УТВЕРЖДАЮ Директор ИФВТ ___________ В.В. Лопатин

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИФВТ
___________ В.В. Лопатин
«___» ____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ТЕОРИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 200400 «Оптотехника»
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: «Методы и техника импульсных оптикофизических исследований»
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г.
КУРС 2; СЕМЕСТР 3;
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 3
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Основы оптики», «Квантовая физика. Колебания и волны»,
«Физика конденсированного состояния», «Оптические и световые измерения».
КОРЕКВИЗИТЫ: «Методы спектрального анализа», «Методы и техника регистрации оптических процессов».
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
18 часов (ауд.)
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
часа (ауд.)
36 часов (ауд.)
54 часа
72 часов
126 часов
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: Экзамен в 3 семестре
ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ КАФЕДРА: «Лазерной и световой техники»
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ:
д.ф.м.н., профессор В.М. Лисицын
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП:
д.ф.м.н., профессор В.М. Лисицын
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:
д.ф.м.н., проф. каф. ЛИСТ В.И. Корепанов
2011г.
1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины магистрант приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц1, Ц2, Ц3 образовательной программы «Методы и техника импульсных оптико-физических исследований». Основная цель преподавания дисциплины - изучение теоретических представлений о закономерностях люминесценции и физических процессов, вызывающих и сопровождающих люминесценцию вещества, изучение и усвоение принципов и методов измерения люминесценции, в том числе
с временным разрешением и формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков работы в области люминесцентных методов
изучения и анализа вещества.
Дисциплина нацелена на подготовку магистрантов к:
- научно-исследовательской деятельности, направленной на изучение закономерностей физических процессов вызывающих и сопровождающих люминесценцию вещества при различных способах и уровнях возбуждения;
- деятельности, направленной на разработку люминесцентных методов исследования, контроля и анализа материалов по спектрально-кинетическим
параметрам и характеристикам их свечения;
- деятельности в междисциплинарных областях, связанных с проведением
измерений, обработкой и анализом результатов измерений спектральнокинетических характеристик свечения, разработкой принципов и методов
измерения свечения, в том числе с временным разрешением.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к специальным дисциплинам магистерской подготовки (СДМ.Р.1.). Она опирается на полученные знания и умения при изучении дисциплин: естественнонаучного и математического цикла («Основы оптики», «Квантовая физика». «Колебания и волны»); общепрофессионального
цикла («Оптические и световые измерения»); дисциплин направления магистерской подготовки («Физика конденсированного состояния»). Кореквизитами для дисциплины «Теория люминесценции» являются дисциплины специальной магистерской подготовки: «Методы спектрального анализа», «Методы и техника регистрации оптических процессов».
3. Результаты освоения дисциплины
При изучении дисциплины магистранты должны получить теоретические
знания и практические навыки работы в области люминесцентных методов
изучения и анализа вещества при различных способах возбуждения, усвоить
принципы и методы измерения люминесценции, научиться планировать проведение исследований и проводить обработку и анализ их результатов.
После изучения дисциплины «Теория люминесценции» магистранты
приобретают знания, умения и опыт, соответствующие результатам основной
образовательной программы: Р1 – Р7, Р9, Р10, Р13. Соответствие результа-
тов освоения дисциплины формируемым компетенциям ООП представлено в
таблице.
Формируемые
компетенции
в соответствии с ООП*
Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины магистрант должен знать:
основы электронного строения люминесцирующих веществ (атомы, молекулы, кристаллы); основные процессы, возникающие в материалах при
воздействии различными видами возбуждающих излучений; закономерности разгорания и затухания люминесценции центров свечения и их особенности при различных уровнях возбуждения; закономерности собственной и примесной люминесценции природных и искусственных кристаллов; электронное строение и атомную конфигурацию типичных центров свечения в кристаллофосфорах; принципы и этапы планирования
научно-исследовательской работы; основные и специализированные методы и оборудование для экспериментальных исследований люминесценции, в том числе импульсные; современные методы инженерного и научного анализа экспериментальных результатов исследования люминесценции; основные типы промышленных люминофоров.
