Утверждена проректором по УР проф. Лобачевой Г.В. __________________

Утверждена
проректором по УР
проф. Лобачевой Г.В.
__________________
«__»___________2014 г.
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина А.Ю.»
Физико-технический факультет
Кафедра «Физика»
Программа вступительных испытаний (междисциплинарный экзамен)
для поступающих в магистратуру
по направлению 16.04.01 «Техническая физика»
Магистерская программа «Физическая оптика и квантовая электроника»
Программа обсуждена
на заседании УМК по направлению
16.04.01 «Техническая физика»
10.01.2014г. (протокол № 7)
Председатель УМКН, проф.
Д.А. Зимняков
Программа утверждена
на Совете ФТФ
14.01.2014г. (протокол № 6)
Председатель Совета ФТФ, проф.
Саратов 2014
А.В. Гороховский
2
СПИСОК ВОПРОСОВ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Статистическая оптика
Рассеяние плоской электромагнитной волны на изолированной частице.
Амплитуда рассеяния. Сечения частицы и ее альбедо. Фазовая функция
рассеяния.
Приближение Релея-Дебая-Ганса. Сечения рассеяния и поглощения
релеевских частиц.
Приближение Вентцеля-Крамерса-Бриллюэна.
Теория Ми рассеяния на сферических частицах.
Оптические
характеристики
случайно-неоднородной
среды.
Обобщенный закон Бугера.
Лучевая интенсивность, вектор плотности потока энергии, средняя
интенсивность и плотность энергии электромагнитного поля в случайнонеоднородной среде.
Стационарное уравнение переноса излучения. Уравнение переноса для
вектора Стокса.
Нестационарное уравнение переноса. Краевые условия для уравнения
переноса.
Приближения малократного рассеяния в теории переноса излучения.
Диффузионное приближение. Уравнение диффузии излучения. Функция
Грина для уравнения диффузии излучения.
Граничные условия для уравнения диффузии излучения. Методы
решения уравнения диффузии излучения. Метод источников.
Метод Монте-Карло в теории переноса излучения.
Аналитическая теория многократного рассеяния. Когерентная и
флуктуационная составляющие поля, рассеянного ансамблем частиц.
Корреляционная функция амплитуды рассеянного поля.
Взаимосвязь корреляционной функции поля и углового спектра лучевой
интенсивности.
Спекл-модуляция рассеянного поля. Развитые спекл-поля и их
статистические свойства.
Эффект когерентного обратного рассеяния.
Рассеяние лазерного излучения в нестационарных средах. Динамические
спеклы. Временные корреляционные функции флуктуаций амплитуды и
интенсивности. Соотношение Зигерта.
Режимы трансляционного движения и «кипения» динамических спеклов.
Условия перехода от трансляционного движения к кипению в
зависимости от условий формирования спеклов.
Динамические спеклы в условиях многократного рассеяния.
Фундаментальные основы диффузионно-волновой спектроскопии.
Теория эффективной среды. Модели Максвелла-Гарнета и Бруггемана.
Приближение когерентного потенциала.
3
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
Физика лазеров, квантовая электроника и оптоэлектроника
Спонтанное и вынужденное излучение; поглощение. Общий принцип
работы лазера. Свойства лазерных пучков: монохроматичность,
когерентность, направленность, яркость.
Лазерная среда. Инверсия - необходимое условие усиления. Показатель
усиления. Сечение перехода. Квантовый выход. Полный и
дифференциальный коэффициенты полезного действия.
Оптическая накачка. Механизмы заселения и очищения уровней
рабочего перехода. Различные схемы накачки. Зависимость начального
коэффициента усиления от скорости накачки. Роль метастабильности
верхнего уровня лазерного перехода в создании начального усиления.
Влияние насыщения на величину усиления.
Оптический резонатор. Стационарный режим генерации. Условие
порога генерации. Оптимальная связь резонатора с внешней средой.
Продольные моды резонатора. Резонансные частоты. Добротность
резонатора.
Формирование спектра выходного излучения лазера. Поперечные моды
резонатора. Одномодовый режим генерации. Избирательность заселения
фотонных состояний. Лазер без резонатора. Пассивные и активные
резонаторы.
Ширина линии генерации. Пространственная неоднородность активной
среды. Однородное и неоднородное уширение линии рабочего перехода.
