УТВЕРЖДАЮ Проректор-директор института ___________А.Н. Яковлев «___»_____________2013 г.

УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор института
___________А.Н. Яковлев
«___»_____________2013 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
МЕТОДЫ И ТЕХНИКА РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
Направление (специальность) ООП: 200400 «Оптотехника»
Профиль подготовки: «Методы и техника импульсных оптико-физических
исследований»
Квалификация: магистр
Базовый учебный план приема 2013 г.
Курс 2, семестр 3
Количество кредитов 3
Код дисциплины: ПЦ.В.2.1.0
Виды учебной деятельности
Лекции, ч
Практические занятия, ч
Лабораторные занятия, ч
Аудиторные занятия, ч
Самостоятельная работа, ч
ИТОГО, ч
ОФ
8
24
32
76
108
Вид промежуточной аттестации: экзамен в 3 семестре
Обеспечивающее подразделение: кафедра «Лазерной и световой техники»
Заведующий кафедрой _____________
Яковлев А.Н.
Руководитель ООП
_____________
Лисицын В.М.
Преподаватель
______________ Корепанов В.И.
2013 г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Цели освоения дисциплины: формирование у обучающихся знаний,
умений и навыков, обеспечивающих достижение целей ЦД.1, ЦД.2, ЦД.3 по
профилю «Методы и техника регистрации оптических процессов» освоения
дисциплины в области обучения, воспитания и развития, соответствующих
целям Ц1, Ц2, Ц3 ООП.
ЦД.1. Готовность выпускников к научно-исследовательской деятельности, в
том числе в междисциплинарных областях, направленной на изучение физических процессов в материалах с помощью современных оптических методов
и приборов;
ЦД.2. Готовность выпускников к деятельности, направленной на разработку
спектральных методов контроля и анализа материалов, новых оптических
технологий и оптических методов измерения.
ЦД.3. Готовность выпускников к эксплуатации и обслуживанию современного исследовательского и измерительного оборудования, в том числе с временным разрешением, к применению современных методов обработки и анализа результатов измерений.
Основная задачи преподавания дисциплины – ознакомить студентов с
основами оптических методов исследования и анализа, элементной базой и
принципами построения приборов для оптических исследований; научить
применять методы оптической спектроскопии для определения состава, исследования свойств вещества, оптических методов контроля параметров искусственных и природных материалов и формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков работы в области изучения и анализа
вещества.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Методы и техника регистрации оптических процессов»
относится к профессиональному циклу ПЦ.В.2.1.0 Дисциплина построена по
модульному принципу. Каждый модуль является автономной частью дисциплины и содержит элементы теоретического, практического и самостоятельного обучения. Трудоемкость освоения каждого модуля оценивается в кредитах, который состоит из работы, включающей освоение лекционного материала, практическую и самостоятельную деятельности. Общая трудоемкость
дисциплины составляет 3 кредита. Дисциплина состоит из 3 разделов.
Для успешного освоения дисциплины «Методы и техника регистрации
оптических процессов» студент должен знать: основы оптики; физические
основы работы источников и приемников оптического излучения; основы
взаимодействия излучений с веществом.
Дисциплине «Методы и техника регистрации оптических процессов»
предшествует освоение дисциплин (пререквизиты):
 Физика конденсированного состояния,
 Фотометрия, колориметрия
Содержание разделов дисциплины «Методы и техника регистрации оптических процессов» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых парал-
лельно (кореквизиты):
 Физика и техника мощных радиационных воздействий
 Теория люминесценции
 Методы спектрального анализа
 Импульсная лазерная техника
3. Результаты освоения дисциплины
В соответствии с требованиями ООП, освоение дисциплины направлено
на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены
при изучении данной дисциплины
Составляющие результатов обучения
Результаты
обучения
(компетенции
из ООП и из Код
ФГОС)
Знания
Код
Умения
Код
Р.1.
