(ИПИ) (72 ауд. часа) - Южный федеральный университет

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 «Источники и приемники
излучения»
Образовательной профессиональной программы (ОПП)
направления 200200 «Оптотехника»,
специальности 200201 «Лазерная техника и лазерные технологии»
Факультет __Электроники и приборостроения_______________________
Выпускающая кафедра по ОПП ___Радиотехнической электроники
Таганрог, 2011
2
СОДЕРЖАНИЕ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (УМК)
Учебной дисциплины «ИСТОЧНИКИ И ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ»
1. Проектирование учебного процесса по учебной дисциплине «Источники и приемники излучения») (7 семестр)
Дисциплина состоит из двух разделов: 1. источники оптического излучения, 2. приемники оптического излучения .
Общая трудоемкость – 120 часов.
2. Технология процесса обучения по учебной дисциплине
Процесс обучения состоит в чтении лекций, проведении лабораторных работ, практических занятий, индивидуальных занятий со студентами и самостоятельных занятий студентов.
3. Междисциплинарные связи учебной дисциплины в общем перечне дисциплин ОПП
(см. пункт 1).
4. Рабочая программа учебной дисциплины (место, цели и задачи учебной дисциплины
в общей структуре бакалаврской, инженерной и магистерской подготовки студента.
(см. ниже).
5. Календарный план дисциплины (см. ниже).
6. Карта обеспеченности учебно-методической литературой (список литературы с
указанием раздаточных материалов, учебно-методических разработок и пособий,
отражающих учебно-методическое обеспечение дисциплины) (см. пункт 2.1.).
7. Контрольный конспект лекций преподавателя, отражающий содержание и уровень лекционного материала, варианты индивидуальных заданий, контрольные вопросы по отдельным модулям и в целом по всей учебной дисциплине..
3
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ
(ТТИ Южного федерального университета)
_____________________________________________________________________
«УТВЕРЖДАЮ»
«СОГЛАСОВАНО»
Председатель методической комиссии
по образовательной программе
______________________
________________________
учеб. год
«____»_________ 2011/12
Декан ЭП факультета
Коноплев Б.Г.
___________________________
«____»________2011 /12 учеб. год
Образовательная профессиональная
программа (ОПП) специальности 200201 «Источники и приемники излуче-
ния»____________________________________________
Факультет _____________ЭП_______________________
Выпускающая кафедра по ОПП
РТЭ______
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
ДИСЦИПЛИНЫ «ИСТОЧНИКИ И ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ»
Кафедра ______РТЭ_______________________
Форма обучения __________очная________ Срок обучения______5,5
Технология обучения
года______
лекции, лабораторные, практические, индивидуальные, самостоя-
тельные
курс_4
Семестр___7______
Академические часы:
Учебных занятий
Из них:
лекций
практических
лабораторных
самостоятельных
индивидуальных
курсовая работа
−
−
−
−
−
−
−
Промежуточный рейтинг-контроль (зачет)
Итоговый рейтингконтроль (экзамен)
Зачетные единицы: 4 з.е.
Учебных занятий
−
120
120
120 час
Из них:
лекций
практических
лабораторных
самостоятельных
индивидуальных
курсовая работа
час
час
час
час
час
час
____
36
18
18
30
18
Промежуточный рейтинг-контроль (зачет)
Итоговый рейтингконтроль (экзамен)
семестры
7
Таганрог 2011г.
60
40
______
семестры
7
4
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта Российской Федерации образовательной профессиональной программы (ОПП)
____________
Источники и приемники излучения___________________ _________
индекс ОПД.Ф.08
Составители:
Должность
Уч. степень
Звание
Ф.И.О.
Подпись
Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры________________
радиотехнической электроники
Зав. кафедрой РТЭ
Г.Г. Червяков
Cогласовано с другими кафедрами или организациями:
Название организации
Подпись
Ф.И.О. руководителя
5
МЕСТО, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРОГРАММЕ,
реализуемой в университете
Место дисциплины в реализации основных задач образовательной профессиональной программы (ОПП).
