Рабочая программа дисциплины физические основы электроники направление (специальность) ооп icon

Рабочая программа дисциплины физические основы электроники направление (специальность) ооп


Смотрите также:
Рабочая программа дисциплины электрооборудование промышленности направление ооп...
Рабочая программа дисциплины физические основы получения информации направление ооп 200100...
Рабочая программа дисциплины аналоговые измерительные устройства направление ооп 200100...
Рабочая программа дисциплины исследования кернового материала нефтегазовых скважин направление...
Рабочая программа дисциплины моделирование химико-технологических процессов направление...
Рабочая программа дисциплины исследования кернового материала нефтегазовых скважин направление...
Рабочая учебная программа дисциплины Физические основы электронной техники Направление...
Рабочая учебная программа дисциплины Физические основы электронной техники Направление...
Рабочая программа дисциплины Физические основы электроники                        ...
Рабочая учебная программа дисциплины Физические основы электроники Направление подготовки...
Рабочая программа модуля (дисциплины) Основы анализа поверхности твердых тел и тонких пленок...
Рабочая программа дисциплины перенос энергии и массы...



Загрузка...
скачать
УТВЕРЖДАЮ

Директор института ИНК

___________ В.А. Клименов

«____»_____________2011 г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Физические основы электроники


НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП

210100 ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОЭЛЕКТРОНИКА


ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА)

Промышленная электроника

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) бакалавр

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г.

КУРС 3 СЕМЕСТР 5

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 4

ПРЕРЕКВИЗИТЫ Б2.Б4.

КОРЕКВИЗИТЫ


^ ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

Лекции 36 час.

Практические занятия 18 час.

Лабораторные занятия 18 час.

час.

^ АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 72 час.

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 54 час.

ИТОГО 126 час.

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная


ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ дифференциальный зачет,

экзамен

^ ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ кафедра промышленной и

медицинской электроники Института неразрушающего контроля


ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ_____________( Г.С. Евтушенко)

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП _______________ (В.В. Гребенников)

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ______________ (Г.С. Евтушенко)

2011 г.


1. Цели освоения дисциплины

Целью учебной дисциплины является:

в области обучения – формирование специальных знаний, умений, навыков расчета и проектирования, а также компетенций в сфере современных высокоэффективных электронных приборов и систем;

в области воспитания – научить эффективно работать индивидуально и в команде, проявлять умения и навыки, необходимые для профессионального, личностного развития;

в области развития – подготовка студентов к дальнейшему освоению новых профессиональных знаний и умений, самообучению, непрерывному профессиональному самосовершенствованию.


^ 2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Физические основы электроники» относится к базовой части профессионального цикла дисциплин. Пререквизитом данной дисциплины является Б2.Б4. «Физика», которая преподается в предыдущих семестрах. Предварительно должны быть обязательно изучены такие дисциплины как Б3.Б5 «Теоретические основы электротехники», Б3.Б6. «Материалы и элементы электронной техники». Желательно предварительное изучение и дисциплины Б2.В4.1 «Спецглавы физики. Вакуумная, плазменная и твердотельная электроника».


^ 3. Результаты освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен/будет:

знать

  • способы описания и характеристики электромагнитного излучения, физические основы взаимодействия оптического излучения с квантовыми системами;

  • основы физики и техники источников и приемников некогерентного и и когерентного излучения;

  • физические явления, протекающие при прохождении излучения через среды;

  • основы передачи, приема и хранения оптической информации;

  • основные функции и принципы построения оптико-электронных устройств (ОЭУ).



уметь

  • ориентироваться в физических процессах, протекающих в оптоэлектронных приборах;

  • при разработке новых приборов обоснованно применять компонентную базу, с учетом конструктивных особенностей оптоэлектронных устройств.

  • обоснованно применять различные типы приборов, с учетом конкретных применений и условий эксплуатации.


владеть методами (приёмами)

  • расчета (проектирования) оптоэлектронных устройств;

  • анализа статических и динамических режимов работы ОЭУ;

  • практической работы с современными оптоэлектронными устройствами, применяемыми в технике и медицине.


