Учебная программа Дисциплины 08 «Физические основы полупроводниковых лазеров» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний Новгород 2011 г icon

Учебная программа Дисциплины 08 «Физические основы полупроводниковых лазеров» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний Новгород 2011 г



Смотрите также:
Учебная программа Дисциплины 04 «Физика лазеров» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний...
Учебная программа Дисциплины 04 «Физика твердотельных лазеров» по направлению 011800...
Учебная программа Дисциплины 02 «Автоматизация измерений в квантовой электронике» по направлению...
Учебная программа Дисциплины б4 «Электродинамика» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний...
Учебная программа Дисциплины б3 «Квантовая механика» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний...
Учебная программа Дисциплины б7 «Аналитическая геометрия» по направлению 011800 «Радиофизика»...
Учебная программа Дисциплины 01 «Электродинамика высокочастотных и оптических разрядов» по...
Учебная программа Дисциплины 06 «Введение в радиоастрономию» по направлению 011800 «Радиофизика»...
Учебная программа Дисциплины р11 «Физика твердого тела» по направлению 011800 «Радиофизика»...
Учебная программа Дисциплины б7 «Физика сплошных сред» по направлению 011800 «Радиофизика»...
Учебная программа Дисциплины 03 «Компьютерные методы анализа электрических цепей» по направлению...
Учебная программа Дисциплины р14 «Методы радиофизических измерений» по направлению 011800...



скачать


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»


Радиофизический факультет

Кафедра физики наноструктур и наноэлектроники


УТВЕРЖДАЮ

Декан радиофизического факультета


____________________Якимов А.В.

«18» мая 2011 г.


Учебная программа


Дисциплины М2.В2.08 «Физические основы полупроводниковых лазеров»


по направлению 011800 «Радиофизика»


Нижний Новгород

2011 г.

1. Цели и задачи дисциплины

Содержание дисциплины направлено на ознакомление студентов с основными физическими принципами и характеристиками существующих полупроводниковых источников стимулированного излучения, а также стоящими проблемами и задачами их дальнейшего развития.


2. Место дисциплины в структуре магистерской программы

Дисциплина «Физические основы полупроводниковых лазеров» относится к дисциплинам по выбору студента вариативной части профессионального цикла основной образовательной программы по направлению 011800 «Радиофизика».


3. ^ Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции:

  • способностью использовать базовые знания и навыки управления информацией для решения исследовательских профессиональных задач, соблюдать основные требования информационной безопасности, защиты государственной тайны (ОК-l0);

  • способность к свободному владению знаниями фундаментальных разделов физики и радиофизики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в соответствии со своим профилем подготовки) (ПК-1);

  • способность к свободному владению профессионально-профилированными знаниями в области информационных технологий, использованию современных компьютерных сетей, программных продуктов и ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том числе находящихся за пределами профильной подготовки (ПК-2);

  • способность использовать в своей научно-исследовательской деятельности знание современных проблем и новейших достижений физики и радиофизики (ПК-3);

  • способность самостоятельно ставить научные задачи в области физики и радиофизики (в соответствии с профилем подготовки) и решать их с использованием современного оборудования и новейшего отечественного и зарубежного опыта (ПК-4).


В результате изучения студенты должны:

  • знать физические основы квантовой электроники; полуклассический и квантовый подходы описания взаимодействия света и вещества; принципы действия источников стимулированного излучения; существующие схемы и характеристики полупроводниковых лазеров на межзонных оптических переходах;

  • уметь делать оценки основных характеристик эффективности излучения полупроводникового инжекционного лазера на основе арсенида галлия;

  • иметь представление (навыки) о принципах действия и характеристиках: лазеров основанных на использование оптических переходов различных сред. Иметь представление о лазерах на горячих дырках германия и квантово-каскадных источниках стимулированного излучения на оптических переходах между подзонами размерного квантования в многослойных двумерных структурах на основе арсенида галлия.


