Практикум по квантовой радиофизике

ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ
от 19.06.2015
Рег. номер:
Дисциплина:
Учебный план:
Вид УМК:
Инициатор:
Автор:
Кафедра:
УМК:
Дата заседания
УМК:
Протокол заседания УМК:
3204-1 (19.06.2015)
Практикум по квантовой радиофизике
03.03.03 Радиофизика/4 года ОДО
Электронное издание
Дубов Владимир Петрович
Дубов Владимир Петрович
Кафедра радиофизики
Физико-технический институт
01.06.2015
№8
Согласующие
ФИО
Дата получения
Дата согласования
Результат согласования
Зав. кафедрой
(Зав. кафедрой (к.н.))
Михеев Влади- 25.05.2015
мир Алексан14:09
дрович
03.06.2015
14:20
Рекомендовано
к электронному изданию
Председатель УМК
(Доцент (к.н.))
Креков Сергей 03.06.2015
Александрович
14:20
16.06.2015
19:04
Согласовано
Менеджер ИБЦ
(специалист по книгообеспеченности)
Беседина Ма- 16.06.2015
рина Алексан19:04
дровна
Ульянова Елена
Анатольевна
(Беседина Марина Александровна)
18.06.2015
21:31
Согласовано
Подписант:
Дата подписания:
Креков Сергей Александрович
19.06.2015
Комментарии
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Физико-технический институт
Кафедра радиофизики
Дубов В.П.
ПРАКТИКУМ ПО КВАНТОВОЙ РАДИОФИЗИКЕ
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа
для студентов направления 03.03.03 «Радиофизика»
Форма обучения очная
Тюменский государственный университет
2015
Дубов В.П. «Практикум по квантовой радиофизике» Учебно-методический
комплекс. Рабочая программа для студентов направления 03.03.03 «Радиофизика».
Форма обучения очная. Тюмень, 2015, _21_ стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом рекомендаций и ПрОП ВО по направлению и профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины «Практикум по квантовой радиофизике» опубликована на сайте ТюмГУ: «Практикум по квантовой радиофизике» [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3plus.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой радиофизики. Утверждено проректором по
учебной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой радиофизики Михеев В.А.,
к.ф.-м.н., доцент
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Дубов В.П. 2015.
1. Пояснительная записка
Дисциплина «Практикум по квантовой радиофизике» в соответствии с ФГОС ВО по
направлению подготовки 030303 «Радиофизика» является дисциплиной вариативной части
профессионального цикла ОП подготовки бакалавров. Изучение этой дисциплины является
актуальным на современном этапе развития человеческого знания. Появление лазеров послужило мощным толчком в развитии всех направлений в науке, связанных с оптическими
явлениями и взаимодействием излучения с веществом, появились новые научные направления, такие как нелинейная оптика, нелинейная спектроскопия и др. Большая мощность лазерного излучения дает возможность открывать и изучать новые нелинейные явления и эффекты.
1.1. Цели и задачи дисциплины
Целью курса «Практикум по квантовой радиофизике» является продолжение ознакомления студентов с проблемами взаимодействия электромагнитного поля с веществом, основными принципами устройства и работы оптических квантовых генераторов. Оптические
квантовые генераторы в настоящее время играют большую роль в науке, медицине, промышленности а также в военной технике. Результаты, достигнутые на сегодняшний день в
квантовой электронике, показывают на возрастание этой роли и на распространение лазерной техники в области высоких технологий, такие как термоядерный синтез, нанотехнологии, космические исследования и т.д.
Задачи дисциплины - сформировать у студентов основные знания, практические
навыки и умения, позволяющие быстро осваивать эксплуатацию экспериментальных установок и устройств с использованием лазерных источников излучения.
1.2. Место дисциплины в структуре ОП бакалавриата
Дисциплина «Практикум по квантовой радиофизике» входит в базовую часть профессионального цикла подготовки бакалавров-радиофизиков. Изучение её базируется на
следующих дисциплинах: «Высшая математика», «Общая физика», «Основы радиоэлектроники», «Нелинейная оптика», «Прикладная радиофизика»
Таблица 1. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи
с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
п/п
1.
2.
3.
№
Наименование обеспеТемы дисциплины необходимые для изучечиваемых
(последующих) ния обеспечиваемых (последующих) дисциплин
дисциплин
1
1
1
2
2
2
2
3
3
1.4 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4
Практикум по квантовой ра+
+
+
+
+
+
+
+
+
диофизике
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Телекоммуникационные си+
+
+
+
+
стемы SDH
+
+
+
+
+
Выпускная работа
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
3
+
1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения настоящей
образовательной программы.
В соответствии с ФГОС ВО данная дисциплина направлена на формирование следующих компетенций:
профессиональные:
ПК-1 Способность понимать принципы работы и методы эксплуатации современной
радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования;
ПК-2 Способность использовать основные методы радиофизических измерений.
1.4. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине (модулю):
В результате изучения дисциплины «Практикум по квантовой радиофизике»студенты должны
знать:

