

– в использовании полученных теоретических и практических знаний, навыков и умений по курсу, при дальнейшем изучении специальных дисциплин (ОНК-1);

– в применении полученных знаний, навыков и умений для выполнения индивидуальной научно-исследовательской работы по выбранной теме в рамках магистерской диссертации (ОНК-2);

– в формировании качественного понимания сложных фотофизических процессов на основе наглядных моделей (ИК-1),

в овладении количественными методами описания взаимодействия излучения с веществом (атомные и молекулярные среды) на основе классической и квантовой теории (ИК-2);

Профессиональные компетенции (ПК) состоят в следующем:

– в использовании знания законов фотофизики при последующем изучении смежных дисциплин и дальнейшей профессиональной деятельности (ПК-1);

– в постановке научно-технических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности при решении современных проблем в области физики, химии, биологии (ПК-2).


Основные дидактические единицы (разделы):

Роль фотофизических процессов в атомной и молекулярной физике, химии, биологии. Возбуждение молекул. Время жизни возбужденного состояния. Закономерности изменения заселенности состояния молекул в рамках двухуровневой и многоуровневой схем. Внутримолекулярное перераспределение колебательной энергии в сложных молекулах (1ЗЕ).

Диаграмма Яблонского. Пути распада возбужденных состоянии. Люминесценция ее характеристики и законы. Безызлучательные процессы. Тушение люминесценции молекул посторонними примесями. Роль процессов переноса энергии в физических, химических биологических системах. Механизмы безызлучательного переноса энергии: индуктивно-резонансный, обменно-резонансный (1ЗЕ).

Кооперативная сенсибилизация фотофизических и фотохимических процессов. Нестационарные когерентные эффекты в коллективе возбужденных частиц. Лазерная фотофизика и фотохимия. Хроноскопия фотофизических процессов (1ЗЕ).


В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен

знать: классификацию элементарных фотопроцессов и их константы скоростей; методы их описания на основе классической и квантово-механической теорий взаимодействия излучения с веществом и физической кинетики; роль фотофизических процессов в физических, химических и биологических явлениях; современные экспериментальные методы исследования фотофизических процессов на основе достижений лазерной физики и техники.

уметь: делать оценки и выполнять расчеты скоростей протекания и квантовых выходов элементарных фотопроцессов; анализировать сложные явления, развивающиеся как совокупность нескольких фотопроцессов; производить поиск практических применений фотофизических процессов.

владеть: методами описания взаимодействия излучения с веществом и методами физической кинетики.


Виды учебной работы: лекционные, практические занятия


Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.


Аннотация дисциплины

Лазерная физика


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных единицы (108 часа).


Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является изучение теории работы лазеров, лазерных систем и их применения в научных исследованиях, промышленности, биологии, медицине, информатике


Задачей изучения дисциплины является: изучение физических основ конструирования лазеров, в том числе проектирования оптических резонаторов; изучение методов создания инверсии населённостей в лазерных средах; временной эволюция световых полей в лазерах; теории распространения лазерных пучков; взаимодействия лазерного излучения с веществом.


Основные дидактические единицы (разделы): Квантовая электроника (1 ЗЕ), Нелинейная оптика 1(ЗЕ), Квантовая оптика (1 ЗЕ).


В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен:

знать: методы усиления и генерации электромагнитного излучения на основе явления вынужденного излучения в неравновесных квантовых системах, теорию оптических резонаторов и распространения лазерных пучков в открытом пространстве и оптическом волноводе, теорию основных нелинейно оптических явлений (ГВГ, параметрическое усиление света, самофокусировка и др.), основы теории взаимодействия лазерного излучения с веществом

уметь: применять полученные теоретические знания в самостоятельном решении практических задач связанных с анализом проблем развития лазерной физики (разработки лазерных источников, методов их применения науке, технике и медицине), в планировании и проведении физического эксперимента связанного с генерацией или использованием лазерного излучения

владеть: навыками количественных оценок, расчетов параметров, конструирования изделий квантовой электроники и приборов на их основе

Виды учебной работы: Лекции, семинары, самостоятельная работа – подготовка рефератов

Изучение дисциплины заканчивается зачетом


Аннотация дисциплины

Физика газовых лазеров


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 2 зачетных единицы (72 часов).


Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является изучение физики процессов создания инверсии населенностей в газовых средах,


Задачей изучения дисциплины является: изучение физико - технических основ создания инверсии населенностей и конструирования газовых лазеров, в том числе источников для их возбуждения.


