Программа КОЭ-инж-НТ

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Национальный исследовательский университет
«Высшая школа экономики»
Московский государственный институт электроники и математики
Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики»
Факультет «Электроники и телекоммуникаций»
Программа дисциплины «Квантовая и оптическая электроника»
Для специальности 210602.65 «Наноматериалы» подготовки инженера
Автор программы: Григорьев Ф.И., к.х.н., профессор, fgrigoryev @ hse. ru
Одобрена на заседании кафедры
«Электроника и наноэлектроника»
«_____»________20 г.
Зав. кафедрой профессор, д.т.н. Петросянц К.О. _______________________
Рекомендована секцией УМС «Электроника»
Председатель ________________
«_____»________20 г.
Утверждена УС факультета «Электроники и телекоммуникаций»
Ученый секретарь _____________
Москва 2012 г.
«_____»________20 г.
1. Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины «Квантовая и оптическая электроника» является приобретение
студентами знаний о физических основах квантовой и оптической электроники,
принципах действия, возможностях и технических характеристиках квантовых и
оптоэлектронных приборов и устройств, Задачи дисциплины состоят в:
• изучении процессов генерации лазерного излучения и его свойств;
• изучении назначения и конструктивных особенностей квантовых и
оптоэлектронных приборов;
• приобретении практических умений расчета элементов квантовых и
оптоэлектронных приборов;
• ознакомлении с современным научно-техническим уровнем квантовой
и оптической электроники.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина «Квантовая и оптическая электроника» относится к Циклу
профессиональных дисциплин.
Дисциплина требует наличия у студента знаний, умений и навыков, полученных в
ходе изучения дисциплин: «Физика» (2-4 семестры), «Физика полупроводников»
(5 семестр), «Квантовая механика» (5 семестр). Для изучения дисциплины студент
должен обладать следующими компетенциями:
• ОК-10 – Способностью использовать основные законы естественнонаучных
дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического
анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.
• ПК-1 – Способностью представлять адекватную современному уровню знаний
научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов
естественных наук и математики.
• ПК-2 – Способностью выявлять естественнонаучную сущность проблем,
возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения
соответствующий физико-математический аппарат.
• ПК-5 – Способностью владеть основными приемами обработки и представления
экспериментальных данных.
3.Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
• ПК-18 – Способность собирать, анализировать и систематизировать отечественную
и зарубежную научно-техническую информацию по тематике исследования в
области квантовой и оптической электроники.
• ПК-19 – Способность строить простейшие физические и математические модели
приборов и устройств квантовой и оптической электроники различного
функционального назначения, а также использовать стандартные программные
средства их компьютерного моделирования.
• ПК-20 – Способность аргументировано выбирать и реализовывать на практике
эффективную методику экспериментального исследования параметров и
характеристик квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств различного
функционального назначения.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
физическую
сущность
процессов,
протекающих
при
взаимодействии
электромагнитного (оптического) излучения с веществом, возможности и технические
характеристики приборов и устройств квантовой и оптической электроники; области
их применения в современной науке и технике.
Уметь:
исследовать основные характеристики квантовых и оптоэлектронных приборов.
Владеть:
методами расчета оптических квантовых генераторов и элементов оптоэлектронных
приборов и устройств.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Всего часов Семестр
Общая трудоемкость дисциплины
90
6
Аудиторные занятия (всего)
в том числе:
68
6
Лекции
51
6
Практические занятия
17
6
Самостоятельная работа (всего)
22
6
Вид итогового контроля:
экзамен
6
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1.
2.
Наименование
раздела
дисциплины
Введение
Способы описания и
характеристики
электромагнитного
излучения оптического
диапазона
Содержание раздела
Предмет дисциплины и ее задачи. Основные
понятия и определения. Элементная база
оптоэлектроники. История создания и развития
квантовой электроники.
Электромагнитные волны. Представление
реальных волн суперпозицией идеализированных
монохроматических волн.
Оптический диапазон электромагнитных волн.
Фотоны.
3.
Физические основы
взаимодействия
оптического излучения с
квантовыми системами
. Энергетические состояния квантовых систем.
Оптические переходы, структура спектров.
Ширина, форма и уширение спектральных линий.
Вероятность перехода. Правила отбора для
электронных переходов.
Поглощение, спонтанное и индуцированное
излучение, Коэффициенты Эйнштейна.
Инверсия населенностей..
4.
Усиление оптического
излучения
5.
Генерация оптического
излучения
6.
Основные типы
когерентных и
некогерентных
источников оптического
излучения
Активные среды и методы создания инверсной
населенности. Кинетические уравнения. Двух-,
трех- и четырехуровневые схемы. Насыщение
усиления в активных средах..
.
Принцип работы лазеров.
Оптические резонаторы. Добротность резонатора.
Условие самовозбуждения лазеров. Насыщение
усиления. Одномодовая и многомодовая
генерация. Модуляция добротности резонатора.
Синхронизация мод и сверхкороткие лазерные
импульсы.
.
Твердотельные лазеры. Газовые лазеры. Лазеры
на растворах органических красителей.
Полупроводниковые лазеры.
Инжекционные лазеры на квантоворазмерных
гетероструктурах.
Светоизлучающие диоды. Суперлюминесцентные
диоды..
7.
Нелинейные оптические
эффекты
8.
Физические принципы и
основные элементы для
регистрации, модуляции,
отклонения,
трансформации,
передачи и обработки
оптического излучения
Заключение
9.
Нелинейная поляризуемость кристалла.
Генерация гармоник. Параметрическое
преобразование и параметрическая генерация
света.
Полупроводниковые фотоприемники.
Приемники оптических изображений.
Оптические модуляторы. Дефлекторы.
Волоконно-оптические линии связи.
Перспективы и основные направления развития
квантовой и оптической электроники.
5.2. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Наименование раздела дисциплины
Введение.
.
Способы описания и характеристики
электромагнитного излучения
оптического диапазона
Физические основы взаимодействия
оптического излучения с квантовыми
системами
Усиление оптического излучения
Генерация оптического излучения.
Основные типы когерентных и
некогерентных источников оптического
излучения
Нелинейные оптические эффекты
Физические принципы и основные
элементы для регистрации, модуляции,
отклонения, трансформации, передачи и
обработки оптического излучения
Заключение
Лекции
Практич
.занятия
Самост.
работа.
Всего
2
-
-
2
6
2
2
10
6
2
2
10
6
6
12
2
2
4
4
4
4
12
12
20
2
10
2
3
2
4
6
17
1
-
-
1
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины:
а) основная литература:
1. Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. – М.: «Высшая школа»,
2001. – 573 с.
2. Григорьев Ф.И. Полупроводниковые источники излучения. – М.: МИЭМ,
2004. – 44 с.
3. Григорьев Ф.И. Оптоэлектронные приборы на основе полупроводниковых
наноструктур. – М.: МИЭМ, 2011. – 35 с.
б) дополнительная литература:
1. Розеншер Э., Винтер Б. Оптоэлектроника. – М.: Техносфера, 2004. – 592 с.
2. Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. Квантовая электроника. Приборы и их применение.
- М.: Техносфера, 2006. – 432 с.
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
. Компьютерный класс.кафедры ФОЭТ.
Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным
образовательным стандартом высшего профессионального образования по
направлению подготовки 210600 «Нанотехнология».
Программу составил Григорьев Ф.И. профессор кафедры ФОЭТ, к.х.н.