Причины уширения. Контур линии усиления. Пространственное
существование мод. Межмодовая конкуренция. Эффект затягивания
частот.
Нестационарный режим генерации. Причины нестационарного режима
генерации. Режим свободной генерации. Влияние скорости релаксации
верхнего уровня рабочего перехода на динамику генерации. Пичковый
режим генерации.
Управление
добротностью
резонатора.
Активная
модуляция
добротности резонатора. Пассивная модуляция добротности резонатора.
Режим синхронизации продольных мод резонатора. Режим разгрузки
резонатора. Отрицательная обратная связь.
Детекторы оптического излучения на внутреннем фотоэффекте.
Фоторезисторы и фотодиоды. Полупроводниковые материалы для
фотодиодных устройств. Вентильная и фотогальваническая схемы
включения фотодиодов, их преимущества и недостатки.
Pin-диоды и лавинные фотодиоды, устройство и принцип действия.
Вольамперные и ватт-амперные характеристики. Шумы в pin-диодах и
ЛФД.
Фотоэлектронные умножители. Метод счета фотонов для регистрации
слабых световых потоков.
Принципы действия и устройство ПЗС- и КМОП-фотоприемников.
Основные
характеристики
современных
многоэлементных
фотоприемников.
4
33. Эффект полного внутреннего отражения. Одномодовые и многомодовые
волокна со ступенчатым профилем показателя преломления.
Градиентные волокна. Материалы для оптических волокон. Волокна с
двойным лучепреломлением.
34. Числовая апертура волокна.
Постоянная распространения. Моды
сердцевины, оболочки и вытекающие моды. Частота отсечки. Число мод
оптического волокна.
35. Апертурные и френелевские потери при вводе излучения в оптическое
волокно. Потери на границе сердцевины с оболочкой. Потери на
рассеяние и поглощение в сердцевине. Дисперсионные характеристики
волокна.
36. Волоконно-оптические датчики физических величин: давления,
ускорения, угловой скорости, температуры, электрического и
магнитного полей.
37. Распространение света в плоских волноводах. Направляемые моды
плоского волновода. Моды подложки. Вытекающие моды. Числовая
апертура плоского волновода.
38. Оптические волокна ИК и УФ диапазона. Материалы, используемые для
изготовления волокон ИК и УФ диапазона.
39. Дисперсионные уравнения для ТЕ и ТМ мод плоского волновода. -
диаграмма. Характеристики плоского волновода: приведенная толщина,
параметр диэлектрической асимметрии, критическая толщина, число
мод.
40. Возбуждение и вывод излучения из плоских волноводов.
Эффективность и модовая селективность ввода. Торцевое возбуждение
плоского волновода. Возбуждение через поверхность: призменный и
дифракционный элементы связи. Частотно-селективные зеркала в
интегральной
оптике.
Фокусирующие
интегрально-оптические
элементы.
41. Физические эффекты, используемые для модуляции света: эффект
Керра, эффект Поккельса, эффект Фарадея.
42. Конструкции модуляторов и оптических затворов на ячейках Поккельса
и Керра.
43. Оптический затвор на ячейке Фарадея. Дефлекторы и модуляторы
частоты лазерного излучения.
44. Жидкокристаллические структуры в устройствах модуляции и
обработки оптических сигналов. Эффект динамического рассеяния света
жидкими кристаллами.
45. Твист-эффект. Эффект «гость-хозяин». Электрически управляемые
жидкокристаллические транспаранты.
Физика и техника оптических измерений
46. Микроскопические измерения в технике.
спектральных приборов.
Аберрации
элементов
5
47. Интерферометрия: интерферометрия как метод локального сравнения
амплитудно-фазовых распределений оптических полей.
48. Многолучевая
интерферометрия,
резонансные
фильтры
пространственных частот, оптическая томография.
49. Голографический анализ нестационарных объектов и вибраций,
доплеровские измерения.
50. Дифракционные оптические измерения: дифракционные эффекты в
оптических системах при когерентном и частично когерентном
освещении.
51. Критерий Рэлея. Оптимальная (нормальная) ширина щели. Дифракция
на входной щели прибора.
52. Анизотропные покрытия для анализа деформаций прозрачных и
непрозрачных объектов; использование сред с искусственной и
естественной анизотропией для синтеза перестраиваемых эталонов
систем обработки информации.
