Geum.ru

Учебно-методический комплекс дисциплины «Квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства» Образовательной профессиональной программы (опп)

Вид материалаУчебно-методический комплекс

Содержание


Учебно-методического комплекса (умк)
Федеральное государственное автономное образовательное
«южный федеральный университет»
«согласовано» «утверждаю»
Рабочая программа
Академические часы
Промежуточный рей
Итоговый рейтинг
Квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства
Уч. степень
Место, цели и задачи дисциплины копу
Содержание теоретического курса
Основные требования
Методы контроля достижения и реализации
Рейтинг и итоговая дифференциальная оценка
5.3. Рейтинг и итоговая дифференциальная оценка по дисциплине
Рейтинг и итоговая дифференциальная оценка по курсовому проекту
Федеральное государственное автономное образовательное
«южный федеральный университет»
Календарный план
...
Полное содержание
Подобный материал:

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»


ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ

(ТТИ Южного федерального университета)

_____________________________________________________________________


учебно-методический комплекс


дисциплины «Квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства»


Образовательной профессиональной программы (ОПП)

направления 210100 «Электроника и микроэлектроника»,

специальности 210105 «Электронные приборы и устройства»


Факультет __Электроники и приборостроения_______________________


Выпускающая кафедра по ОПП ___Радиотехнической электроники


Таганрог, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (УМК)

Учебной дисциплины КВАНТОВЫЕ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА (КОПУ)

  1. Проектирование учебного процесса по учебной дисциплине «Квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства» (КОПУ) (6 семестр)

Дисциплина КОПУ предназначена для изучения студентами современного состояния и перспектив развития квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств, их типов, характеристик и особенностей работы и применения в технике. Она состоит из семи модулей (1.Введение. 2. Основы физики лазеров. 3. Анализ и условия оптимизации стационарного режима свободной генерации лазеров. 4. Элементы лазерной оптоэлектронной техники. 5. Лазеры. 6. Режимы работы лазеров. 7. Обзор применения квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств), по которым изданы в ТРТУ шесть учебных пособий.

Общая трудоемкость – 127 часов.

  1. Технология процесса обучения по учебной дисциплине КОПУ.

Процесс обучения состоит в чтении лекций (34 часа), проведении 8 четырехчасовых лабораторных работ, курсовой работы (15 часов), в проведении коллоквиума (34 часа), (два вопроса, одна задача) и экзамена (четыре вопроса), причем все вопросы и задачи известны студентам заранее. Лекции дублируют изданные в ТРТУ шесть учебных пособий.

  1. Междисциплинарные связи учебной дисциплины в общем перечне дисциплин ОПП

Дисциплина «Квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства» базируется на следующих дисциплинах, изучаемых ранее: «Физика», «Специальные разделы физики». Знания, полученные студентами при изучении данной дисциплины, используются при изучении следующих дисциплин: «Технология микросхем», «Применение электронных приборов и устройств», «Электроника в промышленности», «Спецглавы электроники».


МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»


ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ

(ТТИ Южного федерального университета)

_____________________________________________________________________


«СОГЛАСОВАНО» «УТВЕРЖДАЮ»

Председатель методической комиссии Декан ЭП факультета

по образовательной программе Коноплев Б.Г.

______________________

________________________ ___________________________


«____»_________ 2011/12 учеб. год «____»________2011 /12 учеб. год

Образовательная профессиональная

программа (ОПП) специальности 210105 «Электронные приборы и

устройства»____________________________________________


Факультет _____________ЭП_______________________

Выпускающая кафедра по ОПП РТЭ______


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


ДИСЦИПЛИНЫ КВАНТОВЫЕ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА


Кафедра ______РТЭ_______________________


Форма обучения __________очная________ Срок обучения______5 лет ______


Технология обучения лекции, лабораторные работы, курсовая работа

курс_3 Семестр___6______


Академические часы 140



Зачетные единицы __4_з.е._

Учебных занятий
−
140 час



Учебных занятий
−
100 бал.

