Дисциплины по выбору студента

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ИФВТ
___________А.Н.Яковлев
«___» ____________2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Специальные разделы оптики»
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 200400 ОПТОТЕХНИКА
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) БАКАЛАВР
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2013 г.
КУРС_2_СЕМЕСТР_4_
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ_4_
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Физика», «Электротехника», «Математика»
КОРЕКВИЗИТЫ: «Прикладная оптика»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
Лабораторные занятия
Практические занятия
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
____16_____
____32_____
____0_____
____48____
____32_____
____80____
Час.
Час.
Час.
Час.
Час.
Час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ ОЧНАЯ
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ЭКЗАМЕН
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕкафедра Лазерной и световой
техники Институт физики высоких технологий
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ:
д.ф.-м.н., профессор В.М. Лисицын
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП:к.ф.-м.н., доцент С.С.Вильчинская
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:к.ф.-м.н., доцент Е.Ф.Полисадова
2013 г.
1. Цели и задачи дисциплины.
Цели преподавания дисциплины:обучение основам теории спектральных
приборов.
Задачи изложения и изучения дисциплины.
 Усвоение физических принципов и закономерностей, на основе которых построены
все спектральные приборы;
 Ознакомление с типовыми конструкциями современных спектральных приборов;
 Освоение методик расчета основных рабочих характеристик спектральных
приборов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знатьнаучные основы построения призменных, дифракционных, интерференционных
спектральных приборов, основные характеристики спектральных приборов, типовые
конструкции современных приборов;
уметьвыбирать оптимальные условия работы спектральных приборов для решения
поставленных задач;
иметь навыки:
- выполнения градуировки спектрального прибора;
- выполнения расчета рабочих характеристик элементов спектрального прибора.
Достижение поставленных в курсе целей обеспечивается закреплением
теоретического материала на практических занятиях в ходе решения задач по отдельным
разделам лекционного курса, к теоретическим коллоквиумам и экзамену.
Полученные в результате изучения дисциплины знания и умения необходимы
при выполнении НИР в лабораториях, прохождении практик на предприятии.
Дисциплина построена по модульному принципу. Каждый модуль является
автономной частью дисциплины и содержит элементы теоретического, практического
обучения, самостоятельную работу по изучения дисциплины. Трудоемкость освоения
каждого модуля оценивается в кредитах. Один кредит эквивалентен в среднем 38 часам
работы по освоению радела дисциплины, включающей лекционную, практическую
(семинарскую), самостоятельную работу и курсовое проектирование. Общая
трудоемкость дисциплины составляет 2 кредитов. Дисциплина состоит из 5 модулей:
1.
2.
3.
4.
5.
Вводное занятие
Диспергирующие
элементы и
системы
Конструкции и
характеристики
спектрометров и
спектрографов для
УФ, видимой и ИК
областей спектра
Приборы с
интерферометром
Фабри-Перо
Приборы для
эмиссионно анализа
Приборы с
интерференционной
и растровой
модуляцией
Самостоятельна
я работа
Курсовой
проект
Практические
занятия
Виды занятий и их трудоемкость в часах
лекции
Название модуля
Трудоемкость модуля в кредитах
Таблица 1. Модули и их трудоемкость.
№
2
8
4
25
8
2
25
4
1
10
3
1
10
3
6
2.
Содержание теоретического раздела дисциплины
Вводное занятие
Этапы развития спектрального анализа. Классификация спектральных приборов.
Основные оптические характеристики спектрального прибора.
2.1.Диспергирующие элементы и системы
2.1.1. Призмы и призменные системы.
2.1.2. Дифракционные решетки.
2.1.3. Вогнутая дифракционная решетка.
2.1.4. Диспергирующие системы со скрещенной дисперсией.
2.1.3. Эталон Фабри-Перо.
2.2. Конструкции и характеристики спектрометров и спектрографов для УФ,
видимой и ИК областей спектра
2.2.1. Спектрографы – конструктивные особенности.
2.2.2. Конструктивные особенности спектрофотометров и спектрометров.
2.2.3. Спектрометры и спектрофотометры для УФ и видимой областей спектра.
2.3.4. Спектрометры и спектрофотометры для инфракрасной области спектра.
2.3. Приборы с интерферометром Фабри-Перо
2.3.1. Основные характеристики монохроматора с интерферометром Фабри-Перо.
2.3.2. Спектрометры с интерферометром Фабри-Перо.
2.4.Приборы для эмиссионного анализа
2.4.1. Особенности аппаратуры.
2.4.2. Квантометры.
2.5. Приборы с интерференционной и растровой модуляцией
2.5.1. Сисамы.
2.5.2. Фурье-спектрометры.
2.5.2. Растровая модуляция светового потока.
3.
Практические занятия
Цели и темы практических занятий по дисциплине.
Целью практических занятий является