4.^ Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.


Виды учебной работы

Всего часов

Семестры

^ Общая трудоемкость дисциплины

72

10

Аудиторные занятия

32

32

Лекции

32

32

Практические занятия (ПЗ)

0

0

Семинары (С)

0

0

Лабораторные работы (ЛР)

0

0

Другие виды аудиторных занятий

0

0

Самостоятельная работа

40

40

Курсовой проект (работа)

0

0

Расчетно-графическая работа

0

0

Реферат

0

0

Другие виды самостоятельной работы

0

0

Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

зачет

зачет


5. Содержание дисциплины

5.1. Разделы дисциплины и виды занятий


№п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ (или С)

ЛР

1.

Введение.

2







2.

Вопросы теории взаимодействия света и вещества.

12







3.

Электронные состояния в полупроводниках и их населенность.

2







4.

Оптические переходы.

4







5.

Полупроводниковые лазеры на межзонных переходах.

8







6.

Полупроводниковые лазеры на внутризонных переходах.

4







7.

Различные типы лазеров (самостоятельная работа).




68





5.2. Содержание разделов дисциплины


1. Введение.

Методы теории возмущений, золотое правило Ферми, спонтанное и вынужденное излучение, излучение черного тела.


2. Вопросы теории взаимодействия света и вещества.

Описание взаимодействия электромагнитных волн с веществом в рамках классических и полуклассических представлений, квантовый подход, термодинамические соотношения Эйнштейна.


^ 3. Электронные состояния в полупроводниках и их населенность.

Основные понятия о свободных и связанных состояниях электронов и дырок в приложении к возможным лазерным средам, населенность электронных состояний, неравновесные и инвертированные распределения населенностей, безызлучательный переход и роль различных процессов релаксации.


^ 4. Оптические переходы.

Межзонные и внутризонные оптические переходы, матричные элементы, плотность состояний оптических переходов, выражения для коэффициентов поглощения/усиления.


^ 5. Полупроводниковые лазеры на межзонных переходах.

Лазеры при оптическом возбуждении и возбуждении электронным пучком, инжекционные лазеры на p-n переходе, инжекционные лазеры на гетеропереходах. Что включает в себя изложение основных принципов, количественное описание в рамках упрощенной модели, доступные характеристики излучения и условия работы.


^ 6. Полупроводниковые лазеры на внутризонных переходах.

Изложение принципов формирования необходимых инвертированных распределений, механизмов излучения и характеристик квантово-каскадных лазеров на межподзонных переходах и лазеров на горячих дырках германия. Представление об основных наметившихся тенденциях развития.


^ 7. Различные типы лазеров (самостоятельная работа).

Каждый студент для расширения кругозора подготавливает семинар по любому из источников стимулированного излучения, которые классифицируются как твердотельные, газовые, молекулярные и т.д. и излагает их принцип работы и основные характеристики.

Темы для выбора:

Твердотельные лазеры (рубиновый, неодимовый);

Газовые лазеры на атомарных и ионных переходах;

Молекулярные газовые лазеры;

Эксимерые лазеры;

Лазеры на красителях;

Химические лазеры;

Лазеры на свободных электронах.


6. Лабораторный практикум.

Не предусмотрен.


7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

7.1. Рекомендуемая литература.

а) основная литература:

1. Бертен Ф. Основы квантовой электроники.- М.: Мир, 1971.

2. Ансельм А. И. Введение в теорию полупроводников.- М. Наука, 1978.

3. Карлов Н. В. Лекции по квантовой электронике.- М. Наука,1988.

4. Звелто О. Принципы лазеров.- М. Мир, 1990.

5. Гинсбург В. Л. Рухадзе А. А. Волны в магнитоактивной плазме.- М. Наука, 1975.

6. Файн В.М. Квантовая радиофизика. М., Сов. Радио, 1972.

7. Файн В.М. Ханин Я.И. Квантовая радиофизика. М., Сов. Радио, 1965, т. 1,2.