базовые принципы теории взаимодействия излучения с веществом;

основные физические принципы нелинейного взаимодействия излучения с веществом;

основные типы лазеров и принципы их работы;

способы накачки лазерных сред и принципы работы блоков питания современных квантовых генераторов;

основные механизмы процессов, проходящих в квантовых системах,
помещенных в резонатор;

знать правила техники безопасности при работе с лазерным излучением.
уметь:




владеть:
рассчитывать простейшие квантовые оптические устройства;
практически использовать квантовые оптические устройства;
пользоваться профессиональной терминологией;
работать на простейших лазерных установках.

навыками практической работы с квантовыми генераторами различных
типов;

навыками работы с высоковольтным оборудованием;

навыками работы с оптическими устройствами, спектральными приборами, измерительной техникой.
2. Структура и трудоемкость дисциплины
Семестр 8. Форма промежуточной аттестации – зачёт.. Общая трудоемкость
дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 академических часов, из них 56,8 часа,
составляет контактная работа с преподавателем (56-лабораторных занятий,0.8-иные виды
работ), 51,2 часа, выделено на самостоятельную работу.
3. Тематический план
Модуль 1
Итого количество
баллов
из них в интерактив ной
форме
Самостоятельная
работа*
Практические занятия
Лекции
Темы
Недели семестра
№
Виды
учебной рабо ты и
самостоятель ная
работа, в час.
Итого часов по теме
Таблица 2
№
1
1-5
1.1
1
Основы
техники безопасности
при работе с лазерами
4
6
1
Рубиновый
лазер.
6
4
4
1.2
4
4
2
1.3
1
Изучение
устройства и работы
гелий – неонового лазера.
6
4
1.4
Молекулярный лазер на углекислом газе
4
4
7
6
4
9
Модуль 2
14
10-10
2
1
8
1
20
10-10
2
10
6
Всего по 1-му модулю
0-6
10
20-10
2
2
34
40-36
8
6
6-10
2
Неодимовый
лазер
2
2.1
2.2
4
2
Оптический
квантовый усилитель
4
6
2
Лазерные
излучатели
6
2
Изучение
метода оптического гетеродинирования
8
Всего по 2-му модулю
Модуль 3
8
2
1
20-10
2
1
7
2
22
20-10
6
11
5
18
8
4
2
20-10
2
12
5
2
1
10
6
2
2.3
2.4
4
6
2 0-6
2
4
40
80-36
12
1
11-14
3
Полупроводниковый
лазер
3.1
3.2
2
8
3
Сканирующий
Фабри-Перо
3
Азотный
лазер
интерферометр
4
6
2
4
4
6
2
1
14
1
10
4
20-10
2
2 0-6
2
0-6
3.3
6
Всего по 3-му модулю
4
8
18
10
2
1
16
3
34
60-28
8
Итого за семестр (часов,
2
5
баллов):
56
52
108
Из них в интерактивной
1
форме
28
*Самостоятельная работа (включая иные виды контактной работы).
1
28
1
0-100
4. Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
1.1
Модуль 1
1
Основы
техники безопасности
при работе с лазерами
1
Рубиновый
лазер.
Лабораторный
журнал
Отчёт по ла бораторной работе
Ответы на кон
трольные
воп
росы
Устный опрос
Допуск к лабораторной работе
№ темы
Таблица 3
Письменные рабо- Итого
ты
количество
баллов
0-6
0-6
0-1
0-5
0-3
0-1
0-10
0-1
0-5
0-3
0-1
0-10
1.3
1
Изучение
устройства и работы
гелий – неонового лазера.
Молекулярный лазер на углекислом газе
0-1
0-5
0-3
0-1
0-10
1.4
Всего по 1-му модулю
Модуль 2
2
Неодимовый
лазер
0-3
0-21
0-9
0-3
0-36
0-1
0-5
0-3
0-1
0-10
2
Оптический
квантовый усилитель
0-1
0-5
0-3
0-1
0-10
2
Лазерные
излучатели
0-1
0-5
0-3
0-1
0-10
2
Изучение
метода оптического
гетеродинирования
0-1
0-2
0-2
0-1
0-6
Всего по 2-му модулю
Модуль 3
3
Полупроводниковый
лазер
0-4
0-17
0-11
0-4
0-36
0-1
0-5
0-3
0-1
0-10
3
Сканирующий
Фабри-Перо
0-1
0-3
0-3
0-1
0-8
1.2
2.1
2.2
2.3
2.4
3.1
3.3
интерферометр
3
Азотный
лазер
0-2
0-3
0-3
0-2
0-10
0-4
0-11
0-9
0-4
0-28
0-11
0-49
0-29
0-11
0-100
3.4
Всего по 3-му модулю
Итого за семестр (часов,
баллов):
5. Содержание дисциплины.
Модуль 1
Тема 1.1 Основы техники безопасности при работе с лазерами.
Ознакомление с ГОСТ-ом по лазерной опасности правилами работы с лазерными установками. Возможные опасные воздействия при работе с лазерными устройствами. Категории безопасности лазеров.
Тема 1.2 Рубиновый лазер.
Цель работы: ознакомиться с теорией и устройством рубинового лазера, с различными типами резонаторов, измерить выходные параметры рубинового лазера, изучить режимы работы.
Тема 1.3 Изучение устройства и работы гелий – неонового лазера.