закрепление знаний о физических закономерностях, на котрыхпостоены
спектральные приборы;

приобретение навыков градуировки спектрального прибора, расчета рабочих
характеристик элементов спектрального прибора;
Занятия проводятся в форме решения задач, ответов на вопросы по изученному
материалу, обсуждения отдельных вопросов. Студентам выдаются необходимые
материалы (методические пособия, справочная литература, перечни вопросов для
самоконтроля и контроля). На практических же занятиях проводятся контрольные работы,
результаты которых являются основанием для рейтинговой оценки.
Темы практических занятий по дисциплине.
1. Градуировка монохроматора.
2. Расчет рабочих характеристик элементов спектрального прибора.
3. Теоретические коллоквиумы по разделу курса
4.Лабораторные занятия–не предусмотреныучебным планом.
5.
Курсовой проект – не предусмотрен учебным планом.
6.
Программа самостоятельной познавательной деятельности по
дисциплине
Внеаудиторная работа студентов по дисциплине заключается в:
 самостоятельном изучении теоретического материала при подготовке к
практическим занятиям, лабораторным работам, теоретическим коллоквиумам и
экзамену;
 самостоятельном изучении отдельных тем дисциплин;
Для закрепления теоретического материала, при подготовке к практическим
занятиям, при выполнении индивидуальных заданий на курсовой проект по дисциплине
«Спецразделы прикладной оптики» во внеучебное время студентам предоставляется
возможность пользования библиотекой ТПУ, библиотеками лабораторий кафедры,
закрепленными за кафедрой аудиториями и связанными локальной сетью персональными
компьютерами в дисплейном классе.
7.
Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины.
Текущий контроль производится путем проведения контрольных работ по
программе практических занятий, а также в форме собеседований со студентами по темам
индивидуальных заданий, лабораторных работ, пропущенных лекционных занятий.
Рубежный контроль осуществляется посредством проведения двух теоретических
коллоквиумов по разделам курса. Перечень вопросов для самоподготовки
предоставляется студентам за одну-две недели до проведения коллоквиума. Студенты
имеют возможность ознакомиться с ними также в дисплейном классе. По результатам
текущего и рубежного контроля студенты получают баллы в соответствии с принятой
рейтинговой системой оценки текущей успеваемости. Образцы контролирующих
материалов приведены в Приложении.
Итоговая оценка знаний проводится на экзамене, к которомудопускаются студенты,
полностью выполнившие программу теоретических, практических занятий, выполнившие
индивидуальные задания.
Примеры экзаменационных билетов прилагаются.
8.
Достижение поставленных программой целей может быть проверено
следующим образом.
Студент должен уметь:

объяснить суть терминов, используемых в спектральных измерениях;

выбирать оптимальные условия работы спектральных приборов для
решения поставленных задач;

выполнить градуировку спектрального прибора (монохроматора,
спектрометра);