В результате освоения дисциплины магистрант должен уметь:
определять тип люминесцирующего вещества и характер люминесценции
(собственная, примесная и др.); устанавливать по известным заданным
(энергетическим, спектральным, кинетическим) параметрам и характеристикам люминесценции механизмы возбуждении и затухания люминесценции; выбирать методы и оборудование для изучения излучательных
характеристик материалов; критически оценивать полученные экспериментальные результаты и определять их перспективность для целей люминесцентного спектрального анализа; находить и использовать научнотехническую информацию в исследуемой области из различных ресурсов,
в том числе на английском языке.
В результате освоения дисциплины магистрант должен владеть:
навыками обработки, анализа и систематизации экспериментальных результатов исследования стационарной и импульсной люминесценции
(разложение сложных спектров на элементарные составляющие, определение типа и параметров кинетики затухания свечения после импульсного
лазерного или электронного воздействия и др.); опытом использования
для анализа процессов, вызывающих и сопровождающих люминесценцию; опытом использования в процессе проведения исследований научнотехнической информации, Internet-ресурсов, баз данных и каталогов,
электронных журналов и патентов, поисковых ресурсов и др., в том числе,
на иностранном языке.
*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций
представлена в Основной образовательной программе подготовки магистров
по программе «Методы и техника импульсных оптико-физических исследований».
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Содержание разделов дисциплины
№
Темы аудиторных занятий
Раздел 1. Введение. Закономерности люминесценции
Тема 1. Определение люминесценции, классификация люминесценции. Основные характеристики и закономерности люминесценции (спектры излучения, правило Стокса, интенсивность, тушение люминесценции и др.).
Тема 2. Затухание свечения. Кинетики химических реакций. Скоростные уравнения.
2
Раздел 2. Люминесценция атомов и молекул
Тема 1. Атомно-флуоресцентная спектроскопия. Типы электронных переходов в атомах.
Тема 2. Люминесценция молекул (определения и классификация
по способам возбуждения, длительности и механизмам). Электронные переходы и типы люминесценции в молекулах. Характеристики люминесцирующих молекул.
3
Раздел 3. Люминесценция твердых тел
Тема 1. Основные представления об электронном строении кристаллов. Зонная модель кристаллофосфоров. Статистика электронов. Структура электронных переходов (фундаментальные и активаторные). Понятие центров поглощения и люминесценции. Виды
переходов с испусканием люминесценции. Происхождение локальных уровней в зонной схеме.
Тема 2. Собственная и примесная люминесценция кристаллов.
Основные представления о процессах возбуждения (селективные и
неселективные способы возбуждения свечения, механизмы передачи энергии центрам свечения, источники возбуждения). Собственная люминесценция полупроводниковых и диэлектрических
кристаллов. Примесная люминесценция (внутрицентровая, рекомбинационная, межпримесная).
Тема 3. Аналитическое описание формы полос люминесценции.
Энергетические уровни свободных ионов Tl+ в кристалле КСl.
Конфигурационные координаты. Положение максимумов. Стоксов сдвиг. Вид спектров люминесценции при различных степенях
электрон-фононных взаимодействий. Температурная зависимость
полуширины полос.
Тема 4. Скоростные уравнения при внутрицентровых процессах
люминесценции. Кинетика рекомбинационной люминесценции
кристаллофосфоров. Зонная модель рекомбинационной люминесценции кристаллофосфоров. Диффузионная модель рекомбинационной люминесценции кристаллофосфоров.
4
Раздел 4. Применение люминесценции
Тема 1. Аппаратура и техника измерения люминесценции. Оптические схемы возбуждения и регистрации люминесценции. Градуировка по спектральной чувствительности.
Тема 2. Люминесцентная спектрометрия с временным разрешением. Импульсная катодолюминесценция. Анализ и обработка результатов импульсных измерений. Методы разложения спектров
на элементарные составляющие.
Тема 3. Основы люминесцентного спектрального анализа. Качественный и количественный люминесцентный анализ. Стандартные образцы и градуировочный график. Применение люминес1
Вид заня- Часы
тий
10
Лекции,
4
практика
Лекции
Практика
Лекции,
практика
6
10
2
8
Лекции,
практика
Лекция,
практика
22
4
Лекции,
практика
6
Лекции,
практика
6
6
Лекции,
практика
Лекция,
практика
12
4
4
Лекции,
практика
2
центного анализа в химии, геологии, минералогии, биологии, медицине, в сельском хозяйстве и др.
Тема 4. Промышленные люминофоры. Принципы изготовления
Лекции,
кристаллофосфоров. Активаторы и соактиваторы. Компенсации
практика
заряда. Основные этапы синтеза люминофоров. Люминофоры для
газоразрядных ламп. Катодолюминофоры. Электролюминофоры.
Светодиоды. Рентгенолюминофоры. Светосоставы постоянного
действия.
2
4.2. Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения
№
Название раздела/темы
1
Закономерности
люминесценции
Люминесценция
атомов и молекул
Люминесценция
кристаллов
2
3
4
5
6
Вид спектров и
кинетика затухания свечения кристаллов
Применение люминесценции
Промежуточная
аттестация
Итого
Аудиторная работа (час)
Лекции Практ./ Лаб.
сем.
зан.
2
8
Раздел 1
4
6
Раздел 2
4
6
Раздел
3, темы
1, 2
4
8
Раздел
3, темы
3, 4
4
8
Раздел
4, темы
1-4
СРС
(час)
Итого
Формы текущего
контроля и аттестации
16
26
14
24
14
24
14
26
Письменная контрольная работа
14
26
Письменная контрольная работа
Письменная контрольная работа
Письменная контрольная работа
Экзамен
18
36
-
72
126
После сдачи письменных работ проводится устное собеседование.
4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3.
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Формируемые
компетенции
Р1
Р2
Р3
Р4
Р5
Р6
1
х
х
х
х
Разделы дисциплины
2
3
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
4
х
х
х
х
х
х
7.
8.
9.
10.
Р7
Р9
Р10
Р13
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
5. Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов
учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности магистрантов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.
Методы и формы
активизации деятельности
Дискуссия
IT-методы
Командная работа
Опережающая СРС
Индивидуальное обучение
Проблемное обучение
Обучение на основе
опыта
Виды учебной деятельности
ЛК
Практика, семиСРС
нар
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
 изучение теоретического материала дисциплины на лекциях, в том числе, с
использованием компьютерных технологий;
 самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы, лекций;
 закрепление теоретического материала путем выполнения проблемноориентированных, поисковых, творческих индивидуальных заданий.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов (CРC)
6.1. Текущая и опережающая СРС направлены на самостоятельное
изучение, углубление и закрепление знаний, закрепление и развитие
практических умений и навыков и включают в себя следующие виды работ:
 проработка лекций;
 поиск и обзор литературы и электронных источников информации, в том
числе на иностранном языке, для выполнения индивидуального задания;
 подготовка к семинарским занятиям;
 изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
 выполнение индивидуальных заданий;
 подготовка к экзамену.
6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
6.2.1. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
- зонная модель кристаллических твердых тел (кристаллофосфоров);
- источники и способы возбуждения люминесценции;
- температурная зависимость полуширины полос излучения (поглощения),
формула Смакулы;
- градуировка измерительного тракта спектрометра по спектральной чувствительности;
- принципы изготовления кристаллофосфоров, основные этапы синтеза люминофоров.
6.2.2. Темы индивидуальных заданий:
- люминесцентный спектральный анализ кристаллофосфоров;
- люминесцентный спектральный анализ растворов;
- люминофоры для источников света (состав, получение, применение);
- принцип работы, конструкции и светотехнические параметры светодиодов;
- поляризованная люминесценция центров свечения;
- параметры спектров люминесценции молекул;
- параметры спектров внутрицентровой люминесценции в кристаллах при
различных степенях электрон-фононных взаимодействий;
- экситонная люминесценция полупроводников;
- экситонная люминесценция диэлектриков;
- анализ кинетики затухания люминесценции.
6.3. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство
двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.
6.4. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Все образовательные ресурсы для обеспечения самостоятельной работы
магистрантов приведены в разделе 8 «Учебно-методическое и информационное обеспечение».
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения
дисциплины (фонд оценочных средств)
7.1. Оценка успеваемости магистрантов осуществляется по результатам:
- контрольных работ (4 работы в семестре);
- анализа подготовленных магистрантами рефератов по индивидуальным заданиям;
- устного опроса на лекциях-семинарах;
- во время экзамена в десятом семестре (для выявления степени приобретенных при изучении дисциплины знаний, умений, навыков).
7.2. Экзаменационные билеты состоят из двух теоретических вопросов
(по материалам лекций) и одного проблемного (обычно по теме индивидуального задания). Примеры экзаменационных вопросов:
1. Люминесценция молекул (приведите классификацию по способам воз-
буждения, длительности и механизмам).
2. Опишите закономерности кинетики внутрицентровой люминесценции
кристаллофосфоров.
3. Какими способами при измерениях импульсной катодолюминесценции
можно различать моно- и бимолекулярный характеры затухания свечения?
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)
Основная литература:
1. Левшин Л.В., Салецкий А.М. Люминесценция и ее измерения: молекулярная люминесценция. – М: Изд-во МГУ, 1989. – 272 с.
2. Лисицын В.М., Корепанов В.И. Спектральные измерения с временным
разрешением. – Томск: Изд. ТПУ, 2007. – 94 с.
3. Корепанов В.И. Импульсный люминесцентный анализ: учебное пособие
.– Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008.– 131с.
4. Гурвич А.М. Введение в физическую химию кристаллофосфоров.М.:Высшая школа.-1982.-376 с.
Дополнительная литература:
1. Кюри Д. Люминесценция кристаллов. – М.: Иностр. лит., 1961. – 200 с.
2. Мотт Н., Герни Р. Электронные процессы в ионных кристаллах / пер.
с англ. – М.: ИЛ, 1960. – 304 с.
3. Пека Г.П., Коваленко В.Ф., Куценко В.Н. / под ред. Г.П. Пека. – Киев:
Техника, 1986. – 152 с.
4. Таращан А.Н. Люминесценция минералов. – Киев: Наукова думка, 1978. –
296 с.
5. Физика соединений АIIBVI / под ред. А.Н. Георгобиани, М.К. Шейнкмана. – М.: «Наука», 1986. – 320 с.
6. Марфунин А.С. Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах. – М.: Недра, 1975. – 327 с.
7. Горобец Б.С. Рогожин А.А. Спектры люминесценции минералов. Справочник. – М.: Изд-во ВИМС, 2001. – 312 с.
8. Алукер Э.Д., Чернов С.А., Лусис Д.Ю. Электронные возбуждения и радиолюминесценция щелочно-галоидных кристаллов // Рига:Зинатне.1979.-251 с.
9. Фок М.В. Введение в кинетику люминесценции кристаллофосфоров //
М.:Наука.-1964.10. Головина А.П., Левшин Л.В. Химический люминесцентный анализ неорганических веществ // М.:Химия.-1978.
11. Казанкин О.Н. и др. Неорганические люминофоры // Л.:Химия.-1975.192 с.
12. Феофилов П.М. Поляризованная люминесценция атомов, молекул и
кристаллов//М.:Наука.-1959.
13. Гришаева Т.И. Методы люминесцентного анализа: Учебное пособие для
вузов. СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2003. 226 с. + илл.
Internet-ресурсы:
http://www.avantes.ru/articles/up1/50.php Сайт фирмы Авантес.
http://heuristic.maxrain.info/home/ Межотраслевая Интернет-система поиска и
синтеза физических принципов действия преобразователей энергии.
9. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)
* приложение – Рейтинг-план освоения дисциплины в течение семестра.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС-2010 по направлению 200400 «Оптотехника», профиль
«Методы и техника импульсных оптико-физических исследований».
Автор:
Корепанов В.И.
Программа одобрена на заседании кафедры ЛИСТ ИФВТ
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).