1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение

1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московский физико-технический институт (государственный университет)»
кафедра «Радиоэлектроники и прикладной информатики» ФРТК
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по учебной работе
_ О.А. Горшков
«____»______________ 2012 г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине: «Оптические информационные технологии»
по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
магистерские программы: все
факультет: радиотехники и кибернетики
кафедра «Радиоэлектроники и прикладной информатики» ФРТК
курс: 1 курс (магистратура)
семестры: 2 (весенний)
диф. зачет 2 семестр
Трудоёмкость в зач. ед.: вариативная часть – 2 зач. ед.
в т.ч.:
лекции: вариативная часть – 32 час.
практические (семинарские) занятия: нет
лабораторные занятия: нет
мастер классы, индивид. и групповые консультации: нет
самостоятельная работа: вариативная часть – 32 час.
курсовые работы: нет
подготовка к экзамену: вариативная часть – нет
ВСЕГО АУДИТОРНЫХ ЧАСОВ 32
Программу составил д.ф.-м.н. профессор Астапенко В.А.
Программа обсуждена на заседании кафедры «Радиоэлектроники и прикладной информатики» ФРТК «____» ___________ 2012 г.
Заведующий кафедрой
Ю.И. Борисов
2
ОБЪЁМ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ И ВИДЫ ОТЧЁТНОСТИ.
Вариативная часть, в т.ч. :
2 зач. ед.
Лекции
32 часа
Практические занятия
нет
Лабораторные работы
нет
Индивидуальные занятия с преподавателем
нет
Самостоятельные занятия
Итоговая аттестация
ВСЕГО
32 часа
Диф.зачет , 2 семестр
2 зач. ед. 64 часа
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
Цель курса – Целью курса является ознакомление с физическими основами и применением современными оптических информационных технологий.
.
Задачами данного курса являются:
освоение студентами базовых знаний в области взаимодействия излучения с веществом;
приобретение теоретических знаний в области оптических информационных технологий;
 оказание консультаций и помощи студентам в проведении собственных теоретических и
прикладных исследований в области оптических информационных технологий;


2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ МАГИСТРАТУРЫ
Дисциплина «Оптические информационные технологии» включает в себя разделы, которые
могут быть отнесены к вариативной части цикла М.1 УЦ ООП.
Дисциплина «Оптические информационные технологии» базируется на дисциплинах цикла
Б.2 курса 3-4 базовой и вариативных частях.
КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
Освоение дисциплины «Оптические информационные технологии» направлено на формирование следующих общекультурных и общепрофессиональных интегральных компетенций бакалавра:
а) общекультурные (ОК):
 способность анализировать научные проблемы и физические процессы, использовать на
практике фундаментальные знания, полученные в области естественных и гуманитарных
наук (ОК-1);
 способность осваивать новые проблематику, терминологию, методологию и овладевать
научными знаниями, владеть навыками самостоятельного обучения (ОК-2);
 способность логически точно, аргументировано и ясно формулировать свою точку зрения, владеть навыками научной и общекультурной дискуссией (ОК-3);
 готовность к творческому взаимодействию с коллегами по работе и научным коллективом, способность и умение выстраивать межличностное взаимодействие, соблюдая уважение к товарищам и проявляя терпимость к иным точкам зрения (ОК-4);
3
б) профессиональные (ПК):
 способность применять в своей профессиональной деятельности знания, полученные в
области физических и математических дисциплин, включая дисциплины: общая физика,
теоретическая физика, электродинамика, квантовая механика, статистическая физика,
высшая математика (ПК-1);
 способность применять различные методы физических исследований в избранной предметной области: экспериментальные методы, статистические методы обработки экспериментальных данных, вычислительные методы, методы математического и компьютерного моделирования объектов и процессов (ПК-2);
 способность понимать сущность задач, поставленных в ходе профессиональной деятельности, использовать соответствующий физико-математический аппарат для их описания
и решения (ПК-3);
 способность использовать знания в области физических и математических дисциплин