З.1.1 Знать происхождение,
У.1.1 Уметь анализировать
В.1.1
3.1.3 получение, графическое
У.1.3 структуру атомных и
В.1.3
представление, параметры
молекулярных спектров,
и характеристики спекоценивать их проистров поглощения, отражехождение .
ния, излучения.
Р.2.
(ПК-4,
ОК-2)
З.2.1 Знать принцип работы,
основные узлы и характеристики анализаторов частоты излучения.
Р.2.
З.2.3 Знать природу вращатель- У.2.3 Уметь анализировать и В.2.3
ных, колебательных и
интерпретировать реэлектронных спектров мозультаты измерения
лекул, основы абсорбциспектров поглощения
онной спектроскопии элекатомов и молекул, спектронных и колебательных
тров поглощения и отпереходов в молекулах и
ражения твердых тел в
метода комбинационного
ультрафиолетовой, вирассеяния света. Знать фидимой и инфракрасной
зические основы абсорбобластях спектра.
ционная спектроскопия
твердых тел.
Р.2.
(ПК-4,
ОК-2)
Р.4.
З.2.1 Знать принципы функцио- У.4.1.. Уметь разрабатывать
В.2.1.
З.4.1. нирования и построения У.4.1. схемы эксперименталь- В.4.1
спектральных
приборов
ных установок для изу(фотометров) различного
чения физических проназначения.
цессов в материалах
Знать конструкции, элеспектральными методаментную базу, основные
ми.
узлы, характеристики и
Уметь делать выбор
параметры спектральных,
элементов оптических
интерференционных, посистем, источников и
ляризационных, и других
приёмников оптическооптических приборов.
го излучения, контроль-
У.2.1 Уметь делать обосноВ.2.1
ванный выбор спектрального оборудования
для исследований.
Владение
Владеть опытом
работы с литературными источниками и Internetсайтами
Иметь навыки графического представления спектров.
Владеть информацией об основных
параметрах и характеристиках анализаторов частоты
излучения.
Владеть основными
методиками и
навыками обработки результатов измерения спектров
поглощения, отражения.
Владеть опытом
работы с современным промышленным спектральным
оборудованием для
решения научнотехнических и технологических задач
Р.4,
(ПК-4, 5, 9)
но-измерительных приборов.
Уметь проводить градуировку измерительного
тракта спектрометров и
оценивать погрешности
измерений.
Знать
основные
методы
и
З.4.2.
У.4.2. Уметь измерять спек- В.4.2.2. Владеть навыками
оборудование для импультры нестационарного
обработки резульсных оптико-физических
поглощения и люмитатов импульсных
исследований
несценции при импульоптических измересном электронном или
ний параметров и
лазерном возбуждении.
характеристик поглощения и свечения оптических
материалов.
В результате освоения дисциплины «Методы и техника регистрации оптических процессов» студентом должны быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины (модуля)
№ п/п
РД.1
РД.2
РД.3
РД.4
РД.5
РД.6
Результат
Готовность обосновывать выбор метода изучения структуры спектров
атомов, молекул и кристаллов.
Готовность к разработке схем, принципов функционирования и построения спектральных приборов (фотометров) и экспериментальных установок для работы в области спектроскопии оптических материалов.
Знание современного оборудования для спектральных исследований и оптических измерений и тенденций их развития. Готовность к его эксплуатации, градуировке и настройке оптического тракта спектрометров.
Готовность применять импульсную оптическую спектроскопию для исследований оптических материалов.
Готовность обрабатывать, анализировать и систематизировать научнотехническую информацию, передовой отечественный и зарубежный опыт
в области спектральной техники, оптических методов исследовании, оптического материаловедения.
Готовность применять полученные знания, умения и навыки в области
абсорбционной спектроскопии для анализа и интерпретации результатов
исследования спектров поглощения атомов и молекул, спектров поглощения и отражения твердых тел в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра.
