Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://quantum.phys.msu.ru/sites/default/files/downloads/125/eksperimentalnye-metody-kvantovoy-elektroniki.doc Дата изменения: Unknown Дата индексирования: Sat Apr 9 22:50:35 2016 Кодировка: koi8-r

Рабочая программа дисциплины

1. Экспериментальные методы квантовой электроники

2. Лекторы

2.1. Доктор физико-математических наук, профессор, Федянин Андрей
Анатольевич, кафедра квантовой электроники физического факультета МГУ,
fedyanin@nanolab.phys.msu.ru, 939-3910.

2.2. Кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Долгова
Татьяна Викторовна, кафедра квантовой электроники физического
факультета МГУ,

dolgova@nanolab.phys.msu.ru, 939-3910.

3. Аннотация дисциплины.
Курс предназначен для чтения в шестом семестре студентам,
специализирующимся в области лазерной физики, квантовой электроники и
нелинейной оптики. Основная цель преподавания дисциплины состоит в
ознакомлении студентов с функциональными схемами, характеристиками,
областями применения, диапазонами и ограничениями применения оптических,
оптико-электронных, оптико-механических приборов и оборудования,
используемых в лазерных экспериментах. Вторая часть курса посвящена
изучению твердотельных методик изготовления наноструктур и их
характеризации с упором на методы подготовки образцов для оптического
эксперимента.

4. Цели освоения дисциплины.
В результате изучения дисциплины студент должен иметь представление о
современных оптических приборах и физических процессах, происходящих в них,
оптических элементах, спектральном оборудовании, основных методах обработки
оптического сигнала, принципах автоматизации оптического эксперимента;
знать функции, назначение и области применения оптических элементов,
диапазоны работы и ограничения опто-электронных элементов и устройств,
детектирующей электроники, а также методик приготовления, обработки и
характеризации образцов для оптического эксперимента.

5. Задачи дисциплины.
1. Изучение физических принципов функционирования детекторов
электромагнитного излучения и спектральных приборов.
2. Изучение типов и характеристик световых источников.
3. Изучение стандартных элементов оптических схем.
4. Изучение принципов регистрации и обработки оптических сигналов.
5. Изучение основ методов изготовления, обработки и характеризации образцов
для оптического эксперимента.

6. Компетенции.
7.1. Компетенции, необходимые для освоения дисциплины.
ПК-1
7.2. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины.
ПК-2, ОНК-1

7. Требования к результатам освоения содержания дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен
. знать основные принципы функционирования, характеристики, области
применения, диапазоны и ограничения применения оптических, оптико-
электронных, оптико-механических приборов и оборудования;
. уметь применять эти знания для выбора схем и оптимального построения
собственного оптического эксперимента в научной практике;

8. Содержание и структура дисциплины.

|Вид работы |Семестр |Всего |
| |6 | | | |
|Общая трудоёмкость, акад. часов |72 | | |72 |
|Аудиторная работа: |36 | | |36 |
| Лекции, акад. часов |34 | | |34 |
| Семинары, акад. часов | | | | |
| Лабораторные работы, акад. часов | | | | |
|Самостоятельная работа, акад. часов |38 | | |38 |
|Вид итогового контроля (зачёт, зачёт с |зачет | | |зачет |
|оценкой, экзамен) | | | | |

|N |Наименование|Трудоёмкость (академических часов) и содержание занятий |Форма |
|раз| | |текущег|
|- |раздела | |о |
|дел| | |контрол|
|а | | |я |
| | |Аудиторная работа |Самостоятельная работа| |
| | | | | |