В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

^ 1.Универсальные (общекультурные) -

способность стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);

способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10).


2. Профессиональные -

способность владеть методами решения задач, анализа и расчета характеристик оптических и электрических схем (ПК-4);

способность собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);

готовность выполнять расчет и проектирование деталей, компонентов и узлов электронных блоков и устройств, в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования (ПК-10);

способность выполнять эксперименты и интерпретировать результаты по проверке корректности и эффективности решений (ПК-19).


^ 4. Структура и содержание дисциплины

4.1 Содержание разделов дисциплины:


Введение

Назначение дисциплины и ее место в общепрофессиональной подготовке дипломированного специалиста в области электроники. Предмет и содержание курса, его роль и место среди других дисциплин. Понятие о квантовой и оптической электронике. История развития квантовой электроники и оптоэлектроники. Основные функции и обобщенная схема оптико-электронных прибора.


Раздел 1. Источники излучения.


1.1. Спонтанные и индуцированные переходы, коэффициенты Эйнштейна, когерентность вынужденного излучения. Поглощение и усиление излучения, ширина линии излучения. Способы возбуждения излучения.

1.2. Некогерентные источники излучения.

Абсолютно черное тело. Газонаполненные лампы, в том числе, с парами металлов. Светоизлучающие диоды (СИДы).

1.3. Источники когерентного излучения - лазеры.

1..3.1. Основы физики и техники лазеров.

Активная среда. Условия создания инверсии стационарной и импульсной. Лазеры-усилители. Генерация излучения. Типы резонаторов. Модовая структура излучения, синхронизация мод.

1.3.2. Типы лазеров, принципы работы, преобразование лазерного излучения (6 часов).

Классификация лазеров по способам возбуждения активной среды, по режиму работы (импульсный, непрерывный), по характеру (агрегатному состоянию) активной среды.

Газовые лазеры.

Гелий-неоновый лазер. Схема рабочих уровней. Передача энергии возбуждения, конкуренция лазерных линий. Параметры газового разряда и выходные параметры лазера. Элементы технологии создания отпаянных активных элементов лазера. Аргоновый лазер, схема уровней, двухступенчатое возбуждение. Параметры сильноточного разряда и лазера. CO2 и CO-лазеры. Механизм создания стационарной инверсии. Роль буферных газов гелия и азота. Импульсный режим работы CO2-лазера. Газодинамические CO2-лазеры. Азотный лазер. Эксимерные лазеры. Генерация в основное состояние. XeCl-лазер, его параметры. Лазеры на парах металлов. Твердотельные и полупроводниковые лазеры.

Рубиновый лазер. Уровни энергии иона хрома в корунде. Оптическая накачка рабочих состояний. Неодимовый лазер. Уровни энергии и схема создания инверсии. Выходные параметры неодимового лазера. Диаграмма переходов в полупроводниках. GaAs-лазер, лазеры на двойной гетероструктуре. КПД полупроводниковых лазеров.

Преобразование лазерного излучения. Новые длины волн. Лазеры на красителях. Возможности продвижения в ИК и УФ-дипазоны спектра. Нелинейные кристаллы, генерация вторых гармоник и разностных частот. ВКР-преобразование в газах и парах. Модуляция лазерного излучения.


Раздел 2. Типы сред.

Жидкие, твердые, газообразные. Основные из них (наиболее значимые): атмосфера, вода, оптические волокна, биоткань. Прохождение излучение через вещество, процессы поглощения, рассеяния, нелинейные взаимодействия, возникаюшие при прохождении через оптическую среду лазерного пучка.


Раздел 3. Приемники (датчики) оптического излучения.

ФЭУ, ФЭКи, фотодиоды (ФД), лавинные фотодиоды (ЛФД), фотосопротивления, ПЗС-линейки и матрицы). Спектральная чувствительность, быстродействие, шумы.


Раздел 4. Схемы оптико-электронных устройств и области их применения.

4.1. Физика и техника оптрона, как основного элемента (ОЭУ).