53. Фотометрические измерения. Основные элементы установок для
оптических измерений. Чувствительность фотометрических устройств.
54. Методика измерений абсолютных коэффициентов отражения и
пропускания светорассеивающих объектов.
55. Спектрофотометры. Методы обработки электронных спектров.
Применение электронных спектров поглощения. Спектроскопическое
определение строения молекул.
56. Физические основы люминесцентной спектроскопии. Электронные
синглет-синглетные переходы в молекулах. Спектры флуоресценции и
возбуждения.
57. Техника и практические аспекты люминесцентных измерений. Приборы
для регистрации люминесценции.
58. Фазочувствительный метод регистрации флуоресценции.
59. Методы и приборы для регистрации излучательных переходов из
триплетного состояния. Фосфориметрия с временным разрешением.
Спектроскопия молекулярных релаксаций.
60. Триплет-триплетное поглощение света. Метод импульсного фотолиза.
61. Спектроскопия молекулярного рассеяния света. Виды рассеяния света.
Рэлеевское рассеяние. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР).
62. Структурный анализ молекул по спектрам комбинационного рассеяния
света. Качественный и количественный анализ по КР – спектрам.
63. Техника и методика инфракрасной спектроскопии. Основные элементы
инфракрасного спектрометра. Конструкция приборов для измерения ИКспектров. Исследование межмолекулярных взаимодействий по ИКспектрам.
Принципы и методы оптической обработки информации
64. Принципы оптической обработки информации. Линейные интегральные
преобразования в оптике.
6
65. Преобразование Фурье и преобразование Френеля, их свойства. Линзы
как элементы, выполняющие преобразования Фурье и Френеля.
66. «4f» системы как основа для построения когерентно-оптических систем
обработки информации.
67. Пространственная фильтрация в когерентно-оптических системах.
Согласованная фильтрация.
68. Некогерентная оптическая обработка информации. Основные схемы
оптических процессоров для обработки в некогерентном свете.
69. Акустооптические модуляторы света. Дифракция Брэгга, дифракция
Рамана-Ната.
70. Оптические устройства хранения информации.
РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная литература
1. Пирс Дж. Квантовая электроника. М.: Физматлит, 2012.
2. Жаботинский М.Е. Квантовая электроника. М.: Физматлит, 2012.
3. Ахманов С.А. Маленькая энциклопедия. Квантовая электроника. М.:
Физматлит, 2012.
4. Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С. Статистическая радиофизика
и оптика. Случайные колебания и волны в линейных системах.
М.:Физматлит, 2010.
5. Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Камшилин А.А., Ромашко Р.В.
Адаптивные методы обработки спекл-модулированных оптических
полей. М.:Физматлит, 2009.
6. Бутиков Е.И. Оптика. Лань, 2012.
7. Короленко П.В., Маганова М.С. Основы статистических методов в
оптике. М.: Университетская книга, 2010.
8. Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских
исследованиях. М.: Физматлит, 2010.
9. Пихтин А. Н. Оптическая и квантовая электроника. М: Высшая школа,
2011.
10.Оптические устройства в радиотехнике. Под ред. В.Н. Ушакова. М.:
Радиотехника, 2009.
11.Тарасов Л.В. Четырнадцать лекций о лазерах. Либроком, 2011.
12.Киселев Г.Л. Квантовая и оптическая электроника. Лань, 2011.
13.Горлов Н.И., Богачков И.В. Волоконно-оптические линии передачи.
Методы и средства измерений параметров. М., Радиотехника, 2009.
14.Захарова Н.П., Тимошенкова С.П., Крупнов Ю.А. Оптико-электронные
узлы электронно-вычислительных средств, измерительных приборов и
устройств автоматики. Бином лаборатория знаний, 2011.
15. Желтиков А.М. Микроструктурированные световоды в оптических
технологиях. М: Физматлит, 2009.
7
16.Методы цифровой обработки сигналов для решения прикладных задач.
Под ред. Марчук В.И. М.: Радиотехника, 2012.
17.Звелто О. Принципы лазеров. СПб.: Издательство «Лань», 2008.
18.Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. Квантовая электроника. Приборы и их
применение. М., Техносфера, 2006.
Дополнительная литература
1. Делоне Н.Б. Нелинейная оптика. М: Физматлит, 2003.
2. Мандель Л., Вольф Э. Оптическая когерентность и квантовая оптика.