производить расчет рабочих характеристик элементов спектрального
прибора;
9.
Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
9.1. Конспекты лекций (в электронном виде) (на сайте кафедры)
9.2. Список рекомендуемой литературы по дисциплине.
а) основная литература
1. Тарасов К. И. Спектральные приборы / К. И. Тарасов. — 2-е изд., доп. и перераб. — Л. :
Машиностроение, 1977. — 368 с. : ил. — Библиогр.: с. 359-365.
2. Нагибина И.М. Фотографические и фотоэлектрические спектральные приборы и техника
эмиссионной спектроскопии : учебное пособие / И. М. Нагибина, Ю. К. Михайловский. — Л. :
Машиностроение, 1981. — 248 с. : ил. — Библиогр.: с. 243-245.
3. ПейсахсонИ.В. Оптика спектральных приборов / И. В. Пейсахсон. — 2-е изд., доп. и
перераб. — Л. : Машиностроение, 1975. — 312 с. : ил. — Библиогр.: с. 307-308.
4. Скоков И.В. Оптические спектральные приборы : учебное пособие / И. В. Скоков. — М. :
Машиностроение, 1984. — 239 с. : ил. — Список литературы: с. 235-236.
б) дополнительная литература
1. Проектирование спектральной аппаратуры / Под ред. К. И. Тарасова. — Л. :
Машиностроение, 1980. — 214 с. : ил. — Библиогр.: с. 211-212.
2. Нагибина И.М. Спектральные приборы и техника спектроскопии : учебное пособие / И.
М. Нагибина, В. К. Прокофьев. — 2-е изд., доп. и перераб. — Л. : Машиностроение, 1967. — 324 с.
: ил.
3. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Издание третье Под
общ.ред. В.А. Панова. - Л: Машиностроение, 1980.
4. Лабораторные оптические приборы : учебное пособие / Г. И. Федотов [и др.] ; под ред. Л.
А. Новицкого. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1979. — 448 с. : ил. — Авт.
указ.на обороте тит. л. — Библиогр.: с. 444-445.
5. Стенхольм, Стиг. Основы лазерной спектроскопии : пер. с англ. / С. Стенхольм. — М. :
Мир, 1987. — 312 с. : ил. — Библиогр.: с. 308. — Предметный указатель: с. 309-310.
Приложения:
1.
2.
Примеры контрольных задач.
Экзаменационные билеты.
Рабочая программа составлена доцентом кафедры ЛиСТ Полисадовой Е.Ф.
Приложение 1.
Задания на контрольную работупо дисциплине "Специальные разделы прикладной
оптики".
Задание №1
«Определение параметров объективов и диспергирующихустройствт»
Рассчитать призменную систему спектрографа в области длин волн h-A’ (404,7-766,5 нм)
по следующим данным линейная дисперсия Δλ/Δl = 15 À/мм в области длин волн (404,7434,1 нм); фокусное расстояние камерного объектива f2 = 500 мм; фокальная поверхность
перпендикулярна оси объектива (σ= 0); материал призм стекло марки ТФ1.
Задание №2
По данным задачи 1 подобрать дифракционную решетку, читая, что она используется в
первом порядке при малых углах дифракции (φ=0).
Задание №3
Выбрать фокусное расстояниеf2камерного объектива спектрографа с призмой из
кристаллического кварца в минимуме отклонения, преломляющий угол которой А=60º;
необходимо иметь обратную линейную дисперсию Δλ/Δl = 1нм/мм для 250 нм (n≈ 1.6)
а) объективы коллиматора и камеры - ахроматические;
б) объектив камеры линзовый из кристаллического кварца, объектив коллиматора –
зеркальный;
в) оба объектива линзовые из плавленого кварца.
Приложение 2.
Вопросы к экзамену по курсу «Специальные разделы прикладной оптики»
1. Виды спектрального анализа.
2. Классификация спектральных приборов.
3. Обобщенная оптическая схема спектрального прибора и его основные характеристики.
4. Светосила спектрального прибора.
5. Увеличение оптической системы.
6. Поле зрения.
7. Дисперсия.
8. Предел разрешения и разрешающая способность прибора.
9. Спектральная призма и ее характеристики.
10. Ход лучей в главном сечении призмы.
11. Угловая дисперсия призмы.
12. Угловое увеличение призмы.
13. Разрешающая способность призмы.
14. Поглощение и отражение в призме.
15. Угловая ширина спектрального интервала.
16. Кривизна спектральных линий в призменных приборах.
17. Выбор материала для спектральных призм.
18. Призма Резерфорда.
19. Призма Аббе.
20. Призма Амичи.
21. Призма Корню.
22. Виды поворотных призм.
23. Дифракционная решетка – виды, основноеуравнение.
24. Дифракция света на плоской отражательной решетке.
25. Распределение энергии в спектре дифракционной решетки.
26. Угол блеска решетки.
27. Условия для получения максимальной концентрации света в нужном рабочем порядке.
28. Свободная область дисперсии.
29. Угловая и линейная дисперсия прибора с дифракционной решеткой.
30. Угловая и спектральная величина области дисперсии.
31. Разрешающая способность дифракционной решетки.
32. Применение эшелле и его спектральные характеристики.
33. Вогнутая дифракционная решетка. Принцип действия, аберрации.
34. Характеристики вогнутой дифракционной решетки, установленной на круге Роуланда.
35. «Духи» дифракционных решеток, происхождение, положение в спектре.
36. Автоколлимационные схемы призменных спектральных приборов.
37. Диспергирующие системы монохроматоров (виды).
38. Системы постоянного отклонения в призменных монохроматорах.
39. Системы сканирования спектра в спектральных приборах с плоскими
дифракционными решетками.
40. Двойные монохроматоры. Общие свойства и классификация.
41. Полихроматоры. Особенности оптических систем.