4. Структура и содержание дисциплины
Раздел 1. Физические основы спектральных методов исследования
Введение. Классификация оптических методов и приборов для исследования и анализа, аналитические возможности, области применения. Оптические сигналы и их математические модели.
Тема 1. Спектры испускания, поглощения, рассеяния. Типы энергетических уровней и переходов. Интенсивность и ширина спектральных линий.
Структура атомных и молекулярных спектров. Получение и графическое
представление спектров.
Тема 2. Спектральные приборы и их основные узлы. Принцип работы и
основные оптические характеристики анализаторов частоты диспергирующего типа. Освещение щели. Типовые оптические схемы монохроматоров. Полихроматоры. Интерференционные и растровые анализаторы частоты.
Виды учебной деятельности:
Лекции:
Лекция 1. Физические основы спектральных методов исследования (обзор по
разделу 1)
Лабораторные работы:
№1. Градуировка измерительного тракта спектрометров
№2. Исследование спектров поглощения, диффузного и зеркального отражений материалов
Раздел 2. Основы абсорбционной спектроскопии атомов,
молекул и кристаллов.
Тема 1. Виды движения в молекуле, природа вращательных, колебательных и электронных спектров. Электронные переходы в молекулах (спектроскопические представления и представления на основе молекулярных орбиталей). Адиабатические потенциальные кривые. Принцип Франка-Кондона.
Классификация электронных переходов в молекулах. Спектры поглощения
многоатомных молекул.
Тема 2. Абсорбционная спектроскопия электронных переходов в молекулах (основы метода). Дифференциальная и производная спектрофотометрия молекул. Метрологические характеристики. Инфракрасная спектроскопия колебательных спектров молекул. Основы метода. ИК спектры и спектры
комбинационного рассеяния. Методы измерения спектров ИК и КР и применение. Источники возбуждения спектров КР.
Тема 3. Абсорбционная спектроскопия твердых тел. Фундаментальное и
примесное поглощение. Центры окраски.
Виды учебной деятельности:
Лекции:
Лекция 3. Природа вращательных, колебательных и электронных спектров
(обзор по теме 1).
Лекция 4. Абсорбционная спектроскопия электронных переходов в молекулах и твердых телах (обзор по темам 2, 3).
Лабораторные работы:
№3. Исследование электронно-колебательной структуры спектров излучения
молекул в кристаллах
№4. Исследование спектров поглощения в оптических материалах при импульсном электронном возбуждении при низких температурах.
Раздел 3. Основы люминесцентных, поляризационных,
интерференционных методов измерения и их применение.
Тема 1. Методы приема оптического сигнала. Аппаратура и методики
измерения стационарной и импульсной люминесценции.
Тема 2. Параметры и характеристики приемников излучения
Тема 3. Принципы строения, конструкция, элементная база, основные
узлы, области применения и характеристики спектральных, интерференционных, поляризационных, измерительных и других оптических приборов.
Виды учебной деятельности:
Лекции:
Лекция 4. Основы люминесцентных, поляризационных,
интерференционных методов измерения (обзор по разделу 3).
Лабораторные работы:
№5. Исследование стационарных спектров люминесценции и спектров возбуждения люминесценции центров окраски в ионных кристаллах
№6. Исследование импульсной катодолюминесценции полупроводниковых и
диэлектрических материалов
5. Образовательные технологии
При изучении дисциплины «Методы и техника регистрации оптических процессов» следующие образовательные технологии:
Таблица 3
Методы и формы организации обучения
ФОО
Лекц.
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного
обучения
Обучение
на основе опыта
Опережающая самостоятельная работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
Другие методы
Лаб.
раб.
+
+
Пр. зан./
сем.,
Тр.*,
Мк**
СРС
К.
пр.***
+
+
+
+
+
Достижение результатов обучения осуществляется следующими мероприятиями. Основное содержание дисциплины излагается на обзорных лек-
циях. Усвоение материала в соответствии с программой производится студентом самостоятельно путем изучения материала по методическим пособиям, рекомендованной литературе, в том числе с использованием интернет ресурсов. Закрепление изученного материала, приобретение навыков практической работы с оборудованием обеспечиваются при выполнении лабораторных работ. Текущий контроль усвоения материала осуществляется путем
проведения двух контрольных работ.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
6.1. Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую
проблемно-ориентированную самостоятельную работу (ТСР).
Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений и включает:
 работа с лекционным материалом,
 изучение по литературным источникам, в том числе с использованием
интернет ресурсов материалов, отраженных в содержании разделов
дисциплины.
 подготовка к лабораторным работам
 подготовка к контрольной работе, к зачету, экзамену
6.2. Содержание самостоятельной работы по дисциплине
Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
● Темы 1, 2 раздела 1 содержания дисциплины
● Темы 1- 3 раздела 2 содержания дисциплины
● Темы 2, 3 раздела 3 содержания дисциплины
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется следующим
образом:
● проведение двух контрольных работ,
● допуск к лабораторным работам,
● защита лабораторных работ
При выполнении самостоятельной работы рекомендуется использовать:
 материалы, размещенные на персональном сайте преподавателя:
http://portal.tpu.ru/SHARED/s/...
7. Средства текущей и промежуточной оценки качества
освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих контролирующих мероприятий:
Контролирующие мероприятия
Выполнение и
защита лабораторных работ
Контрольная работа № 1
Контрольная работа № 2
Экзамен
Результаты
обучения по
дисциплине
РД.1, РД.3,
РД.6
РД.1 - РД.3
РД.4 - РД.6
РД.1 - РД.6
Для оценки качества освоения дисциплины при проведении контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд оценочных
средств1) (с примерами):
1. Контрольные вопросы, задаваемых при защитах лабораторных работ.
2. Вопросы к контрольным работам, например:
Вопросы к КР №1
1. Классификация оптических методов и приборов для исследования и анализа, аналитические возможности, области применения.
2. Спектры испускания, поглощения, рассеяния. Типы энергетических уровней и переходов.
3. Интенсивность и ширина спектральных линий.
4. Структура атомных и молекулярных спектров. Получение и графическое представление спектров.
5. Спектральные приборы и их основные узлы.
6. Анализаторы частоты диспергирующего типа.
7. Основные оптические характеристики анализаторов частоты диспергирующего типа.
8. Освещение щели.
9. Типовые оптические схемы монохроматоров. Полихроматоры.
10. Интерференционные и растровые анализаторы частоты.
11. Виды движения в молекуле, природа вращательных, колебательных и электронных
спектров.
12. Электронные переходы в молекулах (спектроскопические представления и представления на основе молекулярных орбиталей).
13. Адиабатические потенциальные кривые. Принцип Франка-Кондона.
14. Классификация электронных переходов в молекулах. Спектры поглощения многоатомных молекул.
Вопросы к КР №2
1. Абсорбционная молекулярная спектроскопия электронных переходов (основы метода).
2. Дифференциальная и производная спектрофотометрия молекул, метрологические
характеристики.
3. Инфракрасная спектроскопия колебательных спектров молекул (основы метода,
спектры ИК и комбинационного рассеяния).
4. Методы измерения спектров ИК и КР и применение. Источники возбуждения спектров КР.
5. Абсорбционная спектроскопия твердых тел. Фундаментальное и примесное поглощение. Центры окраски.
6. Методы приема оптического сигнала.
7. Аппаратура и техника измерения стационарной люминесценции.
8. Аппаратура и техника измерения импульсной люминесценции.
9. Параметры и характеристики приемников излучения
10. Теоретические основы интерференционно-поляризационных методов. Области
применения и характеристики приборов.
3. Вопросы, выносимые на экзамен, например:
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
ИФВТ
Экзаменационный билет № 1
по дисциплине «Методы и техника регистрации оптических процессов».
1. Спектры испускания, поглощения, рассеяния. Типы энергетических уровней и переходов.
2. Классификация оптических методов и приборов.