Из них:

лекций

практических

лабораторных

самостоятельных

индивидуальных

(курсовая работа)
−

−

−

−

−

−

34 час

час

34 час

55 час

17 час

час



Из них:

лекций

практических

лабораторных

самостоятельных

индивидуальных

(курсовая работа)




40


40


20

Промежуточный рей-

тинг-контроль (зачет)
____

семестры



Промежуточный рей-

тинг-контроль (зачет)
______

семестры

Итоговый рейтинг-

контроль (экзамен)
6



Итоговый рейтинг-

контроль (экзамен)
6



Таганрог 2011 г.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта Российской Федерации образовательной профессиональной программы (ОПП)

____________ Квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства_________

________________________индекс______________________________________


Составители:




Должность


Уч. степень


Звание

Ф.И.О.

Подпись


доцент
ктн




Осадчий Е.Н.




Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры________________

радиотехнической электроники


Зав. кафедрой РТЭ Г.Г. Червяков


Cсогласовано с другими кафедрами или организациями:



Название организации

Подпись


Ф.И.О. руководителя







































МЕСТО, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ КОПУ

В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРОГРАММЕ,

реализуемой в университете
    1. Место дисциплины в реализации основных задач образовательной профессиональной программы (ОПП).

Дисциплина КОПУ служит для изучения современных квантовых и оптоэлектронных приборов, их особенностей, характеристик и применения.
    1. Место дисциплины в обеспечении образовательных интересов личности обучающегося студента по данной ОПП.

Дисциплина КОПУ знакомит студентов с самыми важными и сложными приборами и устройствами современной техники, что обеспечивает образовательные интересы личности обучающегося студента по данной ОПП.
    1. Место дисциплины в удовлетворении требований заказчиков выпускников университета данной ОПП

Дисциплина КОПУ дает студентам знание в области наиболее важных и востребованных приборов современной техники, что удовлетворяет требованиям заказчиков выпускников университета данной ОПП.
    1. Знания каких учебных дисциплин должны предшествовать изучению дисциплины в ОПП

Изучение дисциплины КОПУ использует материал дисциплин «Физика», «Специальные разделы физики».
    1. Для изучения каких дисциплин будет использоваться материал дисциплины при реализации рассматриваемой ОПП

Дисциплина КОПУ используется в курсах дисциплин «Технология микросхем», «Применение электронных приборов и устройств», «Электроника в промышленности», Спецглавы электроники.
    1. Цель преподавания дисциплины

Целью дисциплины КОПУ является глубокое изучение квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств, их типов, особенностей и направлений применения в современной технике.
    1. Задачи изучения дисциплины

В результате изучения дисциплины КОПУ студенты должны:
  • освоить базовые знания в области структурного состава и принципов функционирования квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств;
  • получить информацию обо всех устройствах и элементах лазерной техники;
  • получить навыки работы с квантовыми и оптоэлектронными приборами и устройствами;
  • освоить базовые знания о параметрах и характеристиках приборов и устройств лазерной техники и оптоэлектроники.



  1. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА
    1. Лекции
      1. Содержание лекции

Лекция 1. Принцип работы квантовых и оптоэлектронных приборов.

Лекция 2. Уравнения кинетики изменения населенности уровней.

Лекция 3. Теория и анализ работы квантовых усилителей.

Лекция 4. Анализ и условие оптимизации стационарного режима свободной генерации.

Лекция 5. Определение оптимальной прозрачности выходного зеркала лазеров.

Лекция 6. Оптические резонаторы и линии связи.

Лекция 7. Распространение световых лучей в оптических системах.

Лекция 8. Световой пучок в открытом резонаторе (гауссовы пучки).

Лекция 9. Селекция типов колебаний в открытых резонаторах.

Лекция 10. Типы оптических резонаторов.

Лекция 11. Устройство твердотельных лазеров.

Лекция 12. Атомарные и ионные лазеры.

Лекция 13. Молекулярные лазеры.

Лекция 14. Эксимерные лазеры. Химические и фотодиссоционные лазеры.

Лекция 15.. Анализ переходных режимов работы лазера.

