Примерная программа дисциплины сд. Ф. 02 \"Оптика лазеров\" Рекомендуется Минобразованием России для специальности icon

Примерная программа дисциплины сд. Ф. 02 "Оптика лазеров" Рекомендуется Минобразованием России для специальности


Смотрите также:
Примерная программа дисциплины сд. Ф...
Примерная программа дисциплины сд. Ф...
Примерная программа дисциплины сд. Ф...
Примерная программа дисциплины сд. Ф...
Примерная программа дисциплины сд. Ф...
Примерная программа дисциплины сд. Ф...
Примерная программа дисциплины сд. Ф...
Примерная программа дисциплины сд. Ф...
Примерная программа дисциплины сд. Ф...
Примерная программа дисциплины «микросхемотехника» Рекомендуется Минобразованием России для...
Примерная программа дисциплины «микросхемотехника» Рекомендуется Минобразованием России для...
Примерная программа дисциплины микропроцессорные системы рекомендуется Минобразованием России...



Загрузка...
скачать


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


УТВЕРЖДАЮ

Руководитель Департамента образовательных программ и стандартов профессионального образования


____________________Л.С.Гребнев


"_____"__________________200 г.


ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ




СД.Ф.02 "Оптика лазеров"




Рекомендуется Минобразованием России

для специальности 131200 Лазерные системы в ракетной технике и космонавтике

направления подготовки дипломированных специалистов 654000 Оптотехника


Москва

2001


^ 1. Цели и задачи дисциплины


Цели дисциплины состоят в получении студентами теоретических знаний, практических умений и навыков по современным физическим основам оптики лазеров.

Задачами дисциплины являются изучение студентами физических основ оптики лазеров, свойств лазерного излучения, оптических систем формирования и преобразования лазерных пучков, а также приобретения студентами умений и навыков по практической работе с лазерными оптическими системами, по исследованию процессов в лазерных оптических системах, параметров и характеристик лазерного излучения, оптики лазерных пучков.


^ 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины


В итоге изучения данной дисциплины студент должен:

- получить представление о преимуществах и недостатках лазера как источника излучения, о современном состоянии и перспективах развития лазерной физики, оптики и техники, об особенностях применения лазерного излучения в приборах и системах, об основных направлениях и особенностях практического использования лазерного излучения и технологии изготовления оптических элементов лазерной техники;

- знать основы лазерной физики оптики и техники, физические процессы, происходящие в лазерах, особенности характеристик излучения, особенности распространения и преобразования лазерного излучения оптическими элементами и системами, схемы оптических систем для формирования лазерного излучения и методы их расчета, модели лазеров как источников излучения, особенности конструктивных элементов лазеров, владеть терминологией, используемой в лазерной физике и технике;

- обладать навыками практической работы с лазерами и исследования их характеристик, измерения параметров лазерного излучения.


^ 3. Объем дисциплины и виды учебной работы


Вид учебной работы

Всего часов

Семестры

Общая трудоемкость дисциплины

230

7

8

Аудиторные занятия

102

7

8

Лекции

68

7

8

Практические занятия (ПЗ)

-

-

-

Семинары (С)

-

-

-

Лабораторные работы (ЛР)

34

7

8

и(или) другие виды аудиторных занятий

-

-

-

Самостоятельная работа

128

7

8

Курсовой проект (работа)

-

-

-

Расчетно-графические работы

-

-

-

Реферат

-

-

-

и(или) другие виды самостоятельной работы

-

-

-

Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

экзамен

-

8


^ 4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий


п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ (или С)

ЛР

1.

Оптические феномены в лазерах

*







2.

Законы геометрической оптики

*







3.

Геометрическая теория оптического изображения

*




*

4.

Теория электромагнитного излучения

*







5.

Когерентность излучения

*




*

6.

Поляризация излучения

*




*

7.

Рассеяние излучения

*




*

8.

Теория дифракции излучения

*




*

9.

Транспортировка и формирование лазерного излучения

*




*

10.

Дифракционная теория лазерного резонатора

*




*

11.

Оптика лазерных усилителей и генераторов излучения

*







12.

Основы нелинейной оптики лазеров

*




*

13.

Адаптивная оптика

*







14.

Вычислительная оптика










15.

Технология оптических элементов

*








^ 4.2. Содержание разделов дисциплины


Введение в предмет.