Дисциплина формирует у студентов объем знаний в области современного состояния
физических основ функционирования различного типа источников и приемников оптического излучения, а также о параметрах, характеристиках, устройстве, конструкции, схемах
включения самих источников и преемников оптического излучения.
Место дисциплины в обеспечении образовательных интересов личности обучающегося студента по данной ОПП.
Дисциплина закладывает у студентов основы фундаментальных знаний о приемниках и
источниках оптического излучения, которые широко используются в оптическом и оптикоэлектронном приборостроении , в лазерной технике и в лазерных технологических установках. Знания в области источников и приемников оптического излучения являются составной частью основных дисциплин для данной специальности и наравне с ними обеспечивают образовательные интересы личности обучающихся студентов.
Место дисциплины в удовлетворении требований заказчиков выпускников университета данной ОПП
Дисциплина дает студентам знания в области использования источников и приемников
оптического излучения, которые являются составной частью любого оптико-электронного
современного прибора, поэтому можно сказать, что наравне с другими основными дисциплинами специализации она удовлетворяет требованиям заказчиков выпускников университета данной ОПП.
Знания каких учебных дисциплин должны предшествовать изучению дисциплины в
ОПП
Изучение дисциплины использует материалы дисциплин: «Физика», «Специальные разделы физики», «Физика процессов на СВЧ», «Информатика».
Для изучения каких дисциплин будет использоваться материал дисциплины при
реализации рассматриваемой ОПП
Дисциплина является основой для дисциплин: «Лазерная техника», «Лазерные технологии», «Взаимодействие лазерного излучения с веществом».
Цель преподавания дисциплины
Целью дисциплины является усвоение студентами физических основ работы современных источников и приемников оптического излучения, а также получение знаний о их
параметрах, характеристиках, устройстве, конструкции, схемах включения и применения
в современном прецизионном приборостроении и в высокоинформационных технологиях.
Задачи изучения дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны:
 освоить базовые знания в области физики функционирования источников и приемников оптического излучения;
 получить знания о параметрах, характеристиках, устройстве, схемах включения и
применения источников и приемников оптического излучения в современном прецизионном оптико-электронном приборостроении;
 уметь грамотно проводить инженерные оценки и расчеты правильного применения
современных источников и приемников оптического излучения в оптикоэлектронных устройствах и приборах;

6
2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА
Лекции
Содержание лекции
Лекция 1. Введение в дисциплину «Источники и приемники излучения».
Лекция 2. Классификация источников излучения. Энергетические и световые характеристики.
Лекция 3. Тепловое излучение. Законы теплового излучения.
Лекция 4. Тепловые излучатели. Классификация. Параметры.
Лекция 5. Газоразрядные источники излучения.
Лекция 6. Люминисцентные источники излучения
Лекция 7. Металлогалогенные источники излучения.
Лекция 8. Полупроводниковые источники излучения. Светодиоды и лазерные диоды.
Лекция 9. Твердотельные и газовые лазеры.
Лекция 10.Жидкостные лазеры
Лекция 11. Приемники оптического излучения. Классификация. Параметры.
Лекция 12..Приемники на основе внутреннего фотоэффекта. Фоторезисторы.
Лекция 13. Приемники на основе внутреннего фотоэффекта. Фотодиоды,pinфотодиоды, поверхностно-барьерные фотодиоды.
Лекция 14. Лавинные фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры.
Лекция 15. Координатные и многоэлементные фотоприемники
Лекция 16. Тепловые приемники оптического излучения.
Лекция 17. Элекронно-оптические преобразователи.
Лекция 18 Телевизионные передающие трубки.
Основная литература.
1. Ишанин Г.Г. Источники и приемники излучения. М. Машиностроение. 1982.
2. Ишанин Г.Г. Приемники излучения. С.-Петербург. «Папирус». 2003.
3 Кайдалов С.А. Фоточувствительные приборы и их применение. М. Радио и связь.
1995.
2.1.3. Дополнительная литература.
1. Пихтин А.Н. Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники.
Высш.шк., 1983.
2. Быстров Ю.А. Оптоэлектронные приборы и устройства. М. РадиоСофт. 2001.
3. Гуриков В.А. Возникновение и развитие оптико-электронного приборостроения.
М.Наука. 1981.
2.2. Лабораторные занятия.
Занятие 1. Исследование динамических параметров оптопар как элементов связи и бес
контактного управления.
Занятие 2. Измерение индикатрис излучения полупроводниковых излучающих свето
диодов.
Занятие 3. Исследование схемы стабилизатора освещенности.
Занятие 4. Исследование частотных характеристик различных типов фотодиодов.
2.3.. Практические занятия.
Практические занятия проходят в виде решения задач, заданных лектором и под его на
блюдением,.которые решают студенты у доски с участием остальных студентов.
2.4. Индивидуальные занятия.
Индивидуальные занятия проходят в виде проверки правильности решения задач, заданных по программе самостоятельных занятий.
7
4. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЦЕЛЕЙ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Студенты в процессе изучения дисциплины и после ее завершения в соответствии с
профилем материала должны демонстрировать:
4.1. способность правильно применять полученные знания;
4.2. умение анализировать, идентифицировать, формулировать и решать поставленные задачи применения источников и преемников оптического излучения;
4.3. способность использовать навыки, методы, оборудование и технологии для решения
задач применения источников и приемников оптического излучения.
5. 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)
5.1.Стандартные формы контроля качества усвоения знаний.
5.2.Метод авторского формирования содержания экзаменов.
5.3.Информационная база студентов и архивные записи.
5.4.Система требований (собрание образцов работ).
5.5.Оценка работы.
5.6.Устные экзамены.
6. РЕЙТИНГ И ИТОГОВАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ОЦЕНКА
ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
6.1. Рейтинговая система РИТМ – ТРТУ использует 100 балльную оценку.
6.2. Промежуточный и суммарный (рубежный или итоговый) рейтинг по дисциплине
Рейтинг первого контроля
Макс.
25
Мин.
15
Рейтинг второго контроля
Макс.
26
Мин.
14
Рейтинг третьего
контроля
Макс.
51
Мин.
29
Суммарный
(рубежный или итоговый) рейтинг
Макс.
100
Мин.
55
6.3. Рейтинг и итоговая дифференциальная оценка по дисциплине
Дифференциальная оценка
Рейтинг
(в баллах системы
РИТМ)
Обозначение
оценки в системе
ЕСТS
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетво
рительно
100-85
84-70
69-50
менее 49
A
C
E
F
8
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.
___________________________
«____»________2011/12учеб.год
Образовательная профессиональная
программа (ОПП) специальности 200201 «Источники и приемники излучения»
Факультет _____________ЭП_______________________
Выпускающая кафедра по ОПП
РТЭ______
КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «ИСТОЧНИКИ И ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ»
Кафедра ______РТЭ_______________________
Лектор Кротов В.И., Осадчий Е.Н.
Форма обучения __________очная________ Срок обучения______5,5
Технология обучения
лет______
лекции, лабораторные, практические, индивидуальные, самостоя-
тельные занятия
курс__4____Семестр___7______
Академические часы 120
Учебных занятий
−
120 час
Из них:
лекций
практических
лабораторных
самостоятельных
индивидуальных
курсовая работа
−
−
−
−
−
−
Промежуточный рейтинг-контроль (зачет)
Итоговый рейтингконтроль (экзамен)
Зачетные единицы:___4_з.е.__
Учебных занятий
−
120
Из них:
36 час
18 час
18 час
30 час
18 час
час
______
семестры
7
лекций
практических
лабораторных
самостоятельных
индивидуальных
курсовая работа
Промежуточный рейтинг-контроль (зачет)
Итоговый рейтингконтроль (экзамен)
60
40
______
семестры
ПРОВОДЯТ ЗАНЯТИЯ
Практические
(ф.и.о. преподавателя группы)
Лабораторные
(ф.и.о. преподавателя группы)
Руководство курсовым проекти
рованием (ф.и.о. преподават.гр.)