Лекция 16. Синхронизация продольных мод.

Лекция 17. Обзор применения квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств.


      1. Основная литература:
  1. Малышев В.А. Основы квантовой электроники и лазерной техники. М.: Высшая школа. 2005. 543 с.
  2. Малышев В.А. Взаимодействие квантов электромагнитной энергии и вещества. Уч. пос. №2056. Таганрог: ТРТИ.1993. 86 с.
  3. Малышев В.А. Твердотельные и газовые лазеры, теория и устройство. Уч. пособие, ТРТИ, 1993, 92 с.
  4. . Малышев В.А. Элементы когерентной оптоэлектроники. Уч. пособие, 1951, 1988.
  5. Малышев В.А. Метод ук-я к изучению курса «Квантовые усилители и генераторы», 1552, Таганрог: ТРТИ, 1988.
  6. Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. М.: Высш. шк., 2001, 573с.
  7. Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники. Киев. Высща школа, 1988.
  8. Основы оптоэлектроники./Пер. с японск. под ред. К.М. Голанта, М.: Мир, 1988.
  9. Новиков В.М., Змиевской Н.Г. Лазерная и оптическая техника и технологии. Учеб. пос. КГТУ, 1997.



      1. Дополнительная литература:
  1. Пихтин А.Н. Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники. Высш.шк., 1983.
  2. Ярив А.А. Введение в оптическую электронику. Высш. шк., 1983.
  3. Страховский Г.М., Успенский А.В. Основы квантовой электроники, Высш. шк., 1979.
  4. . Малышев В.А. Квантовые приборы СВЧ (мазеры) и их применение. Уч. пос., Таганрог: ТРТУ, 1994, 34с.
  5. Крылов К.И., Прохоренко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники. Л.: Машиностроение, 1980.
  6. Климков Ю.М. Прикладная лазерная оптика. М.: Машиностроение, 1986.
  7. Дмитриев В.Г., Тарасов Л.В. Прикладная нелинейная оптика. М.: Радио и связь, 1982.
  8. Пахомов И.И., Рожков О.В., Рождествин В.Н. Оптикоэлектронные квантовые приборы. М.: Радио и связь, 1982, 456 с.
  9. Звелто О. Принципы лазеров. М.: Мир, пер. с англ., 1990
  10. Дж. Рэди. Промышленные применения лазеров. Мир. 1981.
  11. Малышев В.А. Основы нелинейной оптики : учеб. пособие / В. А. Малышев ; ТРТУ, Каф. РТЭ. - Таганрог : ТРТУ, 2005. - 164 с.
  12. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи / Р. Фриман ; пер. с англ. под ред. Н.Н. Слепова. - 2-е изд., доп. - М. : Техносфера, 2004. - 495 с.
  13. Смирнов А.Г. Квантовая электроника и оптоэлектроника : учеб. пособие для студ. вузов / А. Г. Смирнов. - Минск : Вышэйшая школа, 1987. - 196 с.
  14. . Волощенко Ю.П. Электронные и квантовые приборы СВЧ. Электронные приборы СВЧ : учеб. пособие. Ч. 1 / Ю. П. Волощенко ; ТРТИ. - Таганрог : ТРТИ, 1977. - 53 с.
  15. . Интегральная и волоконная оптика : учебно-методическое пособие / ТРТУ, Каф. А и РПУ; сост. Шарварко В.Г. - Таганрог : ТРТУ, 2001. - 118 с.
  16. Ландсберг Г.С. Оптика : учеб. пособие для студ. вузов / Г. С. Ландсберг. - 6-е изд., стереотип. - М. : Физматлит, 2003. - 848 с:



    1. Лабораторные занятия


Занятие 1. Исследование газоразрядного лазера.

Занятие 2. Исследование арсенид-галлиевого полупроводникового лазера.

Занятие 3. Исследование импульсного лазера на неодиме.

Занятие 4. Исследование модуляции излучения оптического квантового генератора.

Занятие 5. Исследование волоконно-оптической линии связи.

Занятие 6. Исследование электронно-управляемого дефлектора лазерного луча.