8. Ярив А. Квантовая электроника. М. , Сов. Радио, 1980.


б) дополнительная литература:

  1. Ландау Л. Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред.- М. Наука, 1982. 620 с.

  1. Берестецкий В.Б., Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Квантовая электродинамика.- М. Наука, 1989. 723 с.

  2. Ханин Я.И. Основы динамики лазеров. М., Наука, Физматлит, 1999.

  3. Квантовая оптика и квантовая радиофизика. Пер.под ред. О.В. Богданкевича и О.Н.Крохина.- М., Мир, 1966.

  4. Делоне Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. М., Наука, Гл. ред. Физ.-мат. Литературы, 1989.

  5. Long-wavelength infrared semiconductor lasers. Hong K. Choi (ed), published by Wiley & Sons, Inc. New Jersey, 2004.


8. Вопросы для контроля

1. Метод возмущений в квантовом подходе о поглощении света.

2. Вывод и рамки применимости золотого правила Ферми в теории возмущений.

3. Отличия спонтанного и вынужденного процессов излучения света веществом.

4. Спектр оптического излучения абсолютно черного тела.

5. Термодинамические соотношения Эйнштейна.

6. Определение коэффициента поглощения/усиления света и сечения оптического поглощения.

7. Материальные соотношения и понятия о высокочастотной диэлектрической проницаемости и проводимости.

5. Формулировка кинетического уравнения Больцмана и его приближенных методов решения.

6. Полуклассический подход в теории взаимодействия света и вещества.

7. Электромагнитное поле как совокупность гармонических операторов, понятие фотона,

8. Индуцированное и спонтанное излучение света в квантовой теории поля.

9. Матричные элементы межзонных и внутризонных оптических переходов в полупроводниках.

10. Плотность населенности электронных состояний в полупроводнике.

11. Вывод выражения для коэффициента поглощения/усиления света на межзонных переходах в полупроводнике.

12. Безызлучательные переходы и методы формирования инверсной населенности электронных состояний.

13. Принцип формирования инверсной населенности электронных состояний и стимулированное излучения на межзонных переходах в полупроводниках, понятие квазиуровня Ферми.

14. Полупроводниковые лазеры с оптической накачкой.

15.Полупроводниковые лазеры с возбуждением электронным пучком.

16. Полупроводниковый лазер с инжекционной накачкой на p-n переходе.

17. Особенности и преимущества полупроводникового инжекционного лазера на двойном гетеропереходе

18. Упрощенная теория полупроводниковых лазеров, пороговый ток, коэффициент усиления, эффективность излучения и т.д.

19. Полупроводниковые лазеры на межзонных переходах валентной зоны германия в скрещенных электрическом и магнитном полях.

20. Стимулированное излучение тяжелых дырок германия при их баллистическом разогреве в электрическом поле (НЕМАГ).

21. Квантово-каскадные лазеры на межподзонных переходах квантовых ям.


9. Критерии оценок


Зачтено

Уверенный ответ на контрольный вопрос, уверенное изложение заранее подготовленного вопроса из списка свободного выбора и хотя бы удовлетворительный ответ на дополнительный вопрос.

Не зачтено

Нет четкого ответа на один из контрольных вопросов и слабые ответы на дополнительные вопросы по тематике курса.


10. ^ Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки

Курсовые работы по курсу не предусмотрены


Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по направлению 011800 «Радиофизика».


Автор программы _________________ Шастин В.Н.


Программа рассмотрена на заседании кафедры 11 марта 2011 г. протокол № 5


Заведующий кафедрой ___________________ Красильник З.Ф.


Программа одобрена методической комиссией факультета 11 апреля 2011 года

протокол № 05/10


Председатель методической комиссии_________________ Мануилов В.Н.






Скачать 104,77 Kb.
оставить комментарий
Дата08.07.2012
Размер104,77 Kb.
ТипПрограмма дисциплины, 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
Документы

наверх