Основные дидактические единицы (разделы): Способы и техника возбуждения газовых лазеров (1 ЗЕ). Физика газового разряда в газовых лазерах (1 ЗЕ)


В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен:

знать: Основные классы газовых лазеров (Электроразрядные, газодинамические, химические). Основные процессы в газовом разряде приводящие к созданию инверсии населенности в газовых и плазменных лазерах, Особенности поддержания разряда в потоке газа. Методы создания газового разряда в плотных газах, Методы возбуждения газовых лазеров электронным пучком. Конструкции и принципы работы мощных импульсных генераторов для импульсных электроразрядных лазеров.

уметь: применять полученные теоретические знания в самостоятельном решении практических задач связанных с анализом проблем разработки новых лазерных источников на газовых средах,

владеть: навыками количественных оценок, расчетов параметров, конструирования газоразрядных лазеров, и источников их возбуждения

Виды учебной работы: Лекции, семинары, самостоятельная работа – подготовка рефератов

Изучение дисциплины заканчивается зачетом


Аннотация дисциплины
Физика и техника лазеров


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 2 зачетных единицы (72 часа).


Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является изучение физики процессов генерации лазерного излучения и теории конструирования лазеров,


Задачей изучения дисциплины является: изучение физико - технических основ конструирования лазеров, в том числе проектирования оптических резонаторов; изучение методов оптимизации процессов генерации лазерного излучения.


Основные дидактические единицы (разделы): Физика лазеров (1 ЗЕ), Техника лазеров (1 ЗЕ).


В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен:

знать: Основные типы лазеров и лазерных сред, и методы создания в них инверсии населенностей , методы оптимизации лазеров по ключевым параметрам: КПД, мощности, спектру и частоте генерации, поперечному модовому составу. Лазерные системы (лазер – усилитель). Методы стабилизации основных параметров лазерной генерации. Режимы генерации (свободная генерация, модуляция добротности). Роль резонатора и внутрирезонаторных элементов в управлении параметрами лазерной генерации (управление модовым составом, спектральным составом, поляризацией и временной динамикой генерации).

уметь: применять полученные теоретические знания в самостоятельном решении практических задач связанных с анализом проблем разработки новых лазерных источников,

владеть: навыками количественных оценок, расчетов параметров, конструирования лазеров, резонаторов, систем лазер-усилитель

Виды учебной работы: Лекции, семинары, самостоятельная работа – подготовка рефератов

Изучение дисциплины заканчивается зачетом


Аннотация дисциплины
Применение лазеров


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 5 зачетных единицы (180 часов).


Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является изучение физических основ применения лазеров в науке, технике, измерительной аппаратуре и технологиях,


Задачей изучения дисциплины является: выработка у слушателей навыков анализа решения различных научных, технических или иных прикладных задач, связанных с использованием лазеров, на основе применения знаний в области лазерной физики, спектроскопии и физики взаимодействия излучения с веществом.


Основные дидактические единицы (разделы): Аналитические применения лазеров (2 ЗЕ), Лазеры в информационных системах (1 ЗЕ), Физические основы технологического применения лазеров (2 ЗЕ).


В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен:

знать: Физические основы аналитического применения лазеров (Лазерная спектроскопия в т.ч. нелинейная лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения. Дистанционное зондирование окружающей среды, лазерные дальномеры, Лазерная масспектрометрия и.т.д), Физические основы применения лазеров для передачи, хранения и обработки информации. Лазерная интреферометрия в т.ч. лазерная томография, Физические основы лазерных технологий (резка, сварка, скрайбирование, очистка, фототравление, и фотосаждение и.т.д.)

уметь: применять полученные теоретические знания в самостоятельном решении практических задач связанных с анализом проблем применеиния лазеров в науке, технике и технологиях,

владеть: навыками количественных оценок, расчетов параметров, конструирования аналитических лазерных систем, систем передачи и хранения информации и лазерных технологических установок

Виды учебной работы: Лекции, семинары, самостоятельная работа – подготовка рефератов

Изучение дисциплины заканчивается экзаменом, зачетом


Аннотация дисциплины
Физические основы применения лазеров в биологии и медицине


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 5 зачетных единицы (180 часов).


Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является приобретение знаний по физическим и биологическим основам использования источников лазерного излучения в биомедицинских приложениях; приобретение навыков оценки основных параметров лазерного излучения для решения вопроса о безопасности и эффективности его использования в медицине и биологических экспериментальных исследованиях;,


Задачей изучения дисциплины является: Изучение и анализ современных представлений о механизмах реализации биологических эффектов лазерного излучения, возможностях использования лазерного излучения для оценки и управления течением ключевых клеточно-биологических и молекулярных процессов, физических основах методов диагностики, терапии и хирургии, связанных с применением лазерного излучения. Приобретение знаний о фотофизических и фотобиологических явлениях, определяющих характер, безопасность, эффективность и спектр диагностических и лечебных возможностей при применении лазерного излучения в биологии и медицине. Знакомство с современной аппаратурой и методами, основанными на использовании биологических эффектов лазерного излучения, стандартами безопасного режима их использования..