Занятие 7. Исследование лазера с модулируемой добротностью.

Занятие 8. Исследование модулятора Маха-Цандера.


2.4. Индивидуальные занятия проходят в виде коллоквиумов и приема курсовых работ.


2.5. Курсовое проектирование

Темы курсовых работ
  1. Расчет и проектирование акустооптического дефлектора.
  2. Расчет и проектирование междугородней телефонной ВОЛС.
  3. Расчет и проектирование гелий-неонового лазера.
  4. Расчет и проектирование твердотельного лазера (ТТЛ) на неодимовом стекле.
  5. Расчет и проектирование ТТЛ на ИАГ с неодимом в режиме свободной генерации при непрерывной накачке.
  6. Расчет и проектирование ТТЛ на ИАГ с неодимом в режиме свободной генерации при импульсной накачке.
  7. Расчет и проектирование ТТЛ на ИАГ с неодимом в режиме с модулируемой добротностью.
  8. Расчет и проектирование ТТЛ на ИАГ с неодимом в режиме свободной генерации при импульсной накачке.
  9. Расчет и проектирование инжекционного полупроводникового лазера на GaAs.
  10. Расчет атомарного газоразрядного лазера.
  11. использование ВОЛС в телефонной и других информационных линиях связи.
  12. Применение лазеров для обработки металлов.
  13. Применение лазеров в медицинской технике.
  14. Применение лазеров в контрольно-измерительной аппаратуре.
  15. Лазерные дальномеры.
  16. Лазерные терапевтические установки.



  1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЦЕЛЕЙ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ


Студенты в процессе изучения дисциплины и после ее завершения в соответствии с профилем материала должны демонстрировать:
    1. способность применять полученные знания
    2. способность идентифицировать, формулировать и решать поставленные проблемы
    3. способность использовать навыки, методы, оборудование и технологии для решения проблем
    4. способность разрабатывать и проводить эксперименты, анализировать и объяснять полученные данные и результаты
    5. понимание профессиональной и этической ответственности
    6. формирование достаточно широкого образования, необходимого для понимания влияния профессиональных проблем и их решений на общество и мир в целом
    7. знание современных проблем
    8. способность работать в многопрофильных командах
    9. способность результативного общения
    10. понимание необходимости и стремления обучаться в течение всей жизни



  1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ И РЕАЛИЗАЦИИ

ЗАЯВЛЕННЫХ ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

(отмечаются используемые методы, корректировка осуществляется по мере необходимости, но не реже, чем 1 раз в 3-4 года)
    1. Метод анкетных опросов и письменных обзоров.
    2. Метод выходного или иного интервью.
    3. Стандартные формы контроля качества усвоения знаний.
    4. Метод авторского формирования содержания экзаменов.
    5. Информационная база студентов и архивные записи.
    6. Группы по интересам (студенческая работа по интересам, группы по проблемам).
    7. Система требований (собрание образцов работ).
    8. Метод конкретных ситуаций (метод моделирования).
    9. Оценка работы.
    10. Внешний экзаменатор.
    11. Устные экзамены.
    12. Метод наблюдения поведения.



  1. РЕЙТИНГ И ИТОГОВАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ОЦЕНКА

ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
    1. Рейтинговая система РИТМ – ТРТУ использует 100 балльную оценку.
    2. Промежуточный и суммарный (рубежный или итоговый) рейтинг по дисциплине




Рейтинг первого контроля
Рейтинг второго контроля
Рейтинг третьего контроля
Суммарный

(рубежный или итоговый) рейтинг

Макс.
Мин.
Макс.
Мин.
Макс.
Мин.
Макс.
Мин.

30
17
20
12
50
26
100
55
























5.3. Рейтинг и итоговая дифференциальная оценка по дисциплине





Дифференциальная оценка

Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетво

рительно

Рейтинг

(в баллах системы РИТМ)

100-85

84-70

69-55

менее 55

Обозначение оценки в системе ЕСТS

A

C

E

F



Рейтинг и итоговая дифференциальная оценка по курсовому проекту





Дифференциальная оценка

Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетво

рительно

Рейтинг

(в баллах системы РИТМ)

20 - 17

16 - 14

13 - 11

менее 11

Обозначение оценки в системе ЕСТS

A

C

E

F



МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»


ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ

(ТТИ Южного федерального университета)

_____________________________________________________________________


«УТВЕРЖДАЮ»

Декан ЭП факультета

Коноплев Б.Г.