4.2. Оптические линии связи, Оптические запоминающие устройства. Связь через атмосферу. Волоконная оптика. Типы световодов. Ввод излучения в световод. Потери излучения в световоде. Дисперсия мод. Модуляция излучения. Волоконно-оптические линии связи.

4.3. ОЭУ в системах диагностики и контроля окружающей среды, медицинской оптоэлектроники.

Проникновение излучения в биоткань. Лазерная хирургия. Физические процессы в лазерной хирургии. Хирургические лазерные установки. Лазерная терапия (светотерапия). Механизмы взаимодействия низкоинтенсивного лазерного излучения (НЛИ) с биообъектом. Терапевтические установки на основе лазеров и светоизлучающих диодов. Лазеры в фотодинамической терапии (ФДТ). Лазерная диагностическая аппаратура.

Заключение.


^ 3. Цели и темы практических занятий по дисциплине.

Целью проведения практических занятий является:


Усвоение основных терминов оптоэлектроники и лазерной техники.

Изучение основных принципов приема излучения, обработки полученной информации. В процессе занятий студенты должны освоить методы измерения лазерных параметров с помощью соответствующих приемников (датчиков) излучения; изучить основные типы оптоэлектронных приборов и устройств, способы их построения, сертификации и эксплуатации, приобрести навыки работы со специальной литературой.

Занятия проводятся в форме решения задач, ответов на вопросы по изученному материалу, обсуждения отдельных вопросов. Студентам выдаются необходимые материалы (методические пособия, справочная литература, перечни вопросов для самоконтроля и контроля). На практических же занятиях проводятся контрольные работы, заслушиваются доклады по подготовленным рефератам (согласно предложенного перечня и самостоятельного выбора). Результаты докладов и контрольных работ являются основанием для рейтинговой оценки.


^ Темы практических занятий по дисциплине

(Занятия 2-х часовые)

Вопросы, выносимые на аудиторные практические занятия (всего 8 часов).

1. Наиболее известные лазеры: гелий-неоновый, CO2, аргоновый, лазер на парах меди, XeCl-лазер, неодимовый, лазер на красителе родамин 6Ж, полупроводниковый (2 часа).

2. Выбор приемников для регистрации излучения этих лазеров (2 часа).

3. Технологии создания оптических волокон. Современные оптоволоконные линии связи (2 часа).

4. Технологические применения лазеров. Применения лазеров в медицине. Физика и техника оптоэлектронных приборов, бытовая оптоэлектроника: лазерные принтеры, компакт-диски и др (2 часа).


  1. ^ Цели выполнения и перечень лабораторных работ по дисциплине.

В процессе выполнения лабораторных работ студенты приобретают навыки и умение практического использования основных методов и приемов оптических измерений, создания и применения различны оптоэлектронных устройств. Лабораторные занятия по дисциплине охватывают все основные разделы курса. Перед каждой работой проводится устный контроль знаний студентов. Знания оцениваются по зачетной системе (допуск-недопуск). Итоги выполнения работ оформляются студентами в виде отчетов, защищаемых перед получением допуска к следующему занятию. При подготовке к лабораторным работам студенты используют конспекты лекций и методические указания, содержащие теоретический материал в достаточно полном объеме. Лабораторные работы выполняются в спецлаборатории кафедры промышленной и медицинской электроники.


^ Целью проведения лабораторных работ является:

Усвоить основные термины оптоэлектроники, лазерной физики и техники. Ознакомиться с различными источниками излучения (некогерентными и когерентными), приемникам (датчиками) излучения, различными типами оптических сред. В частности, изучить гелий-неоновый и полупроводниковый лазеры, другие типы лазеров, светоизлучающих диодов. Изучить и освоить работу с приемниками излучения термоэлектрического действия, фотоэмиссионного, полупроводниковыми датчиками излучения. Изучить эффекты, связанные с прохождением света через различные оптические среды (атмосфера, оптоволокно, биообъекты и т.д.).


^ Перечень (и краткие аннотации) лабораторных работ по дисциплин

1. Гелий-неоновый лазер и принцип его работы. Измерение мощности излучения и расходимости пучка He-Ne- лазера (4 часа).

Аннотация. В данной работе студенты должны ознакомиться с гелий-неоновым лазером, его составными частями, освоить основные методы настройки и включения лазера, изучить характерные неисправности и методы их устранения. Произвести измерения пространственно-энергетических характеристик.

2. Полупроводниковые СИДы и лазеры. Их параметры и принцип работы (4 часа).

Аннотация. Задача работы - дать студентам представления об основных целях и задачах использования СИДов и п/п лазеров в оптоэлектронных устройствах. Изучить физические и технические особенности работы этих приборов как источников излчения. Студенты должны изучить структурную схему СИДа и п/п лазера, схемы источников питания, принципы работы, произвести измерения выходных параметров приборов.

3.Исследование спектральных характеристик и быстродействия приемников оптического излучения: ФЭУ, ФЭК, ФД (4 часа).

Аннотация. Задача работы - научить студентов ориентироваться в воборе необходимых приемников (датчиков) оптического излучения, в зависимости от энергетических, спектральных и временных характеристик, исследуемых источников излучения. В работе, в качестве модельного источника излучения, предполагается использовать лазер импульсно-периодического действия на парах меди, с длиной волны излучения 510.6 нм и длительностью импульса 20 нс.

4. Передача лазерного излучения по оптическим волокнам. Дисперсия излучения. Определение энергетических потерь (4 часа).

Аннотация. Задача работы - познакомить студентов с различными типами оптических волокон, основами технологии их изготовления и транспортировки излучения видимого диапазона спектра по ним. Студенты должны ориентироваться в способах заведения излучения в моноволокно, уметь определять потери, возникающие при передаче излучения по волокну, анализировать природу этих потерь. Должны знать как изменяются временные характеристики импульсов передаваемого излучения, какова природа этих явлений. В качестве источников излучения в работе предполагается использовать источники непрерывного и импульсного действия: СИД (видимого диапазона спектра), гелий-неоновый лазер и лазер на парах меди.


Примечание:

Первое занятие посвящено также проведению инструктажа по работе с лазерным оборудованием, его характеристикам, по технике безопасности и обьяснению целей проведения лабораторных работ. Защита выполненных работ проводится в течении семестра.


  1. ^ Цели выполнения и перечень тем курсовых работ по дисциплине

Курсовая работа - не планируется.


  1. Программа самостоятельной познавательной деятельности по дисциплине.


Внеаудиторная работа студентов по дисциплине заключается в:

  • самостоятельном изучении материала теоретических занятий;

  • подготовке к лабораторным занятиям;

  • подготовке к практическим занятиям;

  • подготовке к контрольным работам;

  • выполнению дополнительных заданий за нарушение графика работы, пропуски занятий.

  • Подготовке реферата (индивидуального задания).

Дополнительные вопросы, выносимые на самостоятельные занятия.

1. Создание стационарной инверсии населенностей рабочих уровней в лазерах (на примере четырех уровневой схемы переходов).

2. Электрический ток в газе. Газовый разряд как способ возбуждения лазеров (на примере гелий-неонового, азотного и эксимерного лазеров).

3. Источники накачки твердотельных лазеров.

4. Возможности построения дальней (трансмировой) волоконно-оптической линии связи. Основные преимущества перед электропроводной связью. Трудности.

5. Реальна ли передача энергии на орбитальные станции посредством лазера?

6. Бытовая оптоэлектроника. Лазерные компакт-диски, лазерные принтеры.

7. Оптоэлектронные устройства в задачах дистанционного мониторинга атмосферы и океана.

8. Оптоэлектронные устройства в военном деле (по материалам зарубежных военных обозрений).

9. Биомедицинская оптоэлектронная аппаратура.

10. Оптроны, оптронные схемы.

11. Оптоэлектронная аппаратура в современной микроэлектронике.

12. Запись и хранение оптической информации. Достоинства и недостатки, по сравнению с магнитной.

Для закрепления теоретического материала, выполнения отчетов по лабораторным работам по дисциплине во внеучебное время студентам предоставляется возможность пользования библиотекой ТПУ, литературой и компьютерами кафедры, где имеются программа, методические указания по лабораторным работам, методические пособия и контролирующие материалы по дисциплине. Студенты имеют возможность получить консультации по вопросам дисциплины как у ведущего лектора, так и у ассистентов кафедры ПМЭ Губарева Федора Александровича и Киселевой Екатерины Юрьевны.


  1. ^ Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины

По дисциплине имеется экзамен, который сдают все студенты вне зависимости от рейтинга по результатам текущего контроля. К экзамену допускаются студенты, выполнившие все лабораторные работы, сдавшие контрольные работы. Примеры экзаменационных билетов прилагаются. Студентам доступен перечень вопросов, включаемых в экзаменационные билеты.

Текущий контроль производится путем проведения трех контрольных работ и оценки рефератов (с докладом) по предложенной теме, либо выбранной студентом самостоятельно. Контрольная работа представляет собою перечень вопросов по тематике изученного раздела, на который студенты отвечают письменно. Вопросы для контрольных работ предоставляются студентам заранее на бумажном носителе. Перечень контрольных вопросов и задач для текущего контроля прилагается. По результатам контрольных работ и оценки реферата студент получает балл в соответствии с принятой рейтинговой оценкой текущей успеваемости студентов.


  1. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.




  1. Список рекомендуемой литературы по дисциплине:

Основная литература.

  1. Евтушенко Г.С., Лисицын В.М. Оптоэлектроника. Изд. ТПУ, Томск, 2003, 152 с.

  2. Смирнов А.Г. Квантовая электроника и оптоэлектроника. Изд. “Высшая школа”, Минск, 1987, 196 с.

  3. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. Изд. "Наука", Москва, 1988, 335с.

  4. Успенский А.В. Сборник задач по квантовой электронике. Изд. "Высшая школа", Москва, 1976, 176 с.

  5. Довгий Я.О. Оптические квантовые генератор (Спецпрактикум). Изд. "Вища школа", Киев, 1977, 231 с.

  6. Справочник по лазерам. В 2-х томах. Под ред. Прохорова А.М. Изд. "Сов. радио", Москва, 1978, 504 с.

  7. Евтушенко Г.С., Аристов А.А. Лазерные системы в медицине. Учебное пособие. Томск, изд. ТПУ, 1998, 86 с.

  8. Газовые лазеры. Под ред. Мак-Даниеля И. и Нигена У. (перевод с английского). Изд."Мир", Москва, 1986, 550 с.

  9. Суэмацу Я. и др. Основы оптоэлектроники. (Перевод с японского). Изд. "Мир", Москва, 1988, 285с.

  10. Оокоси Т. Оптоэлектроника и оптическая связь. (Перевод с японского). Изд. "Мир", Москва, 1988, 96с.

  11. Оптическая связь. Пер. с японского. Изд. "Радио и связь", М., 1984, 384 с.

  12. Якушенков Ю.Г. Основы оптико-электронного приборостроения. Изд. "Сов. радио", Москва, 1970, 270 с.

  13. Свечников С.В. Элементы оптоэлектроники. Изд. "Советское радио", М., 1971, 272 с.

  14. Сырямкин В.И., Титов В.С., Якушенков Ю.Г. и др. Системы технического зрения. Справочник. Изд. “Радио и связь”, Томск, 1993, 367 с.

  15. Фотоприемники видимого и ИК диапазонов. Под ред. Р. Дж. Киеса (перевод с английского), Изд. “Радио и связь”, Москва, 1985, 328 с.

  16. Смирнов А.Г. Квантовая электроника и оптоэлектроника. Изд. «Высшая школа», Минск, 1987, 196 с.

Дополнительная литература.

1. Солдатов А.Н., Соломонов В.И. Газоразрядные лазеры на самоограниченых переходах в парах металлов. Изд."Наука", Новосибирск, 152 с.

2. Иванов И.Г., Латуш Е.Л., Сэм М.Ф. Ионные лазеры на парах металлов. Изд."Энергоиздат", Москва, 1990, 255 с.

3. Тарасенко В.Ф., Пойзнер Б.Н. Импульсные лазеры на плотных газах: Физика процессов и экспериментальная техника (Учебное пособие). Изд.ТГУ, Томск, 1992, 143с.

4. Газовые лазеры. Под ред. Мак-Даниеля И. и Нигена У. (перевод с английского). Изд."Мир", Москва, 1986, 550 с.

5.. Андреев Ю.М., Буткевич Л.М., Воеводин В.П. и др. Элементная база оптико-электронных приборов. Под ред. Зуева В.Е., Кабанова М.В. Изд. МП "Раско", Томск, 1992, 276 с.

6. Анисимова И.Д., Викулин И.М., Заитов Ф.А., Курмашов Щ.Д. Полупроводниковые фотоприемники: ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра. Изд. "Радио и связь", Москва, 1984, 216 с.

7. Калачева Т.С. Полупроводниковые лазеры и модули для ВОЛС Обзоры по электронной технике. Серия 11. Лазерная техника и оптоэлектроника, 1991, вып.6(1629), 28 с.

8. Квантовая электроника. Периодический научно-технический журнал. 1995, т.22, N 10. Спецвыпуск по оптической обработке информации.

9. Приезжев А.В., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. Изд."Наука", М., 1989, 238 с.

10. Лисицын В.Н., Мешалкин Ю.П. Физические основы применения лазеров в биологии и медицине (учебное пособие). Изд. НГУ, Новосибирск, 1993, 41 с.

11. Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия. Отв. ред. М.Е. Жаботинский. Изд."Советская энциклопедия", М., 1969, 432 с.

12. Солдатов А.Н., Соломонов В.И. Газоразрядные лазеры на самоограниченных переходах в парах металлов. Изд."Наука", Новосибирск, 152 с.

13. Laser Focus World . Периодический журнал, 2000 – 2008 гг.

14. Глебов Б.А. Полупроводниковые приборы. М., Энергоатомиздат, 1990, 576 с.

15. Optoelectronics: An Introduction, J Wilson and J.F.B. Hawkes, 2nd edition, 1989.

16. C.E. Little Metal Vapour Lasers: Physics, Engineering & Application. John Wiley & Sons Ltd. (Chichester, UK), 1998, 620 p. ISSN 0-471-97387-4.

17. Прикладная лазерная медицина. Учебное и справочное пособие под ред. Х.П. Берлиева, Г.Й. Мюллера . Русский перевод Изд. “Интерэксперт”, М., 1997, 330 с.

18. Кемельбеков Б.Ж., Мышкин В.Ф., Хан В.А. Современные проблемы волоконно-оптических линий связи. Том 2 Источники излучения и передающие оптоэлектронные модули. Изд. НТЛ, Томск, 2001, 280 с.

19. Кемельбеков Б.Ж., Мышкин В.Ф., Хан В.А. Оптические кабели связи. Изд. НТЛ, Томск, 2001, 352 с.


Рабочая программа составлена профессором кафедры ПМЭ Евтушенко Г.С.


Программа утверждена на методическом семинаре кафедры ПМЭ "___"_________2010 г.

Председатель методического семинара кафедры ПМЭ

зав. кафедрой ПМЭ, профессор Евтушенко Г.С.

Приложения:

Приложение 1. Перечень теоретических и практических вопросов для текущего контроля и экзаменационных билетов по курсу "Квантовая и оптическая электроника".

Перечень вопросов для экзаменационных билетов по курсу

“Квантовая и оптическая электроника”.

I. По разделу "Источники излучения".

1. Классификация лазеров по физико-техническим параметрам.

2. Активная среда. Что это такое и как она формируется?

Условия возникновения стационарной инверсии.

3. Генерация излучения. Резонатор Фабри-Перо.

4. Кпд лазера, чем определяется. Типичные значения кпд лазеров.

5. Принцип действия гелий-неонового лазера. Упрощенная схема

переходов.

6. Твердотельные лазеры. Мощностные характеристики и кпд.

Способы их накачки.

7. Принцип работы полупроводникового лазера. Наиболее известные полупроводниковые лазеры.

8. Энергетические, спектральные, пространственные характеристики полупроводниковых лазеров.

9. Преобразование лазерного излучения в нелинейных кристаллах.

Цель и возможности.

10. Модуляция лазерного излучения. Назначение и типы модуляции.

11. Некогерентные источники света, их типы и основные параметры.

12. Светоизлучающие диоды (СИДы). Спектральный диапазон и ширина полосы излучения. Индикаторные СИДы и СИДы большой мощности

излучения.


II. По разделу "Cреда - (тракт передачи, линия связи)"


1. Основные функции и обобщенная схема оптико-электронных устройств.

2. Физические основы передачи излучения по оптическим волокнам.

3. Типы световодов. Ввод излучения в световод.

4. Потери излучения в световоде. Дисперсия мод.

5. Прохождение оптического излучения через биоткань, процессы

поглощения, рассеяния, отражения и их зависимость от длины волны.

6. Процессы ослабления излучения при прохождении через атмосферу.


III. По разделу "Приемники (датчики) излучения".


1. Основные требования, предъявляемые к приемникам оптического

излучения.

2. Приемники теплового действия, их типы и параметры.

3. Фотоэлементы (ФЭ) и фотоэлектронные умножители (ФЭУ).

Принцип действия. Спектральная чувствительность и быстродействие.

4. Фотодиоды, лавинные фотодиоды, их параметры.

5. ПЗС-линейки и матрицы. Принцип действия и характеристики.

6. Электронно-оптические преобразователи (ЭОПы) излучения,

их назначение, принцип работы, основные параметры.

7. Передающие телевизионные трубки, их типы и принципы работы.


IV. По разделу "Применение оптоэлектронных устройств".


1. Основные функции и обобщенная схема оптико-электронных устройств.

2. Оптическая схема оптико-электронного устройства (ОЭУ).

3. Электронный канал типового ОЭУ. Назначение и основные требования к нему.

4. Согласование фотоприемников с электронными звеньями. Усиление и фильтрация сигналов в электронном тракте.

5. Основные требования к разработке ОЭУ.

6. Применение оптоэлектронных устройств в бытовой технике.

Принципы работы лазерных принтеров, компакт-дисков.

7. Оптрон, его назначение. Основные типы оптронов. Согласование источника и приемника излучения.


V. Перечень дополнительных вопросов.


1. Обосновать к каким типам относятся :

а) гелий-неоновый лазер,

б) полупроводниковые лазеры.

2. Как формируется стационарная инверсия в:

а) гелий-неоновом,

б) полупроводниковом лазерах.

3. Как осуществить простейший режим модуляции излучения:

а) гелий-неонового лазера?

б) полупроводникового лазера и СИДа?

4. Основные предпосылки использования оптоэлектронных приборов

в электронной технике.

5. Применение световодной техники в медицине. Есть ли в этом

насущная необходимость?

6. Волоконно-оптические линии связи, их преимущества и недостатки

по сравнению с традиционными линиями связи.

7. Как осуществить простейшую лазерную связь через

а) атмосферу,

б) через моноволокно.

8. Основные отличительные особенности лазерного излучения.


VI. Перечень практических заданий.


1. Рассчитать квантовый кпд гелий-неонового лазера.

2. Рассчитать квантовый кпд лазера на парах меди.

3. Рассчитать требуемую мощность лампы накачки твердотельного

лазера (при заданных параметрах).

4. Рассчитать мощность излучения, падающую на входной зрачок ОЭУ, при заданных значениях расходимости пучка и коэффициенте

ослабления на атмосферной трассе, заданной длины.

5. Рассчитать минимальное значение фокусного расстояния оптической линзы пригодной для заведения излучения в волокно (при заданных значениях коэффициентов преломления и диаметра лазерного пучка).