для дальнейшего освоения дисциплин в соответствии с профилем подготовки (ПК-4);
 способность работать с современным программным обеспечением, приборами и установками в избранной области (ПК-5);
 способность представлять результаты собственной деятельности с использованием современных средств, ориентируясь на потребности аудитории, в том числе в форме отчетов, презентаций, докладов (ПК-6);
 готовность работать с исследовательским оборудованием, приборами и установками в
избранной предметной области (ПК-7);
3. КОНКРЕТНЫЕ ЗНАНИЯ, УМЕНИЯ И НАВЫКИ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения дисциплины «Оптические информационные технологии» обучающийся должен:





1. Знать:
Основные типы оптических информационных технологий (ОИТ);
физические основы ОИТ;
технические способы создания различных типов ОИТ;
особенности и специфические черты ОИТ,
области практического использования ОИТ
2.Уметь:
 пользоваться своими знаниями для решения фундаментальных и прикладных задач и
технологических задач;
 оценивать применимость различных типов ОИТ для решения конкретных задач;
 определять типы оптоволоконных датчиков для различных информационных систем;
 делать качественные выводы при переходе к предельным условиям в изучаемых проблемах;
 осваивать новые предметные области, теоретические подходы и экспериментальные методики;
2. Владеть:
 основными методами электродинамики сплошных сред;
 способами описания распространения электромагнитных волн в различных средах;
 навыками освоения большого объема информации;
 навыками самостоятельной работы и использования информации из баз знаний в Интернет;
 практикой исследования и решения теоретических и прикладных задач;
4
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Структура дисциплины
Перечень разделов дисциплины и распределение времени по темам
№ темы и название
Количество часов
1. Физические основы оптических ИТ
12
2. Лазерные ИТ
12
3. Оптоволоконные ИТ
16
4. Плазмонные ИТ.
12
5. ИТ на основе метаматериалов
12
ВСЕГО (зач. ед.(часов))
2 зач. ед. (64 часа)
ВИД ЗАНЯТИЙ
ЛЕКЦИИ:
№
Темы
Количество часов
п.п.
1
Взаимодействие излучения с атомами
2
2
Электромагнитное излучение в сплошной
среде
Электромагнитное излучение в структурированном веществе
Лазерная дальнометрия и гироскопия
2
Сенсоры на основе рассеяния лазерного излучения
Когерентные ЛИТ и ЛИТ в медицине
2
Распространение электромагнитных волн в
диэлектрических волноводах и коммуникационные ИТ
Оптоволоконные датчики и сенсорные системы на оптоволокне: построение и использование
Поверхностные плазмоны и поверхностноусиленные электромагнитные процессы,
сенсоры на ПВ и спектроскопия ПУРС
Электромагнитные метаматериалы: теория
и применение в ИТ
ВСЕГО ( зач. ед.(часов))
4
3
4
5
6
7
8
9
10
2
2
2
6
6
4
32 час (1 зач.ед.)
5
ВИДЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
№ п.п.
Темы
изучение теоретического курса – выполняется
самостоятельно каждым студентом по итогам
каждой из лекций, результаты контролируются
преподавателем на лекционных занятиях, используются конспект лекций, учебники, рекомендуемые данной программой, методические
пособия.
ВСЕГО (часов)
1.
№
п/п
Количество часов
Название модулей
1
I
Физические
основы ОИТ
2
II
Лазерные ИТ.
3
III
Оптоволоконные ИТ
4
IV
Плазмонные
ИТ
5
V
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Разделы и теСодержание
мы лекционных занятий
Взаимодействие излучения с атомами;
ЭМ в сплошной среде: ЭМ
в структурированном веществе
Лазерные
дальнометрия
и гироскопия
Распространение ЭМВ в
оптоволокне,
коммуникационные ИТ;
оптоволоконные датчики и
системы
Поверхностные плазмоны
и поверхностно-усиленные
электромагнитные процессы; сенсоры на поверхностных плазмонах и ПУРС
ИТ на основе
Основные фотопроцессы на атомах:
возбуждение, фотоионизация, рассеяние, фоторекомбинация. Макроскопические уравнения Максвелла, поляризация и намагниченность среды, комплексный показатель преломления вещества и особенности распространения
излучения в различных средах.
Физические принципы и реализация лазерных дальнометрии и гироскопии.
Эффект Саньяка. Лазерные гироскопы
и лидары.
Особенности распространения ЭМВ в
диэлектрических волноводах. Различные виды мод. Дисперсия. Окна прозрачности телекоммуникационного волокна. Типы оптоволоконных датчиков.