| |Лекции |Семинары |Лабораторные работы | | | |1 |Введение |2 часа.
Цели и задачи курса. Структура курса. Понятие о квантовой электронике. | |
|2 часа.
Работа с лекционным материалом. |Об
| |2 |Источники электромагнитного излучения |2 часа.
Общая классификация световых источников. Тепловые источники излучения.
Газосветные источники излучения. Тлеющий разряд, вольт-амперные
характеристики, способы его возбуждения. Водородная лампа, дуговые и
искровые источники. Стандартные спектральные лампы линий редкоземельных и
щелочных металлов. Высокочастотный разряд, шариковые лампы. Источники с
полым катодом. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. |КР | | | |2 часа
Лазерные источники излучения. Понятие об основных характеристиках лазерных
источников: спектральная яркость, когерентность, ширина линии, модовый
состав, шумы частоты и интенсивности. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. | | | | |2 часа
Основные методы и аппаратура для измерения временных, пространственных,
спектральных и шумовых параметров лазерного излучения. Основные типы
лазеров - газовые, твердотельные, полупроводниковые. Твердотельные лазеры с
полупроводниковой накачкой. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. | | |3 |Детекторы электромагнитного
излучения |2 часа
Детекторы электромагнитного излучения. Спектральные области оптического
диапазона(в нм, эВ, Гц, см-1). Спектральные и временные характеристики
фотодиодов. Схемы включения фотодиодов, фотогальванический режим, режим с
обратным смещением. Лавинные фотодиоды. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. |КР | | | |2 часа
Фотоэлектронные умножители. Основные конструкторские решения, основные типы
фотокатодов, их спектральные характеристики. Режимы работы фотоэлектронных
умножителей: пропорциональный режим, счет фотонов. Позиционно-
чувствительные детекторы. Основные понятия о характеристиках, архитектуре и
режимах работы ПЗС-матриц. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. | | |4 |Стандартные элементы оптических
систем |2 часа
Металлические и многослойные диэлектрические зеркала. Светофильтры,
интерференционные фильтры, ночь-фильтры. Неполяризационные, поляризационные
и дихроичные светоделители. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. |КР | | | |2 часа
Основные элементы поляризационной оптики - поляризаторы (призмы Глана,
Глана-Тейлора, Волластона, Николя), волновые пластины, ромбы Френеля. | |
|2 часа.
Работа с лекционным материалом. | | | | |2 часа
Основные характеристики линз, их классификация, материалы для изготовления
линз. Понятие о сферических и хроматических абберациях. Хроматический
дублет. Основные характеристики оптических объективов. Ахроматы,
планахроматы, планапохроматы, микрофлюары. Поляризационные, люминесцентные,
фазовые объективы. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. | | |5 |Основные принципы обработки
оптических сигналов
|2 часа
Основные принципы обработки слабых оптических сигналов. Программная и
схемотехническая реализация счета фотонов. Гистограмма распределения
однофотонных импульсов, выбор уровня дискриминации. Зависимость
однофотонного пика от мощности оптического излучения и параметров работы
ФЭУ. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. |КР | | | |2 часа
Основные принципы синхронного детектирования. Схемы реализации фильтрации
низких и высоких частот, фильтрация полосы. Основные принципы аналогового
стробируемого интегрирования и его схемотехнические реализации. | | |2
часа.
Работа с лекционным материалом. | | |6 |Спектральные приборы |2 часа
Спектральные приборы оптического эксперимента. Решеточные
спектрометры. Угловая и линейная дисперсия, разрешающая способность.
Основные конфигурации спектрометров, абберации в спектральных приборах и
способы ее компенсации. Призменные спектрометры. | | |4 часа.
Работа с лекционным материалом. |КР | |7 |Основные методы диагностики
наноструктур для оптических экспериментов |2 часа
Основные принципы и реализации оптической микроскопии. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. |КР | | | |2 часа
Понятие об электронной микроскопии. Принципы растровой и электронной
микроскопии. Формирование изображений в отраженных и вторичных электронах.
Принципы просвечиваюшей электронной микроскопии. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. | | |8 |Обзор методов структурного анализа
наноматериалов |2 часа
Дифракция рентгеновских лучей. Лауэграммы, дебаеграммы. Методы
рентгеноструктурного анализа нанопорошков. Малоугловая рентгеновская
дифракция. Методы электронной дифракции. Принципы дифракции медленных
электронов и дифракции отраженных быстрых электронов. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. |КР | | | |2 часа
Основные методы зондовой микроскопии. Понятие о сканирующей туннельной,
атомно-силовой и магнитно-силовой микроскопии.
Методы ближнепольной оптической микроскопии Методы оптической
сверхразрешающей микроскопии. | | |2 часа.
Работа с лекционным материалом. | | |9 |Методы изготовления наноструктур |2
1. часа
Обзор нанолитографических методов изготовления наноструктур. Принципы
электронно-лучевой литографии. Литография сфокусированного ионного пучка.
Лазерная интерференционная литография. | | |4 часа.
Работа с лекционным материалом. |КР | |




9. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
1. Обязательная дисциплина.
2. Вариативная часть, профессиональный блок, дисциплина профиля.
3. Дает знания для применения в научно-исследовательской практике, является
вводным курсом для дисциплин «Физика лазеров», «Лазерная спектроскопия».
Требуется освоение курсов «Электромагнетизм», «Оптика», «Введение в
квантовую физику».
1. «Электромагнетизм», «Оптика», «Введение в квантовую физику».
2. «Физика лазеров», «Лазерная спектроскопия», научно-исследовательская
практика.

10. Образовательные технологии
. дискуссии,
. использование средств дистанционного сопровождения учебного процесса.

11. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной
аттестации
. примеры контрольных вопросов:
1. Оценить разрешающую способность объектива микроскопа с числовой
апертурой 0.85.
2. Как необходимо сориентировать оптическую ось пластинки ?/4 для
преобразования линейной поляризации в круговую?
. полный перечень вопросов к зачёту:
1. Общая классификация световых источников.
2. Тепловые источники излучения. Газосветные источники излучения.
3. Тлеющий разряд, вольт-амперные характеристики, способы его возбуждения.

4. Водородная лампа, дуговые и искровые источники. Стандартные
спектральные лампы линий редкоземельных и щелочных металлов.
5. Высокочастотный разряд, шариковые лампы. Источники с полым катодом.

6. Лазерные источники излучения. Понятие об основных характеристиках
лазерных источников: спектральная яркость, когерентность, ширина линии,
модовый состав, шумы частоты и интенсивности.
7. Основные методы и аппаратура для измерения временных, пространственных,
спектральных и шумовых параметров лазерного излучения.
8. Основные типы лазеров - газовые, твердотельные, полупроводниковые.
Твердотельные лазеры с полупроводниковой накачкой.
9. Детекторы электромагнитного излучения. Спектральные и временные
характеристики фотодиодов. Схемы включения фотодиодов,
фотогальванический режим, режим с обратным смещением. Лавинные
фотодиоды.
10. Фотоэлектронные умножители. Основные конструкторские решения, основные
типы фотокатодов, их спектральные характеристики.
11. Режимы работы фотоэлектронных умножителей: пропорциональный режим, счет
фотонов.
12. Позиционно-чувствительные детекторы.
13. Основные понятия о характеристиках, архитектуре и режимах работы ПЗС-
матриц.
14. Стандартные элементы оптических систем. Металлические и многослойные
диэлектрические зеркала. Светофильтры, интерференционные фильтры, ночь-
фильтры.
15. Неполяризационные, поляризационные и дихроичные светоделители.
16. Основные элементы поляризационной оптики - поляризаторы (призмы Глана,
Глана-Тейлора, Волластона, Николя), волновые пластины, ромбы Френеля.
17. Основные характеристики линз, их классификация, материалы для
изготовления линз. Понятие о сферических и хроматических абберациях.
18. Хроматический дублет. Основные характеристики оптических объективов.
19. Ахроматы, планахроматы, планапохроматы, микрофлюары.
20. Поляризационные, люминесцентные, фазовые объективы.
21. Основные принципы обработки слабых оптических сигналов.
22. Программная и схемотехническая реализация счета фотонов. Гистограмма
распределения однофотонных импульсов, выбор уровня дискриминации.
Зависимость однофотонного пика от мощности оптического излучения и
параметров работы ФЭУ.
23. Основные принципы синхронного детектирования.
24. Основные принципы аналогового стробируемого интегрирования.
25. Спектральные приборы оптического эксперимента. Решеточные спектрометры.
Угловая и линейная дисперсия, разрешающая способность.
26. Основные конфигурации спектрометров, абберации в спектральных приборах
и способы ее компенсации. Призменные спектрометры.
27. Основные принципы и реализации оптической микроскопии. Понятие об
электронной микроскопии.
28. Принципы растровой и электронной микроскопии. Формирование изображений
в отраженных и вторичных электронах.
29. Принципы просвечиваюшей электронной микроскопии.
30. Дифракция рентгеновских лучей. Лауэграммы, дебаеграммы. Методы
рентгеноструктурного анализа нанопорошков. Малоугловая рентгеновская
дифракция.
31. Методы электронной дифракции. Принципы дифракции медленных электронов и
дифракции отраженных быстрых электронов.
32. Основные методы зондовой микроскопии. Понятие о сканирующей туннельной,
атомно-силовой и магнитно-силовой микроскопии.
33. Методы ближнепольной оптической микроскопии. Методы оптической
сверхразрешающей микроскопии.
34. Нанолитографические методы изготовления наноструктур. Принципы
электронно-лучевой литографии. Литография сфокусированного ионного
пучка.
35. Лазерная интерференционная литография.

12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Основная литература
1. М. Борн, Э. Вольф, «Основы оптики», Москва, Наука 1973.
2. С.А. Ахманов, С.Ю. Никитин «Физическая оптика», М.: Изд-во Моск. ун-
та, 1998.
3. С. Зи, «Физика полупроводниковых приборов», т.1, т.2, Москва, Мир
1984.
Дополнительная литература
1. К. Сэкен, М. Томпсет, «Приборы с переносом заряда», Москва, Мир 1978.

13. Материально-техническое обеспечение

Аудитория 407 корпуса нелинейной оптики (оборудована проектором).