Составил
Зав. каф. ЛИСТ
профессор Корепанов В.И..
доцент Яковлев А.Н.
20.09.2013.
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
ИФВТ
Экзаменационный билет № 2
по дисциплине «Методы и техника регистрации оптических процессов».
1. Интенсивность и ширина спектральных линий.
2. Дифференциальная и производная спектрофотометрия молекул, метрологические характеристики.
Составил
Зав. каф. ЛИСТ
профессор Корепанов В.И..
доцент Яковлев А.Н.
20.09.2013.
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
ИФВТ
Экзаменационный билет № 3
по дисциплине «Методы и техника регистрации оптических процессов»
1. Структура атомных и молекулярных спектров. Получение и графическое представление спектров.
2. Методы измерения ИК спектров.
Составил
Зав. каф. ЛИСТ
профессор Корепанов В.И..
доцент Яковлев А.Н.
20.09.2013.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и
итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета»,
утвержденными приказом ректора № 77/од от 29.11.2011 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
 текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности
(решение задач, выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее
33 баллов);
 промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене
(зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов,
полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный
итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература:
1. Основы аналитической химии: в 2 кн. Методы химического анализа: учебник для вузов / под ред. Ю.А. Золотова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.:
Высш. школа, 2004. – Кн. 2. – 503 с: ил. – (Серия «Классический учебник»).
2. Новицкий Л.А., Гоменюк А.С., Зубарев В.Е., Хорохоров А.М. Оптикоэлектронные приборы для научных исследований: учебное пособие. – М:
Машиностроение, 1986. – 432 с.
Левшин Л.В., Салецкий А.М. Люминесценция и ее измерения: молекулярная люминесценция. – М: Изд-во МГУ, 1989. – 272 с.
4. Лисицын В.М., Корепанов В.И. Спектральные измерения с временным
разрешением. – Томск: Изд. ТПУ, 2007. – 94 с.
5. Корепанов В.И. Импульсный люминесцентный анализ: учебное пособие
.– Томск: Изд. Томского политехнического университета, 2011. – 134 с.
Дополнительная литература:
6. Кюри Д. Люминесценция кристаллов. – М.: Иностр. лит., 1961. – 200 с.
7. Мотт Н., Герни Р. Электронные процессы в ионных кристаллах / пер.
с англ. – М.: ИЛ, 1960. – 304 с.
8. Пека Г.П., Коваленко В.Ф., Куценко В.Н. / под ред. Г.П. Пека. – Киев:
Техника, 1986. – 152 с.
9. Таращан А.Н. Люминесценция минералов. – Киев: Наукова думка, 1978. –
296 с.
10. Физика соединений АIIBVI / под ред. А.Н. Георгобиани, М.К. Шейнкмана. – М.: «Наука», 1986. – 320 с.
11. Марфунин А.С. Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах. – М.: Недра, 1975. – 327 с.
12. Горобец Б.С. Рогожин А.А. Спектры люминесценции минералов. Справочник. – М.: Изд-во ВИМС, 2001. – 312 с.
3.
Internet–ресурсы (в т.ч. Перечень мировых библиотечных ресурсов):
1.
Используемое программное обеспечение:
1. Стандартное программное обеспечение Microsoft Offise
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Указывается материально-техническое обеспечение дисциплины: технические средства, лабораторное оборудование и др.
№
п/п
1
2
Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование)
Корпус, ауд., количество установок
Учебная аудитория
Корпус 16, ауд.
235
Лаборатория импульсной оптической спектроско- Корпус 10, ауд.
пии
036, 7 установок
Оборудование: импульсные и стационарные спектрометры, спектрофотометры, спектрофлюориметры и др.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки …
Программа одобрена на заседании кафедры лазерной
и световой техники ИФВТ
(протокол № ____ от «___» _______ 2013 г.).
Автор ___________________ В.И. Корепанов
Рецензент ________________ Б.П. Гриценко