Отличительные свойства лазерного излучения: монохроматичность, когерентность, направленность, интенсивность, поляризация. Методы управления лазерным излучением.


1. Оптические феномены в лазерах.

Основы взаимодействия излучения с веществом. Законы спонтанного и вынужденного излучения. Ширина и контур линии излучения. Однородное и неоднородное уширение линии излучения. Насыщение усиления и поглощения излучения. Особенности пространственной структуры лазерных пучков.


2. Законы геометрической оптики.

Приближение коротких длин волн и уравнение эйконала. Волновые фронты и лучи. Оптическая длина луча.

Пучки лучей как нормальные конгруэнции. Различные виды пучков. Гомоцентрические и негомоцентрические пучки. Фокусы и каустики. Астигматический пучок. Пучки конечной энергии.

Основные законы геометрической оптики. Принцип Ферма, принцип таутохронизма.

Перенос поля в геометрическом приближении. Пределы применимости геометрической оптики.


3. Геометрическая теория оптического изображения.

Оптические системы, их состав и назначение. Предмет и изображение, их типы, пространства предметов и изображений. Идеальные оптические системы. Центрированные оптические системы. Основные положения теории идеальных оптических систем. Меридиональная и сагиттальная плоскости. Правило знаков. Кардинальные точки и отрезки оптической системы.

Параксиальная оптика. Нулевые и параксиальные лучи. Построение хода лучей и изображений. Основные соотношения: формулы увеличений, отрезков. Оптическая сила. Сложная оптическая система.

Матричная теория параксиальной оптики. Лучевая матрица оптической системы. Матрицы преломления и переноса. Матрица сложной оптической системы.


4. Теория электромагнитного излучения.

Основные свойства световых полей. Уравнения Максвелла.

Волновые уравнения, переход к скалярной теории, монохроматические поля, комплексная амплитуда, уравнение Гельмгольца.

Наблюдаемые (регистрируемые) характеристики поля. Интенсивность поля. Суперпозиция полей. Когерентное и некогерентное сложение полей. Волновое число и волновой вектор. Плоские и сферические волны.


5. Когерентность излучения.

Понятие когерентности. Время когерентности. Область когерентности. Частично-когерентные колебания. Комплексное представление полихроматического поля.

Корреляционные функции световых пучков. Интерференция двух частично-когерентных пучков. Взаимная функция когерентности и комплексная степень когерентности.

Интерференция квазимонохроматического света. Взаимная интенсивность. Связь видности интерференционных полос и степени когерентности. Теорема Ван-Циттерта-Цернике. Определение размера когерентно освещаемой области.

Распространение взаимной интенсивности. Временная и пространственная когерентности и их связь с параметрами источника.


6. Поляризация излучения.

Электромагнитная волна общего вида. Эллипс поляризации. Эллипсометрические параметры и связь между ними. Сфера Пуанкаре. Параметры вектора Стокса и их физический смысл.

Матричные методы описания взаимодействия света с оптическими элементами. Матрицы Мюллера и Джонса для различных поляризационных устройств. Определение параметров поляризованного света на выходе оптических устройств с помощью матриц Мюллера и Джонса.


7. Рассеяние излучения.

Прохождение света через оптически неоднородную среду. Рассеяние на флуктуациях плотности и флуктуациях анизотропии. Поляризуемость молекул и Релеевское рассеяние. Рассеяние Ми.

Молекулярное рассеяние света. Поляризация света при рассеянии. Спектры молекулярного рассеяния света. Комбинационное рассеяние света. Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.


8. Теория дифракции излучения.

Дифракция как проявление волновой природы света. Принцип Гюйгенса-Френеля.

Ближняя и дальняя зона дифракции. Дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера. Дифракционная расходимость пучка в дальней зоне. Фокусировка света как дифракционное явление.

Дифракция на периодических структурах. Эффект Тальбота.

Геометрическая теория дифракции.


9. Дифракционная теория лазерного резонатора.

Основные понятия теории оптических резонаторов: виды резонаторов, устойчивые и неустойчивые резонаторы. Основные приближения теории оптических резонаторов. Оптикогеометрическое приближение. Дифракционное приближение. Ближняя и дальняя зоны.

Интегральное уравнение открытого резонатора. Дифракционные потери и фазовый сдвиг. Моды резонатора и их обозначение.