___________________________


«____»________2011/12 учеб.год

Образовательная профессиональная

программа (ОПП) специальности 200300 «Электронные приборы и

устройства»

Факультет _____________ЭП_______________________

Выпускающая кафедра по ОПП РТЭ______


КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН


ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ КВАНТОВЫЕ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА (КОПУ)


Кафедра ______РТЭ_______________________

Лектор .______


Форма обучения __________очная________ Срок обучения______5 лет______


Технология обучения лекции, лабораторные работы, курсовая работа курс__3____Семестр___6______


Академические часы 140



Зачетные единицы _4 з.е.___

Учебных занятий
−
140 час



Учебных занятий
−
100 бал.

Из них:

лекций

практических

лабораторных

самостоятельных

индивидуальных

(курсовая работа)
−

−

−

−

−

−

34 час

час

34 час

55 час

17час.



Из них:

лекций

практических

лабораторных

самостоятельных

индивидуальных

(курсовая работа)




40


40


20

Промежуточный рей-

тинг-контроль (зачет)
______

семестры



Промежуточный рей-

тинг-контроль (зачет)
______

семестры

Итоговый рейтинг-

контроль (экзамен)
6



Итоговый рейтинг-

контроль (экзамен)
6

ПРОВОДЯТ ЗАНЯТИЯ


Практические

(ф.и.о. преподавателя группы)
Лабораторные

(ф.и.о. преподавателя группы)
Руководство курсовым проекти рованием (ф.и.о. преподават.гр.)









1. ЛЕКЦИИ

Неделя,

число,

месяц

ТЕМА ЛЕКЦИИ
Тип и число часов
Практические, семинарские занятия
Число часов

№1
Принцип работы квантовых и оптоэлектронных приборов.
2






№2
Уравнения кинетики изменения населенности уровней.
2






№3
Теория и анализ работы квантовых усилителей.
2






№ 4
Анализ и условие оптимизации стационарного режима свободной генерации.
2






№ 5
Определение оптимальной прозрачности выходного зеркала лазеров.
2






№ 6
Оптические резонаторы и линии связи.
2






№ 7
Распространение световых лучей в оптических системах.
2






№ 8
Световой пучок в открытом резонаторе (гауссовы пучки).
2






№ 9
Селекция типов колебаний в открытых резонаторах.
2






№ 10
Типы оптических резонаторов.
2






№ 11
Устройство твердотельных лазеров.
2






№ 12
Атомарные и ионные лазеры.
2






№ 13
Молекулярные лазеры.
2






№ 14
Эксимерные лазеры. Химические и фотодиссоционные лазеры.
2






№ 15
Анализ переходных режимов работы лазера.
2






№ 16
Синхронизация продольных мод.
2






№ 17
Обзор применения квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств.
2








2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ





Самостоятельная работа студентов под контролем преподавателя

Число


Часов

Лабораторные


Занятия

Число


часов
Контроль

усвоения

материала







Исследование газоразрядного лазера.
4









Исследование арсенид-галлиевого полупроводникового лазера.
4









Исследование импульсного лазера на неодиме.
4









Исследование модуляции излучения оптического квантового генератора.
4









Исследование волоконно-оптической линии связи.
4









Исследование электронно-управляемого дефлектора лазерного луча.
4









Исследование лазера с модулируемой добротностью.
4









Исследование модулятора Маха-Цандера
4


3. Курсовые проекты и работы, типовые расчеты, типовые задания, домашние задания по учебному плану ТРТУ реализации ОПП





№

Вид и содержание

Дата

выдачи
сдачи




Курсовая работа
15.02
20.4.06












4. Бюджет времени на самостоятельную подготовку студента





№

Вид работы

Часов


в неделю

Всего часов

1.
Работа над лекциями и лаб. работами
2,3
38

2.
Работа над курсовой работой
1
17



Лектор
Осадчий Е.Н.