Усиление электрон-фотонного взаимодействия в фотовольтаических приборах за счет плазмонного резонанса. Использование поверхностных плазмонов
для генерации высоких гармоник лазерного излучения. Рамановская спектроскопия с участием поверхностных
плазмонов. Биомедицинские применения Поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии. Спазеры
Особенности электромагнитных про-
32
32
Объем
Аудитор- Самостоная рабо- ятельная
та
работа
(зачетные
(зачетедининые
цы/часы)
единицы/часы)
6
6
6
6
8
8
6
6
6
6
6
метаматериалов
№
Вид занятия
п/п
1 лекция
2
3
4
цессов в метаматериалах. Отрицательное преломление, «левые» среды, линза
Веселаго. Принципы изготовления оптических метаматериалов. Применение
метаматериалов в информационных
технологиях
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Форма проведения занятий
Цель
изложение теоретического материала
лекция
изложение теоретического материала с помощью презентаций
решение задач по задалекция
нию (индивидуальному где требуется) преподавателя– решаются задачи, выданные преподавателем по итогам лекционных занятий и сдаются в конце
семестра, используются конспект (электронный) лекций,
учебники, рекомендуемые данной программой, а также учебно-методические пособия
подготовка к зачету
самостоятельная
работа студента
получение теоретических знаний
по дисциплине
повышение степени понимания
материала
осознание связей между теорией
и практикой, а также взаимозависимостей разных дисциплин
повышение степени понимания
материала
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ,
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Контрольно-измерительные материалы
Перечень контрольных вопросов для сдачи экзамена в 2-ом семестре.
Контрольные вопросы
1. Физический смысл и описание основных атомных фотопроцессов
2. Уравнения Максвелла в среде. Поляризация и намагниченность вещества.
3. Распространение электромагнитных волн в веществе, комплексный коэффициент преломления. Фазовая и групповая скорость.
4. Распространение ЭМВ в искусственных структурах.
5. Специфические черты лазерного излучения и их физическая основа
6. Лидары: принцип действия и применения..
7. Эффект Саньяка.
8. Основные черты лазерной гироскопии.
7
9. Моды электромагнитного поля в оптоволокне.
10. Основные свойства и параметры телекоммуникационного оптоволокна.
11. Оптоволоконные датчики: схемы построения и использование.
12. Эванесцентные электромагнитные волны и фотонный туннельный микроскоп.
13. Оптоволоконные информационные системы: составные части и принципы построения.
14. Поверхностные плазмоны: физический смысл и закон дисперсии.
15. Металлические наночастицы как оптические датчики параметров окружающей среды.
16. Поверхностно-усиленные оптические явления и их использование.
17. Поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия и ее применение в информационных системах.
18. Концепция освоения углеводородов на шельфе с использованием оптических информационных технологий.
19. Оптические метаматериалы и отрицательное преломление. Линза Веселаго.
20. Перспективы использования метаматериалов в оптических информационных технологиях.
7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Необходимое оборудование для лекций и практических занятий: компьютер и проектор
Необходимое программное обеспечение: MS Office Power Point.
8. НАИМЕНОВАНИЕ ВОЗМОЖНЫХ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ –УЧЕБНЫМ ПЛАНОМ НЕ ПРЕДУСМОТРЕНЫ
9. ТЕМАТИКА И ФОРМЫ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ –УЧЕБНЫМ ПЛАНОМ
НЕ ПРЕДУСМОТРЕНЫ
10. ТЕМАТИКА ИТОГОВЫХ РАБОТ –УЧЕБНЫМ ПЛАНОМ НЕ ПРЕДУСМОТРЕНЫ
11. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. В.А.Астапенко Взаимодействие излучения с атомами и наночастицами. Долгопрудный:
Интеллект 2010, 492 с.
2. В.А.Астапенко. Наноплазмоника и метаматериалы Учебное пособие. Изд. МФТИ,
Москва, 2011 г., 179 с.
3. В.А.Астапенко Электромагнитные процессы в среде, наноплазмоника и метаматериалы. Долгопрудный: Интеллект 2012, 583 с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Л. Новотный, Б. Хехт Основы нанооптики. Москва, Физматлит 2009, 482 с.