М.: Физматлит, 2000.
3. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайнонеоднородных средах. В 2-х т. М.: Наука, 1981.
4. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую
радиофизику. Ч. 2. Случайные поля. М.: Наука, 1978.
5. Короленко П.В. Оптика когерентного излучения. - М.: Изд-во
Московского университета, 1998.
6. Оптическая биомедицинская диагностика. Т. 1, 2/ Под ред. Тучина В.В.
Пер. с англ. М.: Физматлит, 2007.
7. Tuchin V.V., Wang L., Zimnyakov D.A. Optical Polarization in Biomedical
Applications. Berlin, Heidelberg, N.Y.: Springer-Verlag, 2006.
8. Лопатин В.Н., Приезжев А.В., Апонасенко А.Д, Шепелевич Н.В.,
Пожиленкова П.В., Простакова И.В. Методы светорассеяния в анализе
дисперсных биологических систем. М.: Физматлит, 2006.
9. Борен К., Хафмен Д. Рассеяние и поглощение света малыми частицами.
М.: Мир, 1986.
10.Сечкарев А. В. Фотонная оптика. СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2000.
11. Информационная оптика: Учебное пособие / Евтихиев Н. Н. и др. М.:
Издательство МЭИ, 2000.
12. Гудмен Дж. Статистическая оптика. М.: Мир, 1988.
13. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987.
14.Быков В.П., Силичев О.О. Лазерные резонаторы. Физматлит, 2006.
15.Верещагин И.К., Косяченко Л.А., Кокин С.М. Введение в
оптоэлектронику. -М.: Высш. шк., 1991.
16.Ермаков О.Н. Прикладная оптоэлектроника. М., Техносфера, 2004.
17.Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. М.: Радио и связь, 1989.
18.Ушаков В.Н. Акустооптические процессоры корреляционного типа.
М.: Радиотехника, 2007.
19.Полупроводниковые инжекционные лазеры. Динамика, модуляция,
спектры. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1990.
20.Свечников Г.С. Элементы интегральной оптики. М.: Радио и связь,
1987.
21.Шмидт Д., Шварц В. Оптоэлектронные сенсорные системы: Пер. с нем.
М.: Мир, 1991.
22.Окоси Т., Окамото К., Оцу М. и др. Волоконно-оптические датчики:
Пер. с япон. Л.: Энергоатомиздат, 1990.
8
23.Макарецкий Е.А., Паринский А.Я., Толкалин Л.Н. Волоконнооптические устройства и системы. Тула: ТулГУ, 2006.
24.Котляр В.В., Хонина С.Н., Нестеренко Д.В., Налимов А.Г. Расчет
оптических систем со светодиодами. Самара: Изд-во Самар. гос.
аэрокосм. ун-та, 2007.
25.Гридчин В.А., Неизвестный И.Г., Шумский В.Н. Физика микросистем.
Ч.2: Термические сенсоры, сенсоры оптического и инфракрасного
излучения. Новосибирск : НГТУ, 2006.
26.Тришенков М.А.. Фотоприемные устройства и ПЗС. Обнаружение
слабых оптических сигналов. М.: Радио и связь, 1992.
27.Кацуяма Т., Мацумура Х. Инфракрасные волоконные световоды: Пер. с
англ. М.: Мир, 1992.
28.Загрубский А.А., Цыганенко Н.М., Чернова А.П. Основы оптических
измерений. Учебное пособие. Санкт-Петербург, 2007.
29.Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. 2001.
30.Стейнфелд Дж., Хаустон П., Шмальц Т. и др. Лазерная и когерентная
спектроскопия. 1982.
31.Левшин Л.В., Салецкий А.М. Оптические методы исследования
молекулярных систем. Ч.1. Молекулярная спектроскопия. – М.: Изд-во
МГУ, 1994.
32.Лазерная аналитическая спектроскопия /Под ред. В. С. Летохова. М.:
Наука. 1986.
33.Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации.
М.: Высшая школа, 1988.
34.Кондратенков Г.С. Обработка информации когерентными оптическими
системами. -М.: Сов.радио, 1972.
35.Парыгин В.Н.,Балакший В.И. Оптическая обработка информации. -М.:
Изд-во МГУ, 1987.
36. Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени / Под ред.
С.В.Кулакова. -М.: Радио и связь, 1989.