Ответственный за дисциплину (цикл)



Зав. кафедрой





Банк контрольных заданий и вопросов по учебной дисциплине (портфель студента)

Вопросы рейтинга (6 баллов) и экзамена (10 баллов)
  1. Коэффициент усиления, полоса и динамический диапазон резонаторных квантовых усилителей.
  2. АЧХ резонаторных квантовых усилителей на проход и на отражение.
  3. Уравнение изменения интенсивности по длине квантового усилителя бегущей волны и его решения для случая малого сигнала. Полоса и площадь усиления.
  4. Нелинейная теория квантовых усилителей бегущей волны.

5. Уравнения кинетики населенностей в случае учета спонтанного заполнения верхних уровней и выводы (условие инверсии и др.).

6. Доказательство необходимости работы с низкими температурами в случае мазеров.

7. Случай отсутствия сигнала и наличия низких температур в трехуровневой системе с верхним рабочим переходом.
  1. Уравнения кинетики и вывод формулы для разности населенностей в трехуровневой системе с нижним рабочим переходом.
  2. Уравнения кинетики и вывод формулы для разности населенностей уровней рабочего перехода в четырехуровневой системе.
  3. Вывод формулы для нагруженной добротности открытого резонатора.
  4. Определение активных проводимостей контура, эквивалентного открытому резонатору со средой, имеющей инверсную населенность уровней сигнального перехода.
  5. Распределение интенсивности в открытом резонаторе в случае высокой монохроматичности и вычисление средней по длине инверсной населенности.
  6. Вывод формулы для определения оптимальной проводимости полезной нагрузки лазерного автогенератора, графики для такого определения.
  7. Оптимальная проводимость полезной нагрузки лазерного автогенератора в случае однородного распределения поля в резонаторе.
  8. Определение оптимальной прозрачности выходного зеркала лазера в случаях зеркал с потерями за счет рассеяния и поглощения.
  9. Определение оптимальной прозрачности у лазерного выходного металлического зеркала с отверстиями.

17. Схема лазеров и параметры лазерного излучения

18. Устройство твердотельных лазеров

19. Энергетический спектр, спектры поглощения и излучения, формулы для расчета основных параметров рубинового лазера.

20. Пороговые параметры рубинового лазера. Определение числа генерируемых мод.

21. Неодимовые лазеры и их сравнение с рубиновыми.

22. Лазеры на центрах окраски.

23. Особенности газовых лазеров.

24. Гелий-неоновый лазер и оптимизация его параметров.

25. Три особенности газовых лазеров, вызванных неоднородным уширением.

26. Метод стабилизации частоты генерации лазера.

27. Определение оптимальной нагрузки газовых лазеров при неоднородном уширении и однородном распределении поля по длине лазера.

28. Аргоновый ионный лазер.

29. Гелий-кадмиевый лазер.

30. Ионные лазеры на самоограниченных переходах (предельный КПД и удельная пиковая мощность).

31. Лазер на углекислом газе и азоте. (Энергетическая схема, пути накачки и релаксации).

32. Пять групп конструкций лазеров на углекислом газе.

33. Лазер на окиси углерода.

34 Лазеры на электронно-колебательных переходах.

35. Принципиальные трудности получения ультрафиолетовых лазеров.

36. Эксимерные лазеры.

37. Условия работы химических лазеров и их двухуровневая модель.

38. Варианты химических лазеров. Доказательство необходимости и способы инициирования химической реакции.

39. Йодные лазеры. Основной и сопутствующие процессы.

40. Режимы работы и особенности накачки йодных лазеров.

41. Метод расчета длины и давления газа у мощных импульсных йодных лазеров.


Задачи (6 баллов) коллоквиума по КОПУ

1. Во сколько раз больше добротность резонатора длиной см у молекулярного генератора на изотопном аммиаке по сравнению с аналогичным резонатором в случае обычного аммиака, если глубина проникновения поля в стенки резонатора равна см?