Цель работы: ознакомиться с принципами работы и устройством гелий-неонового лазера,
освоить методики исследования его спектра и изменения структуры поперечных мод.
Тема 1.4 Молекулярный лазер на углекислом газе
Цель работы: ознакомиться с теорией и устройством СО2–лазера, освоить методику измерения мощности лазера измерителем ИМО – 2 и изучить характеристики отражения излучения
от различных отражающих поверхностей.
Модуль 2
Тема 2.1 Неодимовый лазер
Цель работы: ознакомиться с устройством и работой промышленного неодимового лазера с
удвоителем частоты, освоить различные режимы работы лазера и определить коэффициент
преобразования излучения во вторую гармонику.
Тема 2.2 Оптический квантовый усилитель
Цель работы: ознакомиться с работой квантового усилителя на гелий-неоновой смеси, измерить коэффициенты усиления при различной входной мощности и на различных длинах
волн.
Тема 2.3 Лазерные излучатели
Цель работы: Ознакомиться с конструкцией различных лазерных излучателей, компонентами резонатора, системами управления лазерным излучением, изучить отличительные особенности ОКГ различного типа, способы и конструкции блоков накачки и поджига.
Тема 2.4. Метод оптического гетеродинирования
Цель работы: ознакомление с методом гетеродинирования и использование этого метода для
определения модовой структуры гелий-неонового лазера
Модуль 3
Тема 3.1 Полупроводниковый лазер
Цель работы: ознакомиться с теорией и работой полупроводникового лазера, получить навык
работы с монохроматором МУМ-2, получить спектр излучения п/п лазера и сравнить его со
спектрами п/п светодиода и гелий-неонового лазера.
Тема 3.3 Сканирующий интерферометр Фабри-Перо
Цель работы: изучение устройства, принципа работы сканирующего интерферометра и определение с его помощью модовой структуры Не-Nе –го лазера.
Тема 3.4 Азотный лазер
Цель работы: Теоретическое и экспериментальное ознакомление с принципом работы лазера
на самоограниченных переходах, исследовать временные характеристики выходного излучения.
6. Планы семинарских занятий
Практические занятия по этой дисциплине учебным планом не предусмотрены
7. Учебно – методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные
средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам
освоения дисциплины.
Темы рефератов - презентаций для домашней работы
1. Ионные лазеры. Аргоновый лазер.
2. Ионные лазеры. Гелий-кадмиевый лазер.
3. Ионные лазеры. Медный лазер.
4. Лазеры на самоограниченных переходах. Азотный лазер.
5. Лазеры на самоограниченных переходах. (кроме азотного).
6. СО2 – лазеры.
7. СО – лазеры.
8. Эрбиевый лазер.
9. Химические лазеры. Йодные лазеры.
10. Химические лазеры. (кроме йодного).
11. Водородный лазер.
12. Лазеры на красителях (импульсные).
13. Лазеры на красителях (непрерывные).
14. Эксимерные лазеры.
15. Лазеры на центрах окраски.F – центры.
16. Лазеры на центрах окраски. (кроме F – центров)
17. Лазеры на ионах редкоземельных элементов.
18. Новейшие полупроводниковые лазеры.
19. Гелий-неоновые лазеры со стабилизацией частоты.
20. Неодимовые лазеры.
21. Лазеры на свободных электронах.
22. Рентгеновские лазеры.Гамма-лазеры.
23. Рубиновый лазер.
24. Лазер на александрите.
25. Параметрические генераторы.
26. Лазерные решётки
27. Получение ультракоротких лазерных импульсов (УКИ)
28. Фокусировка лазерного излучения
29. Измерение когерентности и монохроматичности лазерного излучения.
30. Светогидравлический эффект
31. Пондеромоторное действие лазерного излучения
32. Поляризация излучения гелий-неонового лазера
33. Классификация лазеров по мощности, когерентности и
34. монохроматичности.
35. Лазерные «указки» разного цвета.
36. Метод матриц Джонса
37. Эффекты с УКИ= лазерами
38. Эффект Унру
39. Запись информации лазерным лучом.
40. Лазеры в медицине.
41. Лазеры в космосе
8. Примерная тематика курсовых работ: учебным планом не предусмотрены.
9. Учебно-методическое обеспечение и планирование самостоятельной работы студентов.
Планирование самостоятельной работы студентов
1.1
1.2
Виды СРС
ОбязательДополниные
тельные
1
Основы
техники без1-5
опасности при работе
с лазерами
1
Подготовка к Работа с дополнительРубиновый
лазер.
лабораторным ной учебной литератузанятиям,
рой.
4
0-2
2
1.3
1
Изучение
устройства Подготовка к Работа с дополнительи работы гелий – лабораторным ной учебной литератузанятиям,
рой.
неонового лазера.
4
1.4
Молекулярный лазер Подготовка к Работа с дополнительлабораторным ной учебной литератуна углекислом газе
занятиям,
рой.
4
Всего по 1-му
модулю
4
0-2
6
0-2
Подготовка к Работа с дополнительлабораторным ной учебной литератузанятиям,
рой.
0-2
4
Модуль 2
1
0-8
14
2
Неодимовый
лазер
2.1
Кол-во
баллов
Модули и темы
Объем
часов
№
Неделя
семестра
Таблица 4
6-10
2.2
2.3
2.4
2
Оптический
кванто- Подготовка к
лабораторным
вый усилитель
занятиям,
2
Лазерные
излучатели Подготовка к
лабораторным
занятиям,
2
Изучение
метода оп- Подготовка к
тического гетероди- лабораторным
занятиям,
нирования
Всего по 2-му модулю Подготовка к
лабораторным
занятиям,
Работа с дополнительной учебной литературой.
Работа с дополнительной учебной литературой.
Работа с дополнительной учебной литературой.
Работа с дополнительной учебной литературой.
6
0-2
4
4
0-2
6
4
0-2
4
4
0-4
4
Модуль 3
1
11-14
3.1
3.3
Подготовка к
лабораторным
занятиям,
3
Сканирующий
ин- Подготовка к
терферометр Фабри- лабораторным
занятиям,
Перо
3
Полупроводниковый
лазер
3
Азотный
лазер
3.4
Работа с дополнительной учебной литературой.
Работа с дополнительной учебной литературой.
Подготовка к Работа с дополнительлабораторным ной учебной литератузанятиям,
рой.
Всего по 3-му
модулю
Итого за семестр (часов, баллов):
*Самостоятельная работа (включая иные виды контактной работы).
2
0-12
22
0-2
4
6
0-2
6
6
0-2
6
16
0-8
5
0-28
52
Промежуточная аттестация. Студенты, выполнившие учебный план получают оценку
«зачтено».
Текущая успеваемость оценивается в соответствии с «Положением о рейтинговой системе оценки успеваемости студентов ФГБОУ ВПО ТюмГУ».
10.Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по итогам
освоения дисциплины (модуля).
10.1 Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения
образовательной программы (выдержка из матрицы компетенций):
В процессе изучения дисциплины формируются следующие компетенции:
профессиональные:
ПК-1 Способность понимать принципы работы и методы эксплуатации современной
радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования
Б1.Б.14.3
Б1.Б.14.4
Б1.Б.16.3
Б1.Б.16.4
Б1.Б.16.5
Б1.Б.17.1
Б1.Б.17.2
Б1.Б.17.3
Б1.Б.17.6
Б1.Б.18.1
Б1.Б.18.2
Б1.Б.18.3
Б1.Б.18.4
Б1.Б.18.5
Б1.В.ДВ.3.1
Б1.В.ДВ.3.2
Б1.В.ДВ.4.2
Б1.В.ДВ.7.1
Б1.В.ДВ.7.2
Б1.В.ДВ.8.1
Б1.В.ДВ.8.2
Б1.В.ДВ.10.1
Б1.В.ДВ.10.2
Б1.В.ДВ.11.1
Б1.В.ДВ.11.2
Б1.В.ДВ.13.1
Б1.В.ДВ.13.2
Б2.У.1
Б2.П.1
Б2.П.2
Б2.П.3
Б2.Н.1
Б2.Н.2
ИГА
Практикум по электричеству и магнетизму (3 семестр)
Практикум по оптике (4 семестр)
Распространение электромагнитных волн (6 семестр)
Статистическая радиофизика (7 семестр)
Физика и техника СВЧ (6 семестр)
Электротехника (5 семестр)
Микропроцессоры (6 семестр)
Радиоэлектроника (6 семестр)
Квантовая радиофизика (8 семестр)
Практикум по электротехнике (5 семестр)
Практикум по электронике и схемотехнике(6 семестр)
Практикум по СВЧ (6 семестр)
Практикум по методам модуляции и приема электромагнитных излучений (7 семестр)
Практикум по квантовой радиофизике (8 семестр)
Основы построения систем передачи (2 семестр)
Цифровые системы передачи (2 семестр)
Радиофизические методы исследования вещества (3 семестр)
Основы сетевых технологий (часть 1) (5 семестр)
Фотомикрофлюидика (часть 1) (5 семестр)
Основы сетевых технологий (часть 2) (6 семестр)
Фотомикрофлюидика (часть 2) (6 семестр)
Нелинейная оптика (7 семестр)
Теория оптических приборов (7 семестр)
Радиотехнические цепи и сигналы (7 семестр)
Теория обработки сигналов и сообщений (7 семестр)
Управление телекоммуникационными сетями (8 семестр)
Волоконно-оптические системы передачи (8 семестр)
Учебная практика (2 семестр)
Производственная практика (4 семестр)
Производственная практика (6 семестр)
Преддипломная практика (8 семестр)
Курсовая работа (5 семестр)
Курсовая работа (6семестр)
Итоговая государственная аттестация (8 семестр)
ПК-2 Способность использовать основные методы радиофизических измерений.
Б1.Б.14.3
Практикум по электричеству и магнетизму (3 семестр)
Б1.Б.14.4
Практикум по оптике (4 семестр)
Б1.Б.16.4
Статистическая радиофизика (8 семестр)
Б1.Б.16.5
Физика и техника СВЧ (6 семестр)
Б1.Б.17.1
Электротехника (5 семестр)
Б1.Б.17.2
Микропроцессоры ( 6семестр)
Б1.Б.17.3
Радиоэлектроника (6 семестр)
Б1.Б.17.4
Физическая электроника (7 семестр)
Б1.Б.18.1
Практикум по электротехнике (5 семестр)
Б1.Б.18.2
Практикум по электронике и схемотехнике (6 семестр)
Б1.Б.18.3
Практикум по СВЧ (6 семестр)
Б1.Б.18.4
Практикум по методам модуляции и приема электромагнитных излучений (7 семестр)
Б1.Б.18.5
Практикум по квантовой радиофизике (8 семестр)
Б1.В.ДВ.6.1
Технические средства и методы защиты информации (4 семестр)
Б1.В.ДВ.6.2
Электронные методы защиты информации (4 семестр)
Б2.У.1
Учебная практика (2 семестр)
Б2.П.1
Производственная практика (4 семестр)
Б2.П.2
Производственная практика (6 семестр)
Б2.П.3
Преддипломная практика ( 8 семестр)
Б2.Н.1
Курсовая работа (5 семестр)
Б2.Н.2
Курсовая работа (6 семестр)
ИГА
Итоговая государственная аттестация (8 семестр)
Коды компетенции
10.2 Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования,
описание шкал оценивания:
ПК-1
Результаты обучения по уровням освоения материала
Пороговый
Повышенный
(удовл.)
(хор.)
(отл.)
61-75 баллов
на пороговом уровне основные
принципы работы и методы
эксплуатации современной радиоэлектронной и оптической
аппаратуры и оборудования
на минимальном уровне применять основные принципы работы и методы эксплуатации
современной радиоэлектронной
и оптической аппаратуры и
оборудования
76-90 баллов
на базовом уровне основные
принципы работы и методы эксплуатации современной радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования
на базовом уровне применять
основные принципы работы и
методы эксплуатации современной радиоэлектронной, теплотехнической и оптической аппаратуры и другого физического
оборудования
на базовом уровне навыками
применения основных принципов работы и методов эксплуатации современной радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования
91-100 баллов
на повышенном уровне принципы
работы и методы эксплуатации
современной радиоэлектронной,
теплотехнической и оптической
аппаратуры и оборудования
на повышенном уровне применять основные принципы работы и
методы эксплуатации современной
радиоэлектронной, теплотехнической и оптической аппаратуры и
другого физического оборудования
на повышенном уровне навыками
применения основных принципов
работы и методов эксплуатации
современной радиоэлектронной,
теплотехнической и оптической
аппаратуры и другого физическогооборудования
на повышенном уровне основные
методы радиофизических измерений и расчёта погрешностей
на повышенном уровне использовать основные методы радиофизических измерений и расчёта погрешностей
на минимальном уровне навыками применения основных
принципов работы и методов
эксплуатации современной радиоэлектронной и оптической
аппаратуры
ПК-2
Базовый
на минимальном уровне основные методы радиофизических
измерений
на минимальном уровне использовать основные методы
радиофизических измерений
на базовомуровне основные методы радиофизических измерений и расчёта погрешностей
на базовом уровне использовать
основ ные методы радио физических измере ний и расчёта погреш ностей
Виды занятий
Оценочные
средства
Лекции,
Практические
занятия.
Контрольные
работы.
Экзамены.
Лекции,
Практические
занятия.
Контрольные
работы.
Экзамены.
на минимальном уровне навыками использования основных
методов радиофизических измерений
на базовом уровне навыками использования основных методов
радиофизических измерений и
расчёта погрешностей
на повышенном уровне навыками
использования основных методов
радиофизических измерений и
расчёта погрешностей
17
10.3 Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки
знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующей этапы формирования компетенций в процессе освоения образовательной программы.
Примерные контрольные вопросы по темам
Контрольные вопросы по теме 1.2
Кем и когда был создан первый рубиновый лазер?
Активный элемент, схема уровней.
Область генерации и выходные параметры (мощность, расходимость).
Принцип и функциональная схема блока накачки импульсных лазеров.
Выведите пороговое условие генерации и поясните его физичский смысл.
Определите основное состояние иона хрома.
Устойчивость резонатора. G-диаграмма (начертите область диаграммы, к
которой относится резонатор, используемый в настоящей работе.
8. Поясните механизм образования пичковой структуры.
9. Основные типы резонаторов. К какому типу относится резонатор рубинового лазера.
10. Как с помощью фотоприёмника и осциллографа определить порог генерации лазера?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Контрольные вопросы по теме 1.3
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
Структура поперечных мод резонатора, обозначение мод.
Физический смысл ТЕМ для мазеров и лазеров.
Определите типы мод на Рис.5.
Как зависит расходимость излучения от типа моды?
Почему с поворотом зеркала меняется тип моды?
Как зависит модовая структура от длины волны генерации?
Назовите основные линии генерации Не-Ne –го лазера.
Как осуществляется накачка в гелий – неоновом лазере?
Как зависит модовая структура от длины резонатора?
Какова ширина контура усиления для различных линий генерации?
Кем и когда был создан первый He-Ne-вый лазер?
Накачка He-Ne-ой смеси. Соударения I и II рода.
Основные линии генерации. Схема уровней.
Почему возбуждённый уровень гелия является метастабильным ?
Контуры линии усиления и линии генерации.
Как уровень потерь влияет на структуру моды излучения?
Структура продольных мод ОКГ и интерферограмма Фабри-Перо.
Устройство и принцип действия интерферометра Фабри-Перо.
Область свободной дисперсии и разрешение интерферометра.
Контрольные вопросы по теме 1.4
1. Особенности накачки в СО2-лазере. Схема уровней.
2. Основные частоты молекулы СО2.
3. Компоненты полной энергии молекулы.
18
4. Колебательно-вращательная структура линий генерации СО2-лазера (с рисунком).
5. Механизм образования P и R – ветвей линии излучения СО2-лазера. Правила
отбора для вращательных квантовых чисел.
6. Диффузное и зеркальное отражения. Диаграмма направленности.
7. Типы и выходные характеристики современных СО2-лазеров.
8. Отчего зависит КПД работы СО2 – лазера.
Контрольные вопросы по теме 2.1
1. Кем и когда был создан первый неодимовый лазер?
2. По какой схеме производится накачка в неодимовом лазере?
3. Разновидности неодимовых лазеров (по типу матриц) и основные линии генерации.
4. Свободный режим генерации и модуляция добротности в импульсном твердотельном лазере.
5. Виды затворов.
6. Методы получения второй гармоники. Условие синхронизма.
7. Отчего зависит ширина линии отдельного иона?
8. Типы уширения линии излучения неодимовых лазеров.
9. Почему интенсивность излучения зависит от регулировки задержки момента
включения добротности?
10.
Почему интенсивность излучения зависит от углового положения
a. преобразователя.
Контрольные вопросы по теме 2.2
1. Как записать скорости испускания и поглощения?
2. Каковы условия, при которых среда усиливает проходящее через нее излучение?
3. Вывод формулы Бугера.
4. Однородное и неоднородное уширения контуров усиления.
5. Инверсия населенности и метастабильные уровни.
6. Как связаны усиление и уширение линий?
7. Схема энергетических уровней He-Ne активной среды.
8. Механизм насыщения усиления (поглощения).
9. Усиление на основных линиях излучения He-Ne лазера.
Контрольные вопросы по теме 2.3
1. Поясните способ накачки импульсного лазера.
2. Опишите работу газоразрядного лазера.
3. Что собой представляет осветитель импульсного лазера. Наиболее оптимальные типы отражателей (представить рисунки).
4. Как работают схемы поджига импульсных лазеров.
5. Поясните временные диаграммы работы лазера в режиме свободной генерации.
6. Поясните временные диаграммы работы лазера в режиме модуляции добротности.
7. Как работает электрооптический затвор импульсного лазера.
8. Поясните принцип работы оптико-механического модулятора добротности.
9. Принцип пассивной модуляции.
10. Технология изготовления лазерных зеркал.
19
11. Условия устойчивости резонаторов.
12. Недостатки и преимущества безконденсаторных блоков накачки импульсных
лазеров.
Контрольные вопросы по теме 3.1
1. Опишите процесс накачки п/п лазера и получения инверсии.
2. Условие усиления излучения в полупроводнике.
3. Два пути релаксации неравновесных носителей в п/п-ке.
4. Как объяснить резкое сужение контуров излучения ПЛ при увеличении тока
накачки?
5. Почему излучение п/п лазера имеет сравнительно большую расходимость?
6. Как видоизменяется спектр диодного лазера с током накачки?
7. Как ток накачки влияет на выходную мощность лазера?
8. Как объяснить большое, по сравнению с реальным, -значение полуширины
спектрального контура излучения для He–Ne лазера. Какая из, снятых спектральных зависимостей (ближе к истинной своей форме и почему?
10.4 Методические материалы, определяющие процедуры оценивания знаний, умений,
навыков и (или) опыта деятельности характеризующих этапы формирования
компетенций.
Промежуточная аттестация. Студенты, выполнившие учебный план получают оценку «зачтено». Студенты, набравшие 35 баллов, являются допущенными
к сдаче зачета. Студенты, набравшие от 35 до 60 баллов, получают «не зачтено».
Студенты, набравшие от 61 до 100 баллов, получают оценку «зачтено».
Зачёт проходит в виде собеседования по не менее трём вопросам из различных разделов курса. На подготовку ответов (письменной или устной форме) отводится не менее 30 минут. По вопросам проводится собеседование, в ходе которого
могут быть заданы дополнительные вопросы.
Вопросы к зачёту по дисциплине «Практикум по квантовой радиофизике»
1. Устройство и работа аммиачного мазера. Рисунки. (2)
2. Типы уширения спектральных линий. Однородное уширение.Ширина линии. Примеры. (2)
3. Типы уширения спектральных линий. Неоднородное уширение.Ширина линии. Примеры. (2)
4. Спонтанные и вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнштейна.
Свойства фотонов, полученных при вынужденном испускании.(3)
5. В чём суть допплеровского уширения? Формула. (2)
6. Анализ кинетики двухуровневой системы в слабом и сильном полях. Формулы. График. (3)
7. Изменение интенсивности излучения при прохождении через вещество. Формула Бугера. Коэффициент поглощения. (3)
8. Трехуровневые системы. Метастабильные уровни. Условия возникновения инверсии.
Рисунки. (2)
9. Скоростные уравнения для трехуровневой системы в поле накачки.. Анализ. Графики.
(3)
10. Четырехуровневая система. Скоростные уравнения. Графики. (3)
11. Полный цикл работы ОКГ, от накачки до генерации. Пояснения. (2)
12. Переход от спонтанного излучения к вынужденному. Роль резонатора.(2)
13. Влияние накачки и генерации на уровень инверсии. (2)
20
14. Добротность открытого резонатора. Полуширина линии генерации и степень монохроматичности. (3)
15. Поперечные моды резонатора. Обозначение. Примеры.Физический смысл. (2)
16. Основные типы открытых резонаторов. Рисунки. (2)
17. G- диаграмма. Условие устойчивости. Указать на g – диаграмме полуконцентрический резонатор. Рисунки. (3)
18. Продольные моды резонатора. Обозначение. Межмодовое расстояние. Физический
смысл. (2)
19. Неустойчивые резонаторы. Преимущества и недостатки. Рисунок. Условие неустойчивости. (3)
20. Условие самовозбуждения ОКГ. Пояснения, рисунок, формула.(3)
21. Нестационарная генерация (пичковый режим). Пояснения, рисунок. (2)
22. Режим модуляции добротности. Оптические затворы. Пояснения, рисунок. (2)
23. Понятие когерентности. Временная и пространственная когерентности. Время и длина когерентности (3)
24. Понятие монохроматичности излучения. Пояснения, формула.(3)
25. Яркость и направленность лазерного излучения. (1)
26. Нелинейное взаимодействие излучения с веществом. Эталонное поле.(1)
27. Нелинейные эффекты до и после открытия лазеров. (1)
28. Условие синхронизма и способы его реализации.(2)
29. Условие получения второй гармоники (3)
30. Параметрические генераторы света. Роль квантовых шумов. (3)
11. Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Практикум по квантовой радиофизике» используются следующие активные и интерактивные формы проведения занятий:

занятия в лабораторном практикуме;

дополнительные консультации.
Кроме того используются дополнительные формы обучения по отдельным темам:

презентации по различным темам курса.

курсовые работы по тематике дисциплины.
12. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
12.1 Основная литература:
1. Шангина, Л. И. Квантовая и оптическая электроника [Электронный ресурс] :
учебное пособие / Л. И. Шангина. - Томск: Томский государственный университет
систем управления и радиоэлектроники, 2012. - 303 с. - . Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=208584
2. Якушенков, Ю. Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов [Электронный
ресурс] : учебник / Ю. Г. Якушенков. - М.: Логос, 2011. - 568 с. Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=84994
12.2 Дополнительная литература:
1.
Базовые лекции по электронике: сборник : в 2 т./ ред. В. М. Пролейко. - Москва:
Техносфера. - ISBN 978-5-94836-213-7
Т. 1: Электровакуумная, плазменная и квантовая электроника. - 2009. - 480 с.
21
2.
3.
4.
5.
Квантовая радиофизика : учеб. пособие / С.-Петерб. гос. ун-т ; ред. В. И. Чижик. Санкт-Петербург : Изд-во СПбГУ, 2004. - 689 с. ; 24 см. - ISBN 5-288-02255-0 (в
пер.)
Киреев, С.В. Лазеры и их применения в ядерных технологиях : учебное пособие /
С.В. Киреев, С.Л. Шнырев. - М. : МИФИ, 2008. - 180 с. - ISBN 978-5-7262-0986-9 ;
То же [Электронный ресурс]. URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=231128
Иванов, И.Г. Основы квантовой электроники : учебное пособие / И.Г. Иванов ;
Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южный федеральный университет", Физический факультет. - Ростов-н/Д : Издательство Южного федерального университета, 2011. - 174 с. - библиогр. с: С. 168-169. - ISBN 978-5-9275-0873-0 ; То же [Электронный ресурс]. URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=241055
Дубов, Владимир Петрович. ОКГ и нелинейная оптика [Электронный ресурс] :
учеб. пособие / В. П. Дубов ; ред. Ю. Ф. Евстигнеева. - Электрон. дан. и прогр. Тюмень : Изд-во ТюмГУ. - [Б. м.] : Виндекс, 2008
12.3 Интернет-ресурсы:
1.
2.
3.
4.
http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/optics.htm
Электронная библиотека. http://e-library.su
Электронно-библиотечная система http://e.lanbook.com
Гордон А. Странности квантового мира.www.youtube.com/watch?v=eAi46V9ZeNg
13. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного
обеспечения и информационных справочных систем (при необходимости).
Программного обеспечения по дисциплине «Квантовая радиофизика» не существует.
Пробное тестирование по различным разделам курса..
14. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).
Лаборатория практикума по квантовой радиофизики, лекционные аудитории с мультимедийным оборудованием, образцы голограмм, действующие и макетные блоки квантовых генераторов.
15. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины (модуля).
Для подготовки к экзамену и выполнения лабораторных работ необходимо пользоваться
конспектом лекций и [1,2] из списка основной литературы. Также для выполнения лабораторных следует пользоваться [1-3] из списка дополнительной. Для получения расширенных
и углубленных знаний по тематике рекомендуется пользоваться ссылками из списка интернет-ресурсов, приведенных в настоящем УМК, а также электронными и бумажными номерами научных журналов, имеющихся в ИБЦ, областной научной библиотеке и сети интернет.