Учебная программа Дисциплины р4 «Квантовая радиотехника» по направлению 011800 «Радиофизика» магистерская программа «Информационные процессы и системы»
| 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 радиотехники УТВЕРЖДАЮ Декан радиофизического факультета ____________________Якимов А.В. «18» мая 2011 г. Учебная программа Дисциплины М2.Р4 «Квантовая радиотехника» по направлению 011800 «Радиофизика» магистерская программа «Информационные процессы и системы» Нижний Новгород 2011 г. 1. ^ Курс ставит своей задачей продолжение обучения в рамках цикла «Радиоэлектроники и радиофизических измерений». Только с учетом квантово-механических явлений можно понять работу новейших, наиболее перспективных устройств (таких как квантовый магнитометр, квазичастичные детекторы и преобразователи частоты, квантовые генераторы и пр.). Квантовые эффекты определяют фундаментальные пределы в измерениях физических величин, независимо от устройства используемых приборов, и дают возможность создания стандартов для измерений. Наконец, многие физические парадоксы, порожденные необоснованным применением принципов классической физики, разрешаются только на основе квантово-механических представлений. Студенты должны изучить физические принципы работы уже действующих приборов и устройств, использующих квантовые явления, а также ознакомиться с новыми физическими явлениями, обещающими достижение существенно лучших результатов в измерениях физических величин. Курс построен таким образом, чтобы привлечь студентов к самостоятельному изучению заинтересовавших их проблем квантовой радиотехники. В связи с этим им предлагается подготовить рефераты, трактующие расширенно темы курса или посвященные аналогичным темам, не вошедшим в курс лекций. Темы рефератов могут быть также рекомендованы самим лектором. Курс опирается на материалы курсов общей физики (электричество и оптика), квантовая механика, электродинамика и теория излучения, статистическая радиофизика , радиотехника. 2. ^ Дисциплина «Квантовая радиотехника» относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла основной образовательной программы по направлению 011800 «Радиофизика». 3. ^ В результате освоения дисциплины формируются следующие компетенции:
В результате изучения дисциплины студенты должны усвоить следующие сведения.
4.^ Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.
5. Содержание дисциплины 5.1. Разделы дисциплины и виды занятий
5.2. Содержание разделов дисциплины Раздел 1. Введение Общие представления о проблемах классической физики при измерениях физических величин, а также при возникновении квантовых явлений. Физические парадоксы, возникающие в классической радиотехнике (парадокс Бриллюэна, УФ катастрофа, парадокс Шеннона и др.). Примеры устройств, работающих на квантовых явлениях (контакт Джозефсона, квазичастичный преобразователь частоты, квантовый парамагнитный усилитель и др.) Стандарты физических величин, использующие квантовые явления (стандарты частоты, напряжения, сопротивления и др.). ^ Стандартные квантовые пределы (СКП). Принцип и примеры косвенных измерений. Квантовое невозмущающее измерение и вопросы его реализуемости. Измерение импульса и координаты материального тела, а также энергии гармонического осциллятора ^ Идеальный радиометр. Фундаментальный предел шумовой температуры усилителя. Фундаментальный предел чувствительности при измерениях интенсивности тепловых излучений. Достижимые параметры резистивных преобразователей частоты. Квазичастичные преобразователь частоты и детектор. Квантовый предел эффективности детектирования. Явление «одноэлектроники» и перспективы его использования. Квантовый магнитометр («сквид»). Понятие «кванта» магнитного потока. Чувствительность сквида в гистерезисном и безгистерезисном режимах. Квантовый эффект Холла и стандарт сопротивления. Стабильность частоты автогенератора. Ее ограничения в связи с СКП энергия-время. Стандарты частоты и перспективы их улучшения. ^ Количество информации и энтропия. Парадокс Шэннона. Матрица плотности и описание потоков фотонов. Идеальный фотонный канал связи. Разрешение парадокса Шэннона. Узкополосный канал связи, оптимальная частота носителя информации. Когерентный канал. Минимальная энергия, необходимая для передачи единицы информации. Формула Бриллюэна. Каналы с шумами, оптимальные спектры сигнала. ^ Парадокс Бриллюэна. Классический подход в описании флуктуаций в физических системах. Метод Ланжевена (символические уравнения). Квантово-механическое описание флуктуаций физических величин на основе микроскопических уравнений. Понятие обобщенной восприимчивости. Флуктуационно-диссипационная теорема. Описание тепловых флуктуаций в сложных системах. Теорема Калена–Вэлтона для сложных электрических цепей. ^ Стандарты частоты на основе квантовых генераторов. Стандарт напряжения на основе эффекта Джозефсона. Понятие кванта магнитного потока. Предельная эффективность детектирования электромагнитных волн. Стандарт сопротивления на базе эффекта Холла, проблема уточнения постоянной тонкой структуры. ^ Линейные методы анализа нестационарных сигналов (текущий и мгновенный спектры, «скользящий» Фурье-спектр). Представление нестационарных сигналов на основе аналитического сигнала. Понятия огибающей, мгновенной фазы, мгновенной частоты. Методы анализа на основе аналитического сигнала: функция Рихачека, функция неопределенности Вудворда–Девиса и др. Преобразование Вигнера–Вилля. Примеры применения метода Вигнера–Вилля в физических экспериментах. ^ Физические условия возникновения квантового эффекта Холла. Зависимость его от формы и структуры полупроводникового образца. Применение эффекта Холла, связь холловского сопротивления и постоянной тонкой структуры. ^ Эффект кулоновской блокады и туннелирование электронов через разрыв проводника. Возникновение одноэлектронных колебаний и их частота. Сравнение с джозефсоновской и блоховской частотами. Использование одноэлектроники в радиоэлектронных системах. 6. Лабораторный практикум. Не предусмотрен. 7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 7.1 Рекомендуемая литература а) основная литература:
12. Кисляков А.Г. Главы квантовой радиотехники. Учебное пособие. – Изд. ННГУ, 1997, 90 б) дополнительная литература:
8. Контрольные вопросы
9. Критерии оценок
10. ^ Курсовые работы не предусмотрены. Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по направлению 011800 «Радиофизика». Автор программы ___________ Кисляков А.Г. Программа рассмотрена на заседании кафедры 4 марта 2011 года протокол № 10 Заведующий кафедрой ___________________ Орлов И.Я. Программа одобрена методической комиссией факультета 11 апреля 2011 года протокол № 05/10 Председатель методической комиссии_________________ Мануилов В.Н.
|
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 