2. Определите частоту генерации молекулярного генератора на пучке молекул изотопного аммиака, если диаметр резонатора работающего на волне равен см, добротность линии излучения , а добротность резонатора .

3. Полагая, что р21пр <<1 определить максимальную полезную мощность (в микроваттах) молекулярного генератора на пучке молекул аммиака, поступающих в резонатор со скоростью молекул в сек.

4. Путем увеличения накачки резонаторного квантового усилителя удалось поднять его коэффициент усиления на резонансной частоте в раза. Во сколько раз поднимается динамический диапазон этого усилителя.

5. Коэффициент усиления мазера бегущей волны имеющего малые потери в линии на резонансной частоте составляет . Чему равна относительная полоса усиления мазера, если добротность линии излучения .

6. Коэффициент усиления квантового усилителя бегущей волны с малыми потерями в линии равен , интенсивность насыщения квантового перехода равна . Чему равен (в ВТ) динамический диапазон этого усилителя?

7. Определить эффективную шумовую температуру (в К) трехсантиметрового резонаторного мазера, работающего с использованием сигнального перехода 3 2 на отражение и имеющего степень связи резонатора и линии равную единице, если температура стенок резонатора равна , а вероятности спонтанных переходов р21= р32= степень возбуждения мазера считать равной единице.

8. Считая, что накачка рубинового лазера идет на длине волны мкм, определите минимальную скорость накачки (в Вт/м3), при которой реализуется инверсия населенности уровней рабочего перехода этого лазера.

9. Температура кристалла рубинового лазера в процессе работы увеличивалась от до К. Во сколько раз возросла его пороговая инверсная разность населенностей уровней рабочего перехода?

10. Определите интенсивность насыщения рабочего перехода рубинового лазера, (в Дж м), объем активного кристалла которого при условии, что мощность лампы вспышки кВт (причем считаем, что вся световая энергия лампы идет на длине волны 0,42 мкм), средние коэффициенты поглощения света активной средой и преобразования электрической энергии в световую равны 0,5, а коэффициент светопередачи равен . При этом полагаем, что оптическая ось кристалла перпендикулярна электрическому полю волны.

11. Считая, что коэффициенты отражения от зеркал рубинового лазера равны единице, определите при температуре пороговое значение скорости поступления квантов накачки в (м-3с-1).

12. При температуре найдите пороговое значение скорости поступления квантов накачки в (м-3с-1) в активную среду рубинового лазера с длиной стержня при условии, что коэффициенты отражения от зеркал лазера равны .

13. Считая, что коэффициенты поглощения света активной средой рубинового лазера с объемом кристалла в и преобразования электрической энергии в световую равны , а коэффициент светопередачи равен , определить пороговую (пусковую) мощность лампы вспышки (в ваттах) для случая, когда коэффициенты отражения света от зеркал единице, температура кристалла , а оптическая ось кристалла совпадает с осью резонатора, причем следует считать, что накачка проводится квантами с длиной волны

14. Считая, что мощность лампы вспышки равна , средние коэффициенты поглощения света накачки с активной средой рубинового лазера (с длиной активного кристалла и объемом ) и преобразования электрической энергии в световую равны , а коэффициент светопередачи равен определить при температуре число генерируемых мод при условии, что расстояние между зеркалами с коэффициентами отражения равными единицам равно , длина управляющего элемента и его показатель преломления равны и , а оптическая ось кристалла совпадает с осью резонатора.

15. Во сколько раз пусковые (пороговые) значения инверсной разности населенностей уровней рабочего перехода у неодимовых лазеров на стекле больше, чем у таких же лазеров на ИАГ при комнатной температуре и при коэффициентах отражения от зеркал равных единице.

16. Какой объем (в см) имеет аргоновый лазер, если при плотности тока в он отдает мощность в непрерывном режиме?

17. Во сколько раз давление мощного импульсного СО2-лазера с длиной трубки и диаметром отличается в среднем от давления такого же лазера, работающего в непрерывном режиме?