6. Рассчитать длины волн излучения вторых гармоник Cu-лазера.


Приложение 2. Примеры практических заданий.

    1. Вопрос: Рассчитать квантовый кпд гелий-неонового лазера (на инфракрасной длине волны).

Решение.

Квантовый кпд (или квантовая эффективность) – есть отношение энергии излученного кванта к энергии накачки:

η = h ν / E возб. (1),

где h – константа Планка, ν – частота излучения.

h = 6.62* 10 – 34 Дж/c.

Длина волны излучения составляет 1.15 мкм.

ν = c / λ, или hν = h c / λ,

где c = 3*108 м/с – скорость света.

Накачка лазера осуществляется путем передачи возбуждения (E возб.) с уровней атома гелия. Энергия возбуждения этих уровней составляет порядка 20 эВ.

Подставляя в (1) соответствующие величины, найдем искомую величину.

2.2.2. Вопрос: Рассчитать длину волны второй гармоники излучения неодимового лазера. Дать краткую характеристику параметрам такого излучения.

Решение. Известно, что лазер на стекле с неодимом излучает в ближнем ИК-диапазоне спектра на длине волны 1.06 мкм. Вторая гармоника реализуется путем преобразования импульсного излучения в нелинейном кристалле, удвоением частоты.

Для произвольной длины волны будем иметь:

ν = c/λ,

соответственно длина волны излучения второй гармоники

λ 2 = 2 ν = λ /2.

Подставляя численные значения длин волн будем иметь соответствующее значение длины волны второй гармоники излучения.


Приложение 3.Примеры тем для рефератов.

    1. Лазерные навигационные устройства.

    2. Оптроны и их применение в электронике.

    3. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).

    4. Современное состояние мирового лазерного рынка.

    5. Лазерная аппаратура для диагностики и контроля окружающей среды.

    6. Лазерные компакт-диски.

    7. Приборы ночного видения.

    8. Устройства для подводного видения.

    9. Голографическая запись и хранение информации.




  1. Примеры экзаменационных билетов по дисциплине

“Квантовая и оптическая электроника”.


каф. ПМЭ, 5 курс

Экзаменационный билет № 6

по дисциплине “Квантовая и оптическая электроника”.


1. Твердотельные лазеры. Мощностные характеристики и кпд. Способы накачки.

  1. Фотоэлементы (ФЭ) и фотоумножители (ФЭУ). Принцип действия. Спектральная чувствительность и быстродействие.

  2. Оптическая схема оптико-электронного устройства (ОЭУ).

  3. Рассчитать длины волн излучения вторых гармоник лазера на парах меди.


Составил проф. Евтушенко Г.С.

Утвердил зав. каф. ПМЭ проф. Евтушенко Г.С.


^ Томский политехнический университет

каф. ПМЭ, 5 курс

Экзаменационный билет №17

по дисциплине “Квантовая и оптическая электроника”.



  1. Принцип работы полупроводникового лазера. Наиболее известные полупроводниковые лазеры.

  2. Типы световодов. Ввод излучения в световод.

  3. Электронно-оптические преобразователи (ЭОПы) излучения.

  4. Рассчитать мощность излучения, падающую на входной зрачок ОЭУ, при заданных значениях расходимости пучка и коэффициенте ослабления на атмосферной трассе, заданной длины волны.

(P0 = 1 Вт, dпучка = 1 км, Q = 10-3 рад, k = 10-1 км-1,

L = 10 км, D приемного зеркала = 1 м.


Составил проф. Евтушенко Г.С.

Утвердил зав. каф. ПМЭ проф. Евтушенко Г.С.

Приложения составлены проф. кафедры ПМЭ Евтушенко Г.С.


Программа разработана проф. кафедры Промышленной и медицинской электроники ИНК ЕвтушенкоГ.С.,

e-mail: ime@tpu.ru , qel@asd.iao.tsc.ru




Скачать 218.44 Kb.
оставить комментарий
Дата27.09.2012
Размер218.44 Kb.
ТипРабочая программа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

отлично
  1
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