Основные дидактические единицы (разделы): Физика взаимодействия лазерного излучения с биологическими структурами и тканями (1 ЗЕ), Физические основы лазерной терапии и хирургии (1 ЗЕ). Физические основы аналитического применения лазеров в биологии и медицине (1 ЗЕ), Оптическием методы визуализации в биологии и медицине (в т.ч. Лазерная оптическая микроскопия) (1 ЗЕ). Проблемы лазерной радиационной безопасности (1 ЗЕ)


В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен:

знать: методы решения различных прикладных задач, связанных с использованием лазеров в биологии и медицине, на основе применения знаний в области лазерной физики, спектроскопии и физики взаимодействия излучения с веществом на основе анализа характеристик лазерных источников.

уметь: Формировать совокупность ключевых идей, понятий, экспериментальных фактов и теоретических моделей для научно-технического прогнозирования перспектив развития различных применений лазеров, находящихся на стадии научных исследований, в биологии и медицине, работать с основными типами источников лазерного излучения для биомедицинских приложений в контексте формирования профессиональной компетенции специалиста, занимающегося проблемами экспериментальной физики, биомедицинского инженеринга, биомедицинской оптики и спектроскопии

владеть: междисциплинарным подходом к решению исследовательских и прикладных задач биомедицинской проблематики с использованием источников лазерного излучения.

Виды учебной работы: Лекции, семинары, самостоятельная работа – подготовка рефератов

Изучение дисциплины заканчивается экзаменом, зачетом


Аннотация дисциплины


Основы современной микроскопии


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетные единицы (108 час.).


Цели и задачи дисциплины


Целью изучения дисциплины является изучение комплексных процессов трансформации поглощенной световой энергии в веществе.


Задачей изучения дисциплины является: формирование универсальных и профессиональных компетенций.

Универсальные компетенции (общенаучные (ОНК) и инструментальные (ИК)) состоят в следующем:

– в использовании полученных теоретических и практических знаний, навыков и умений по курсу, при дальнейшем изучении специальных дисциплин (ОНК-1);

– в применении полученных знаний, навыков и умений для выполнения индивидуальной научно-исследовательской работы по выбранной теме в рамках магистерской диссертации (ОНК-2);

– в формировании качественного понимания сложных фотофизических процессов на основе наглядных моделей (ИК-1),

в овладении количественными методами описания взаимодействия излучения с веществом (атомные и молекулярные среды) на основе классической и квантовой теории (ИК-2);

Профессиональные компетенции (ПК) состоят в следующем:

– в использовании знания законов фотофизики при последующем изучении смежных дисциплин и дальнейшей профессиональной деятельности (ПК-1);

– в постановке научно-технических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности при решении современных проблем в области физики, химии, биологии (ПК-2).


Основные дидактические единицы (разделы):

  1. Оптическая микроскопия. Классификация По областям применения: (технические, биологические, хирургические.), По классу сложности: учебные и рабочие, лабораторные, исследовательские, по По виду микроскопии: проходящего и отраженного света, поляризационные,
    люминесцентные (флуоресцентные), фазового контраста. Наиболее сложный флуоресцентный - конфокальный микроскоп. По направленности светового потока прямые и инвертированные. Оптическая схема, принцип действия, увеличение и разрешающая способность микроскопа.(1ЗЕ).
  2. Предмет и история электронной микроскопии. Электронная оптика.

Формирование изображений в световой и электронной оптике. Разрешающая способность световой и электронной оптики. Электростатические и электромагнитные линзы.

Типы электронных микроскопов.

2. Устройство электронного микроскопа. Особенности пробоподготовки в биологии пробоподготовки в биологии


Методы сканирующей зондовой микроскопии ( Сканирующая туннельная микроскопия, Атомно-силовая микроскопия, Электросиловая микроскопия, Магнитно-силовая микроскопия, Ближнепольная оптическая микроскопия) (1ЗЕ).


В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен

знать: классификацию элементарных фотопроцессов и их константы скоростей; методы их описания на основе классической и квантово-механической теорий взаимодействия излучения с веществом и физической кинетики; роль фотофизических процессов в физических, химических и биологических явлениях; современные экспериментальные методы исследования фотофизических процессов на основе достижений лазерной физики и техники.

уметь: делать оценки и выполнять расчеты скоростей протекания и квантовых выходов элементарных фотопроцессов; анализировать сложные явления, развивающиеся как совокупность нескольких фотопроцессов; производить поиск практических применений фотофизических процессов.

владеть: методами описания взаимодействия излучения с веществом и методами физической кинетики.


Виды учебной работы: лекционные, практические занятия, самостоятельная работа


Изучение дисциплины заканчивается зачетом.


Аннотация дисциплины


Волновая оптика и голография


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных единицы (108 часов).


Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является знакомство с основными элементами теории и практики явлений в области волновой, когерентной оптики и голографии, а также с практикой применения этих явлений в различных областях науки и техники.


Задачей изучения дисциплины является: изучение физических основ волновой, когерентной, статистической оптики и голографии, а также основ теории и практики оптических измерений в когерентной свете.


Основные дидактические единицы (разделы): Основные положения волновой и когерентной оптики (1 ЗЕ), Формирование и распространение волновых пучков (1 ЗЕ), Запись и обработка оптической информации в когерентном свете 1(ЗЕ).


В результате изучения дисциплины студент магистртуры должен:

знать: Основные положения волновой оптики (Квантовая природа электромагнитного излучения, теорема Котельникова, Квантовомеханическая модель дифракции). Общетеоретические положения когерентной оптики (Формирование и распространение когерентных световых пучков, волноводное распространение света, предельные формы взаимной когерентности, теорема Ван Циттера-Цернике, методы измерения пространственной и временной когерентности). Запись и обработка оптической информации в когерентном свете (Оптический сигнал и его преобразование, преобразование Фурье, принципы голографической записи, голограммы Фурье, оптическая фильтрация и распознавание образов);

уметь: применять полученные теоретические знания в самостоятельном решении практических задач связанных с анализом проблем развития когерентной оптики (разработки систем когерентных источников света, методов их применения науке, технике и медицине), в планировании и проведении физического эксперимента связанного с волновой оптикой и голографией;

владеть: навыками количественных оценок, расчетов параметров, конструирования систем квантовой электроники и приборов на основе физических явлений в области когерентной оптики.

Виды учебной работы: Лекции, семинары, самостоятельная работа – подготовка рефератов, лабораторные работы.

Изучение дисциплины заканчивается экзаменом

Аннотация дисциплины

Оптические волны в конденсированных средах


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных единицы (108 часов).

Цель дисциплины

Углубленное изучение оптических и спектральных свойств конденсированных сред.

Задачи дисциплины

Формирование универсальных и профессиональных компетенций, в том числе:

– использование полученных теоретических и практических знаний, навыков и умений по курсу, при дальнейшем обучении (ОНК-1);

– применение полученных знаний, навыков и умений для выполнения индивидуальной научно-исследовательской работы по выбранной теме в рамках курсовой и выпускной работы (ОНК-2);

– умение устанавливать связь структуры и симметрии среды с ее оптическими и спектральными свойствами (ИК-1);

– владение инструментальными средствами измерения оптических и спектральных характеристик конденсированных сред для исследования твердотельных материалов, умение пользоваться ими при решении конкретных практических задач как в оптике и спектроскопии, так и в смежных научно-прикладных областях (ИК-2);

– умение использовать оптическую и спектральную информацию для решения вопросов смежных разделов физики, используя в качестве источников отечественную и зарубежную научную периодическую литературу, монографии, учебники, электронные ресурсы и Интернет (ИК-3);

– навыки активного применения специализированных программных пакетов и баз данных для выполнения теоретических расчетов, планирования и проведения эксперимента, обработки данных в области оптики и спектроскопии конденсированных сред при решении образовательных и научных задач (ИК-4).

Профессиональные компетенции (ПК) состоят в следующем:

–знание физических законов, работающих в области оптики и спектроскопии конденсированных сред, при последующем изучении смежных дисциплин и дальнейшей профессиональной деятельности (ПК-1);

– в постановке научно-технических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности при решении современных проблем в области оптики и спектроскопии конденсированного состояния вещества (ПК-2).

Основные дидактические единицы (разделы)

  1. Кристаллооптика.

Симметрия и физические свойства кристаллов. Распространение электромагнитных волн в периодической решетке. Линейная оптика кристаллов. Связь симметрии и оптических свойств кристалла. Матричные методы описания распространения оптических волн в анизотропных средах. Формализм матриц Джонса. Использование эффекта двулучепреломления для управления параметрами световых волн. Связь локальных характеристик и структуры кристалла с макроскопическими оптическими параметрами.

  1. Нелинейная оптика кристаллов.

Влияние внешних воздействий на оптические характеристики кристаллов. Симметрия кристалла, внутренняя симметрия и вид тензоров нелинейных оптических свойств. Электрооптика кристаллов. Эффект Поккельса, эффект Керра, симметрия соответствующих тензоров. Использование электрооптических элементов для управления параметрами оптического излучения. Нелинейная оптика кристаллов. Симметрийные ограничения, проявление эффектов двулучепреломления и дисперсии. Понятие фазового синхронизма, методы согласования фаз световых волн в анизотропных средах, квазисинхронные взаимодействия.

  1. Колебательная спектроскопия кристаллов.

Особенности методов расчета колебательного спектра кристаллов. Квазигармоническая динамика решетки, молекулярная динамика. Нормальные моды колебаний кристаллической решетки. Понятие фонона. Модельные и первопринципные методы описания силовых полей в кристаллах. Симметрия колебаний кристаллической решетки. Специфика расчета правил отбора для предельных колебаний. Проявления колебаний кристаллической решетки в оптических спектрах. Спектроскопия инфракрасного поглощения, комбинационного рассеяния света. Симметрийные ограничения на взаимодействие колебаний с оптическими волнами. Особенности методик лазерной спектроскопии лазерной спектроскопии конденсированных сред.

В результате изучения дисциплины студент должен

знать: связь структуры и симметрии среды с ее оптическими и спектральными свойствами, методы описания оптических свойств анизотропных сред, методы применения свойств конденсированных сред для управления оптическим излучением, методы и средства численного моделирования и экспериментального получения спектров конденсированных сред.

уметь: определить возможные оптические и спектральные характеристики конденсированной среды на основе данных о ее симметрии и структуре; выбрать методику и активную среду для разработки системы управления оптическим излучением; выбрать метод численного моделирования оптического спектра конденсированной среды и, его экспериментального получения и обработки экспериментальных данных.

владеть: принципами и основами оптических и спектральных методов исследования симметрии и структуры конденсированных сред.

Виды учебной работы

Лекции, самостоятельная работа – подготовка рефератов

Изучение дисциплины заканчивается

экзаменом


Аннотация дисциплины


Молекулярная оптика


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 2 зачетные единицы (72 часа).


Цели и задачи дисциплины


Целью изучения дисциплины является Формирование базовых знаний в области молекулярной оптики на основе общефизической и общетеоретической подготовки бакалавров-физиков. В результате изучения дисциплины обеспечивается возможность практического применения знаний в наукоемких и высокотехнологичных сферах деятельности, включая образование.


Задачей изучения дисциплины является: формирование универсальных и профессиональных компетенций.

Универсальные компетенции (общенаучные (ОНК) и инструментальные (ИК)) состоят в следующем:

– в использовании полученных теоретических и практических знаний, навыков и умений по курсу, при дальнейшем изучении смежных специальных дисциплин (ОНК-1);

– в применении полученных знаний, навыков и умений для выполнения научно-исследовательской работы по выбранной теме в рамках курсовой работы и магистерской диссертации (ОНК-2);

– в умении разбираться в явлениях молекулярной оптики и методах извлечения информации об электрооптических характеристиках молекул различной степени сложности и различной симметрии. (ИК-1);

– в овладении инструментальными средствами извлечения информации об электрооптических характеристиках молекул, и прибретении умения пользоваться ими при решении конкретных практических задач (ИК-2);

– в умении работать с информацией в области молекулярной оптики в связи с решением вопросов смежных разделов физики, используя в качестве источников отечественную и зарубежную научную периодическую литературу, монографии, учебники, электронные ресурсы и Интернет (ИК-3);

– в приобретении навыков работы со специализированными программными пакетами для выполнения расчетов в области молекулярной оптики при решении образовательных и научных задач (ИК-4).

Профессиональные компетенции (ПК) состоят в следующем:

– в использовании знания физических законов, работающих в области молекулярной оптики, как при изучении смежных дисциплин, так и в дальнейшей профессиональной деятельности (ПК-1);

– в постановке научно-технических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности при решении современных проблем в области оптики и спектроскопии, физики конденсированного состояния вещества, квантовой электроники, сопряженных с молекулярной оптикой (ПК-2).


Основные дидактические единицы (разделы): цели и задачи молекулярной оптики. Специфика строения молекулярных объектов в живой и неживой природе. Оптика органа зрения. Дисперсия оптической рефракции. Молекулярное отражение света. Молекулярное рассеяние света малыми и большими частицами. Рассеяние растворами полимеров. Комбинационное рассеяние света в молекулярных средах. Статистические свойства рассеянного света. Оптическое двойное лучепреломление в электрическом поле (эффект Керра). Двойное лучепреломление в потоке (эффект Максвелла). Оптическая активность. Дисперсия оптического вращения (эффект Коттона). Двойное лучепреломление в магнитном поле (эффект Коттон-Мутона). Обзор явлений молекулярной нелинейной оптики. Процессы записи и релаксации светоиндуцированных решеток в молекулярных средах.

В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен

знать: основные приближения и модели, используемые для количественного описания явлений и содержание дидактических единиц молекулярной оптики,

уметь: выполнять оценки физических величин на основе знания моделей явлений молекулярной оптики, выявлять наличие перекрестных связей в различных явлениях и формировать на этой основе комплект электрооптических характеристик молекул; применять приобретенные знания для изучения явлений молекулярной оптики с помощью инструментальных методов,

владеть: принципами и основами инструментальных методов извлечения информации о строении и электрооптических свойствах молекул и молекулярных сред.


Виды учебной работы: лекции, самостоятельная работа

Изучение дисциплины заканчивается зачетом


Аннотация дисциплины

Интегральная оптика


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 2 зачетных единицы (72 часа).


Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является знакомство с основами оптической и интегральной оптики


Задачей изучения дисциплины является: изучение основ оптической и интегральной оптики, физики лазеров и методов управления лазерным излучением, основ волноводного распространения света в полых и наполненных волновода, элементов интегральной оптики.


Основные дидактические единицы (разделы): Физические основы квантовой и оптической электроники (1 ЗЕ), Основы лазерной техники 1(ЗЕ), Оптоэлектроника и интегральная оптика (1 ЗЕ).


В результате изучения дисциплины магистрант должен:

знать: методы усиления и генерации электромагнитного излучения на основе явления вынужденного излучения, свойства лазерного излучения, теорию оптических резонаторов и распространения лазерных пучков в открытом пространстве и в оптических полых и наполненных волноводах, физические явления и методы управления лазерным излучением, основные типы оптоэлектронных устройств и физические основы их работы, основы построения устройств и систем интегральной оптики.

уметь: применять полученные теоретические знания в самостоятельном решении практических задач связанных с анализом проблем развития интегральной оптики, в планировании и проведении физического эксперимента связанного с генерацией или использованием лазерного излучения

владеть: навыками количественных оценок, расчетов параметров, конструирования устройств с элементами интегральной оптики и приборов на их основе

Виды учебной работы: Лекции, семинары, самостоятельная работа – подготовка рефератов, лабораторные работы

Изучение дисциплины заканчивается зачетом


Аннотация дисциплины

Моделирование физических процессов в квантовой электронике

Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетные единицы (108 час).

Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является изучение подходов и методов решения широкого круга задач квантовой электроники методами математического моделирования с использованием кинетического подхода.

Задачей изучения дисциплины является: формирование универсальных и профессиональных компетенций.

Универсальные компетенции (общенаучные (ОНК) и инструментальные (ИК)) состоят в следующем:

– в использовании полученных теоретических и практических знаний, навыков и умений по курсу, при дальнейшем изучении специальных дисциплин (ОНК-1);

– в применении полученных знаний, навыков и умений для выполнения индивидуальной научно-исследовательской работы по выбранной теме в рамках магистерской диссертации (ОНК-2);

– в умении работать с информацией в связи с решением вопросов смежных разделов физики, используя в качестве источников отечественную и зарубежную научную периодическую литературу, монографии, учебники, электронные ресурсы и Интернет (ИК-3);

– в активном применении навыков использования специализированных программных пакетов для выполнения расчетов и математического моделирования основных задач квантовой электроники (ИК-4).

Профессиональные компетенции (ПК) состоят в следующем:

– в использовании знания физических законов, работающих в квантовой электроники при последующем изучении смежных дисциплин и дальнейшей профессиональной деятельности (ПК-1);

– в постановке научно-технических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности при решении современных проблем в области квантовой электроники (ПК-2).

Основные дидактические единицы (разделы):

Круг задач, решаемых в квантовой электронике. Этапы моделирования физических процессов. Основы моделирования в системе Matlab. Порядок точности разностной схемы. Физические процессы в газовых лазерах. Постановка задачи об оптимизации лазерных параметров (1ЗЕ).

Применение кинетического подхода для описания состояния вещества. Методы решения системы линейных дифференциальных уравнений. Решение кинетических уравнений в квазистационарном приближении. Последовательное сокращение описания систем с различными скоростями релаксации. Постановка задачи о кинетике фотопроцессов в фотохромных материалах (1ЗЕ).

Моделирование пространственной структуры электронного облака атома водорода и двухатомных молекул. Моделирование пространственного распределения интерференционного профиля интенсивности излучения в оптически плотной среде (аналог процесса формирования толстослойной голограммы). Постановка задачи о колебаниях и автоколебаниях (1 ЗЕ).

В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен

знать: круг задач, решаемых в квантовой электронике, общие подходы к моделированию физических процессов, методы моделирования физических процессов;

уметь: создавать физические модели и формализовать их, обосновывать приближения, реализовывать алгоритмы на ЭВМ, наглядно представлять и интерпретировать полученные результаты, применять полученные знания для решения научных и практических задач;

владеть: математическими методами решения уравнений, навыками программирования в среде «Matlab».

Виды учебной работы: лекционные, практические занятия, самостоятельная работа


Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.


Аннотация дисциплины


Обработка экспериментальных данных


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных единицы (108 часов).

Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является подготовка магистранта к самостоятельным научным исследованиям (начиная с выполнения курсовых и дипломной работы), применение современных математических методов в его будущей практической работе, формирование умений ставить задачи, выполнять исследования, обрабатывать экспериментальные данные с помощью специальных программ.

Задачей изучения дисциплины является изучение основ планирования эксперимента, приобретение навыков предварительной обработки данных и корректировки эксперимента в ходе его выполнения, приобретение навыков устранения искажающих эффектов при спектральных измерениях, изучение возможностей методов компьютерной обработки и визуализации экспериментальных данных.

Основные дидактические единицы (разделы):

Введение в теорию эксперимента (1 ЗЕ), математическая обработка экспериментальных данных (1 ЗЕ), обработка и визуализация данных физических экспериментов с помощью пакета Origin (1 ЗЕ)

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать методы планирования эксперимента, методики проведения научных исследований, этапы и способы обработки результатов экспериментов, основные пакеты компьютерных программ для обработки результатов спектральных, кинетических, фотофизических измерений;

уметь правильно спланировать совокупность предстоящих опытов для получения максимального объема полезной и достоверной информации с минимальной затратой времени и средств, выполнять в ходе эксперимента анализ данных в соответствии с требуемой надежностью и точностью, выбирая подходящую методику измерений и число параллельных опытов, грамотно оценивать систематические и случайные погрешности измерений, сопоставлять результаты измерений для выявления статистически достоверных различий в свойствах разных объектов исследования, проверять наличие корреляций и устанавливать вид функциональной связи между составом веществ и их свойствами, использовать компьютерные методы для обработки экспериментальных данных, использовать типовые программные средства обработки экспериментальных данных, использовать изученные методы для планирования будущих экспериментов, разрабатывать и реализовывать процедуры обработки результатов эксперимента, проверять согласованность оценок показателей математической обработки и результатов эксперимента, использовать полученные модели для прогнозирования и оптимизации, оформлять результаты эксперимента;

владеть методикой проведения экспериментальных исследований, методами проверки экспериментальных данных на воспроизводимость результатов, навыками оценки адекватности выбранной математической модели, навыками обработки экспериментальных данных с получением эмпирических уравнений, способами оптимизации проведения эксперимента, способами проверки соответствия выдвигаемых научных гипотез эксперименту, модельным, математическим и компьютерным инструментарием расчета простейших характеристик и параметров молекулярных систем.

Виды учебной работы: лекционные, практические занятия, самостоятельная работа – решение контрольного задания

Изучение дисциплины заканчивается экзаменом


Аннотация дисциплины


Основы оптико-спектральных измерений


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных единицы (108 часов).

Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является освоение теоретических и практических основ оптических измерений, знакомство с современными оптическими приборами и методами оптико-спектральных измерений.

Задачей изучения дисциплины является освоение магистрантами основных принципов построения оптических измерительных систем и их характеристик, особенностей планирования спектрального эксперимента, изучение методов расчета основных измеряемых кинетических, спектральных, фотофизических параметров веществ, формирование способности понимать роль искажающих факторов при проведении оптико-спектральных измерений и интерпретировать результаты оптических измерений, приобретение студентами знаний и навыков, необходимых для использования существующих и создания новых экспериментальных спектрально-оптических методов исследования молекул.

Основные дидактические единицы (разделы):

Основные оптические измерительные приборы и их характеристики (1 ЗЕ), теория и методы оптико-спектральных измерений (1 ЗЕ), аналитические приложения абсорбционной и флуоресцентной спектроскопии (1 ЗЕ).

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать методы и средства оптических измерений, назначение и принципы работы основных структурных блоков спектрального прибора, способы оценки порогов чувствительности и погрешностей получаемых результатов, основные физические принципы, лежащие в основе теории взаимодействия оптического излучения с веществом, возможности и технические характеристики спектральных приборов, основные принципы, лежащие в основе наиболее распространенных оптических методов, используемых в исследовании сложных молекул, основные физико-химические методы, применяемые при характеризации оптических материалов; природу закономерностей на которых эти методы основаны;

уметь настроить оптическую измерительную аппаратуру, устранить наиболее распространенные неисправности, анализировать функциональные и принципиальные схемы оптических контрольно-измерительных устройств и обосновывать требования к их оптическим характеристикам, планировать оптические измерения, реализовать возможности, заложенные в аппаратуру путем реализации описанных и разработки новых методик, правильно выбрать оптимальный спектральный метод для решения конкретной исследовательской задачи, интерпретировать результаты оптических измерений;

владеть основными понятиями прикладной оптической спектроскопии, навыками работы на аппаратуре оптико-спектральных измерений, предварительной обработки данных измерительных наблюдений, получения результатов измерений и оценки погрешностей, способами разработки новых оптико-спектральных и спектро-аналитических методов исследования.

Виды учебной работы: лекционные, лабораторные занятия, самостоятельная работа – написание реферата.

Изучение дисциплины заканчивается зачетом


Аннотация дисциплины


Поиск и представление научной информации


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных единицы (108 часов).

Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является знакомство с современными информационными технологиями, техническими средствами и программным обеспечением, необходимым для поиска и представления научной информации.

Задачей изучения дисциплины является освоение основ информационных технологий и получение практических навыков использования современных технических средств и программного обеспечения в научно-исследовательской работе.

Основные дидактические единицы (разделы):

Информация в электронных сетях и ее использование (1 ЗЕ), компьютерные технологии в научных исследованиях (1 ЗЕ), компьютерная графика и графические редакторы (1 ЗЕ).

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать принципы обработки, распространения и представления информации, основные технические средства и типы программного обеспечения, средства подготовки специализированных научных текстов, программное обеспечение для научных исследований по физике

уметь применить на практике современные технические средства в образовании и при решении практических задач в области физики;

владеть навыками использования информационных сетей для нахождения необходимой научной информации при решении исследовательских задач по физике, химии, биологии, медицине, навыками наглядного представления специальной научной информации в графическом виде.

Виды учебной работы: лекционные, практические занятия, самостоятельная работа – подготовка презентации.

Изучение дисциплины заканчивается зачетом


Аннотация дисциплины


Оптика жидких кристаллов


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 2 зачетных единицы (72 час).


Цели и задачи дисциплины


Цель дисциплины


Целью дисциплины является изучение специфики физико-химических свойств жидких кристаллов различного типа: нематиков, холестериков, смектиков; ознакомление с широким кругом оптических, спектральных, электро-, термо- и магнитооптических эффектов, проявляющихся в жидких кристаллах и лежащих в основе различных способов их практического использования во многих областях оптоэлектроники и информационных технологий.


Задачи изучения дисциплины


Ознакомление с историческими аспектами, современным состоянием и перспективами развития жидкокристаллической проблематики. Ознакомление с современной классификацией термотропных и лиотропных жидких кристаллов.

Изучение специфики структурного упорядочения каламитных жидких кристаллов различного типа: нематиков, холестериков, смектиков, и особенностей проявления анизотропии их оптических, спектральных, электрических и магнитных свойств.

Изучение упругих свойств жидких кристаллов и их роли в ориентационно-структурных превращениях под действием внешнего поля.

Изучение электро-, термо- и магнитооптических эффектов, обусловленных сочетанием анизотропии свойств и высокой лабильности жидких кристаллов.

Ознакомление с различными областями и способами практического использования жидких кристаллов; изучение наиболее распространенных типов ЖК дисплеев: их конструкции, принципов действия, эксплуатационных характеристик, достоинств и недостатков, используемых материалов, сферы применения.

Виды учебной работы: лекционные занятия


Изучение дисциплины заканчивается зачетом.


Аннотация дисциплины
Компьютерные технологии в науке и образовании


Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 5 зачетных единиц (180 час).


Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является: Подготовка специалиста к самостоятельной научной работе.


Задачей изучения дисциплины является: Углубленное изучение компьютерных и информационных технологий.


Основные дидактические единицы (разделы): Internet; СУБД ACCESS; FINEREADER; Автоматизированный перевод; Системы MATLAB и MAPLE; Обмен данными в MS OFFICE.


В результате изучения дисциплины студент магистратуры должен:


знать: Базовые понятия и методы современных компьютерных и информационных технологий.


уметь: Использовать компьютерные системы и пакеты в научной работе.


владеть: Навыками самостоятельного освоения новых компьютерных и информационных технологий.


Виды учебной работы: Лекции, Лабораторные работы, СР.


Изучение дисциплины заканчивается зачетом