18. Определите удельную пиковую мощность ( в кВт/м3) медного лазера длиной с коэффициентом отражения по мощности от каждого из зеркал равным , если давление паров меди составляет при температуре .

19. Рассчитайте длину ( в м) йодного лазера излучающего энергию в импульсе длительностью и работающего при температуре .

20. Определите длительность импульса (в пикосекундах) йодного лазера, излучающего в импульсе мощность , если он работает при температуре и имеет длину .


Вопросы на экзамене по КОПУ (15 баллов)
  1. Типы оптических квантовых усилителей.
  2. Обеспечение вентильности в многокаскадных усилителях.

3. Эффект усталости квантовых усилителей.

4. Вывод уравнений Статца-Де-Марса и анализ типа переходного процесса установления автоколебаний в лазерах. Диаграмма устойчивости.

5. Методы получения гигантских импульсов.

6. Анализ работы лазера гигантских импульсов.

7. Генерация и измерение сверхкоротких импульсов (синхронизация мод).

8. Тонкая линза и параметры матрицы преобразования луча в ней.

9. Матрица передачи при последовательном прохождении нескольких преобразующих движение луча элементов и иллюстрация примером (пространство и линза).

10. Вывод условия устойчивости оптической системы.

11. Матрица передачи сферического зеркала. Аналогия зеркала и линзы.

12. д-диаграмма устойчивости и ее характерные линии и точки.

13. Число Френеля и условия эквивалентности открытых резонаторов.

14. Вывод формулы для распределения поля в Гауссовом пучке.

15. Анализ параметров Гауссова пучка и его матрица передачи.

16. Условия согласования Гауссова пучка в сферическом резонаторе.

Линзоподобные среды.

17. Первые четыре метода селекции поперечных мод в открытых резонаторах.

18. Метод отражающей призмы и метод, использующий Брюстеровские окна в селекции поперечных мод.

19. Методы селекции продольных типов колебаний в открытых резонаторах.
  1. Оптические световоды и типы оптических кабелей.
  2. Профили показателя преломления в оптических световодах и число мод.

22. Распространение волн в световодах (4 случая).

23. Затухание в оптических световодах.

24. Открытые резонаторы и перестраиваемые резонаторы.

25. Волноводные (пленочные) резонаторы.

26. РОС-резонаторы.

27. Составные и многозеркальные резонаторы.

28.Требования к зеркалам и первые три типа зеркал.

29. Полированные металлические зеркала.
    1. Использование квантовых приборов в радиотехнике.

31. Использование лазеров в контрольно-измерительной аппаратуре, робототехнике и в военном деле.

32. Использование лазеров в исследовании окружающей среды и в технологических процессах.

33. Использование лазеров в медицине, в научных исследованиях и в голографии.

34. Использование лазеров в оптоэлектронике и в лазерном телевидении.


ПЕРЕЧЕНЬ

оборудования и приборов для проведения лабораторных работ

  1. Генератор Г4-107.
  2. Генератор Г3-56А.
  3. Генератор Г5-54.
  4. Генератор Г5-63.
  5. Осциллограф С1-79.
  6. Осциллограф С1-68.
  7. Осциллограф С1-112.
  8. Лазер ЛГ-75.
  9. Лазер ЛГН-208А.
  10. Монохроматор УМ-2.
  11. Оптический модулятор МЛ-3.
  12. Оптический модулятор МЛ-4.
  13. Лабораторный стенд твердотельного лазера ТДМ4.137.101.ПС.
  14. Блок питания СПИК-1.
  15. Блок питания Б5-44А.
  16. Стенд лабораторный АОД.
  17. Стенд лабораторный полупроводникового лазера.
  18. Измеритель мощности лазерного излучения ЦР 6805.
  19. Измеритель мощности лазерного излучения ИМО-2Н.


Инновации в преподавании учебной дисциплины


Дисциплина частично переводится на электронный вид обучения (лекции и описание лабораторных работ будут размещены на сайте кафедры РТЭ).


Разработчик программы:

Осадчий Е.Н. – к.т.н., доцент кафедры РТЭ ТРТУ