Гауссовы пучки. Особенности распространения гауссова пучка в свободном пространстве. Параметры гауссова пучка. Конфокальный параметр пучка.

Условие устойчивости. Диаграмма устойчивости лазерных резонаторов.

Селекция поперечных и продольных мод.

Когерентность излучения лазера. Одно- и многомодовый режим работы лазера.

Особенности поведения дифракционно-ограниченных лазерных пучков.

Оптическая теория неустойчивого резонатора.


10. Транспортировка и формирование лазерного излучения.

Модели лазерных пучков применяемые при расчете оптических систем и законы их распространения.

Волновая, геометрическая и матричная оптика применительно к пучку лазерного излучения.

Преобразование угловой расходимости, плотности потока, направления распространения, поляризации лазерных пучков.

Расчет преобразования пучков с помощью лучевых матриц. Закон ABCD преобразования гауссовых пучков. Применение лучевых матриц и закона ABCD при распространении гауссовых пучков через оптические системы.


11. Оптика лазерных усилителей и генераторов излучения.

Оптические схемы лазеров. Общие требования к оптическим элементам лазеров.

Системы транспортировки и формирования излучения лазеров. Зеркально-линзовые и волоконно-оптические системы. Фокусировка пучка лазерного излучения с помощью линз и зеркальных систем.

Отражатели оптических резонаторов. Металлические и диэлектрические зеркала, призмы и призменные блоки, резонансные отражатели. Лучевая стойкость зеркал.

Основные виды оптических покрытий. Просветляющие покрытия. Двухслойные просветляющие покрытия. Оптические свойства многослойных диэлектрических зеркал.

Поляризационные элементы в резонаторе. Поляризационные призмы, тонкопленочные поляризаторы, фазовые пластинки.

Термооптика твердотельных лазеров. Тепловыделение и температурные поля в активных элементах. Тепловая линза. Методы компенсации термооптических возмущений.

Проходная оптика газовых лазеров. Материалы, особенность использования в ИК и УФ области спектра излучения лазера. Лучевая прочность.


12. Основы нелинейной оптики лазеров.

Основные понятия нелинейной оптики. Классификация нелинейно-оптических явлений.

Условие фазового синхронизма и генерация второй гармоники.

Параметрическое усиление и генерация излучения.

Вынужденное комбинационное рассеяние. Вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.

Самофокусировка и самоканализация излучения.

Применение нелинейно-оптических модуляторов в лазерной технике.


13. Адаптивная оптика.

Линейная адаптивная оптика. Основные идеи, методы.

Анализаторы волнового фронта.

Нелинейно-оптические методы коррекции волнового фронта. Эффект обращения волнового фронта.


14. Вычислительная оптика.

Принципиальные схемы оптических систем. Оптические системы, предназначенные для работы с глазом – визуальные оптические системы. Системы Кеплера и Галилея. Габаритный расчет оптических систем.

Оптическая система микроскопа. Проекционные оптические системы. Оптические схемы осветительных систем. Фотографические объективы. Репродукционные объективы. Объективы с переменным фокусным расстоянием.

Оптические системы для преобразования лазерного излучения. Основные соотношения для преобразования пучка лазера оптическими системами. Коллимация, деколлимация и концентрация лазерного излучения.

Оценка качества оптического изображения. Критерии качества оптического изображения. Характеристики передачи структуры изображения оптическими системами.


15. Технология оптических элементов.

Технология типовых деталей. Процесс изготовления пластин. Способ выполнения операции грубого шлифования. Тонкое шлифование. Переходы операции. Операция полирования. Доводка в сепараторе.

Процесс изготовления призм и линз.

Технология нетиповых деталей. Технология изготовления шаровидных и цилиндрических линз. Технология изготовления активных элементов твердотельных лазеров.

Технология изготовления волоконно-оптических элементов.

Технология изготовления деталей с асферическими поверхностями.

Технология изготовления деталей из кристаллов.

Технология изготовления деталей из полимеров.


^ 5. Лабораторный практикум




п/п

раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

1

2

Взаимодействие лазерного излучения с различными интерференционными покрытиями.

2

3

Расчет параксиальных характеристик отдельных линз и склеенного объектива

3

9

Исследование процесса формирования пространственных мод в оптических резонаторах лазерных систем.

4

9, 10

Распространения гауссовых пучков. Фокусировка когерентного и некогерентного квазимонохроматического излучения.