9
1. ЛЕКЦИИ
№№
лекций
№1
ТЕМА ЛЕКЦИИ
Тип и
число
часов
Введение в дисциплину «Источники и приемники
излучения».
Классификация источников излучения. Энергетические и световые характеристики.
Тепловое излучение.
2
2
№9
Тепловые излучатели. Классификация. Параметры.
Газоразрядные лампы. Принцип действия. Классификация.
Люминисцентные лампы. Ртутные лампы высокого и сверхвысокого давления.
Металлогалогенные лампы. Натриевые, ксеноновые, импульсные, дуговые, тлеющего свечения.
Полупроводниковые источники излучения. Излучающие светодиоды. Лазерные диоды.
Твердотельные и газовые лазеры.
№ 10
Жидкостные лазеры.
2
№ 11
2
№ 16
Приемники оптического излучения. Классификация. Параметры.
Приемники на основе внутреннего фотоэффекта.
Фоторезисторы..
Фотодиоды,
pin-фотодиоды,
поверхностнобарьерные фотодиоды.
Лавинные фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры.
Координатные и многоэлементные фотоприемники.
Тепловые приемники оптического излучения.
№ 17
Электронно-оптические преобразователи.
2
№ 18
Телевизионные передающие трубки.
2
№2
№3
№4
№5
№6
№7
№8
№ 12
№ 13
№ 14
№ 15
Практические,
семинарские
занятия
Число
часов
Практические,
семинарские
занятия
Число
часов
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2. Лабораторные занятия
№№
лаб.раб.
ТЕМА ЗАНЯТИЙ
Тип и
число
часов
№1
Исследование динамических параметров оптопар как
элементов связи и бесконтактного управления
4
№2
.Измерения индикатрис излучения полупроводниковых светоизлучающих диодов
4
№3
Исследование схемы стабилизатора освещенности
4
№4
Исследование частотных характеристик различного типа фотодиодов
4
10
3.Практические занятия
Решение задач по темам прочитанных лекций в течении всего семестра ( см. п.6).
4. Курсовые проекты и работы, типовые расчеты, типовые задания, домашние
задания по учебному плану ТРТУ реализации ОПП
№
Вид и содержание
Дата
выдачи
Индивидуальное задание
сдачи
По мере чтения
лекций
5. Бюджет времени на самостоятельную подготовку студента
№
Вид работы
Часов
в неделю
Всего часов
1.
Работа над лекциями
1
15
2.
Работа над заданием
1
15
Всего
Лектор
30 час.
Кротов В.И., Осадчий Е.Н.
Ответственный за дисциплину (цикл)
Зав. кафедрой Червяков Г.Г.
6. Формы самостоятельной работы студентов
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО КУРСУ «Источники
и приемники излучения».
Примеры индивидуальных заданий и задач для практических занятий.
1. Определить энергетическую светимость «серого» тела с коэффициентом теплового излучения  … и с температурой t … градусов Цельсия в спектральных диапазонах от 1 … до
2 … мкм.
2. На каком реальном расстоянии от зеркала прожектора можно рассчитывать освещенность по формуле Манжена.
3. Свет от электролампы с силой света I … кд падает на стол в точке А под углом 
…градусов, где создает освещенность Е … лк. Определить: на какой высоте H мм и на каком расстоянии L мм от рабочего места расположена электролампа.
4. Длина световой волны в воде 1 … мкм. Определить какова длина этой световой волны
2 … мкм в воздухе и какова окраска света этой длины волны.
5. Вычислить световой поток от точечного источника излучения с силой света I … кд, поступающий в конденсор со световым диаметром D … мм , при расстоянии от источника
излучения до конденсора L … мм.
11
7. Перечень оборудования и приборов для проведения лабораторных
работ по курсу
1. Лабораторная установка для исследования динамических параметров пяти различных
оптопар. Измерения динамических параметров производится на экране осциллографа OS 5020.
2. Лабораторная установка для исследования индикатрис излучения различных светоизлучающих диодов, состоящая из точного подвижного лимба, на оси вращения которого
устанавливается исследуемый светодиод. Зависимость освещенности активной площадки
фотоприемника от угла выхода излучения со светоизлучающей площадки светодиода измеряется с помощью вольтметра, подключенного к нагрузке фотоприемника.
,
3. Лабораторная установка для исследования работы схемы стабилизатора освещенности,
собранной на основе операционного усилителя. В качестве источника излучения используется вольфрамовая лампа накаливания, в качестве фотоприемника – фоторезистор. На вход
операционного усилителя подаются два сигнала: постоянный и переменный, усиленная
разность между которыми открывает транзистор в схеме питания лампы накаливания, токовый режим питания лампы изменяется и входные сигналы на входе в операционный усилитель выравниваются. С помощью миллиамперметра измеряют ток, проходящий через
лампу накаливания при изменении освещенности на фоторезисторе и добиваются нарушения режима стабилизации схемы.
4. Лабораторная установка для исследования частотных характеристик различных фотодиодов, оснащенная приборами: генератором Г3-118, источником питания УИП-1, осциллографом .
12
Вопросы по дисциплине «Лазерные технологии».
1. Условия промышленного применения технологических лазеров.
2. Требования по обеспечению безопасности при работе с тех. лазерами.
3. Твердотельные технологические лазеры.
4. Газоразрядные лазеры с диффузным охлаждением.
5. Быстропроточные газоразрядные технологические лазеры.
6. Оптика технологических лазеров.
7. Изготовление и охлаждение зеркал техн. лазеров.
8. Оптические резонаторы технологических лазеров.
9. Системы управления и преобразования лазерного пучка ТЛ.
10.Системы автоматического управления технологическими лазерами.
11. Системы измерения и контроля технологических лазеров.
12. Тепловые процессы при поверхностной обработке.
13. Получение поверхностных покрытий с применением ЛИ.
14. Деформации и напряжения при лазерной обработке.
15. Лазерная резка материалов.
16. Лазерная сварка.
17. Лазерная обработка тонких пленок.
18.Лазерные установки для обработки тонких пленок.
19. Лазерная запись информации.
20. Лазерные технологии в сборочно-монтажных операциях МЭ.
21. Лазерные технологии обработки стекла.
22. Лазерные технологии в биомедицине.
23. Волоконно-оптические элементы для биомедицины.
13
Вопросы по дисциплине «Источники и приемники излучения».
1. Источники оптического излучения. Классификация.
2. Параметры и характеристики источников излучения.
3. Тепловое излучение и его законы.
4. Тепловые излучатели. Классификация.
5. Параметры тепловых излучателей.6.
6. Газоразрядные источники излучения.
7. Люминисцентные источники излучения.
8. Металлогалогенные источники излучения.
9. Полупроводниковые светодиоды.
10. Полупроводниковые лазерные диоды.
11. Твердотельные лазерные источники излучения.
12. Газовые лазерные источники излучения.
13. Жидкостные лазеры.
14. Приемники оптического излучения. Классификация.
15. Параметры и характеристики приемников оптического излучения.
16. Фоторезисторы.
17. Фотодиоды.
18. Быстродействующие фотодиоды.
19. Фототранзисторы.
20. Фототиристоры.
21. Тепловые приемники оптического излучения.