5

5

Интерферометр Юнга.

6

2, 6, 11

Исследование Френелевского отражения для различной поляризации падающего излучения. Угол Брюстера.

7

2, 11

Полное внутреннее отражение. Элементы лазерных схем на основе полного внутреннего отражения.

8

7

Рассеяние света на больших частицах. Теория Ми.

9

12

Исследование нелинейно-оптических свойств вещества. Эффект Поккельса

10

9

Исследование когерентности излучения лазера.

11

11

Ввод излучения в оптическое волокно.


^ 6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература


а) основная литература

  1. Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. и др. Теория оптических систем. - М.: Машиностроение, 1984.

  2. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Наука, 1970. – 855 с.

  3. Ландсберг Г.С. Оптика. - М.: Наука, 1976

  4. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1979. – 328 с.

  5. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. – 264 с.

  6. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика: Учебник – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. – 656 с.

  7. Мандель Л., Вольф Э. Оптическая когерентность и квантовая оптика: Пер. с англ./Под ред. В.В. Самарцева – М.: Наука, Физматлит, 2000. – 896 с.

  8. Бутиков Е.И. Оптика. - М.: Высшая школа, 1986. – 512 с.

  9. Виттерман В. СО2 – лазер. М.: Мир. 1990.

  10. Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники. - Л.: Машиностроение, 1990. – 316 с.

  11. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения.- М.: Радио и связь, 1981.

  12. Русинов М.М. и др. Вычислительная оптика, Справочник. - Л.: Машиностроение, 1984.

  13. Технология оптических деталей. /Под ред. С.М.Кузнецова, М.Н.Семибратова. – М.: Машиностроение, 1976.


б) дополнительная литература

  1. Инженерные основы создания технологических лазеров: Учебное пособие для вузов/В.С. Голубев, Ф.В. Лебедев; Под. ред. А.Г. Григорьянца. – М.: Высш. шк., 1988. – 176 с.

  2. Джеррард А., Берч Дж. М. Введение в матричную оптику. - М.: Мир, 1978. – 341 с.


^ 6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины


  • Компьютерные обучающие программы.

  • Компьютерная программа контроля знаний.

  • Программы расчета параметров простых оптических схем в рамках теории идеальных оптических систем для персональных компьютеров.

  • Демонстрационный стенд основных элементов лазеров: активные элементы, зеркала, кюветы, лампы накачки и др.


^ 7. Материально-техническое обеспечение дисциплины


Учебная лаборатория и компьютерный класс, установки для исследования характеристик излучения лазеров.

Специализированные лаборатории спектральных и оптико-физических приборов, оснащенные различными источниками излучения, в том числе лазерными, а также оптическими скамьями, спектрографами, монохроматорами, интерферометрами типа Фабри-Перо и Майкельсона.


^ 8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины


8.1 Перечень вопросов, включенных в примерную программу дисциплины, может превосходить реальные возможности их изучения в объеме часов, установленном примерным учебным планом, и составлен с целью возможного их выбора и установления глубины их изучения при составлении рабочей программы вуза, учитывающей содержательные разделы настоящей программы и требования к уровню подготовки выпускника в соответствии с ГОС ВПО.

8.2. Часть разделов дисциплины может предлагаться студентам для самостоятельного изучения или выполнения рефератов.


Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654000 - Оптотехника для специальности 131200 – Лазерные системы в ракетной технике и космонавтике.


Программу составили:

Вознесенский Н.В. – д.т.н., профессор, Санкт-Петербургский государственный институт точно й механики и оптики (технический университет)

Путилин Э.С. – д.т.н., профессор, Санкт-Петербургский государственный институт точно й механики и оптики (технический университет)

Тарлыков В.А. – д.т.н., доцент, Санкт-Петербургский государственный институт точно й механики и оптики (технический университет)

Храмов В.Ю. – к.т.н., доцент, Санкт-Петербургский государственный институт точно й механики и оптики (технический университет)


Программа одобрена на заседании Учебно-методического совета по направлению подготовки Оптотехника, протокол № 2 от 30 ноября 2000 года.


Председатель Совета УМО по образованию

в области приборостроения и оптотехники В.Н.Васильев






Скачать 193,03 Kb.
оставить комментарий
Дата27.09.2011
Размер193,03 Kb.
ТипПримерная программа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх