Квантовая радиофизика - Основные образовательные программы

ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ
от 21.10.2015
Рег. номер:
Дисциплина:
Учебный план:
Вид УМК:
Инициатор:
Автор:
Кафедра:
УМК:
Дата заседания
УМК:
Протокол
заседания УМК:
2118-1 (08.06.2015)
Квантовая радиофизика
03.03.03 Радиофизика/4 года ОДО
Электронное издание
Дубов Владимир Петрович
Дубов Владимир Петрович
Кафедра радиофизики
Физико-технический институт
01.06.2015
8
Согласующие
ФИО
Дата
получени
я
Дата
согласовани
я
Зав. кафедрой
(Зав. кафедрой (к.н.))
Михеев
Владимир
Александрович
25.05.201
5 13:58
03.06.2015
14:14
Рекомендован
ок
электронному
изданию
Председатель УМК
(Доцент (к.н.))
Креков Сергей
Александрович
03.06.201
5 14:14
03.06.2015
19:50
Согласовано
Менеджер ИБЦ
(специалист по
книгообеспеченности
)
Беседина
Марина
Александровна
Ульянова
Елена
Анатольевна
(Беседина
Марина
Александровна
)
03.06.201
5 19:50
06.06.2015
10:24
Согласовано
Подписант:
Дата подписания:
Результат
согласования
Креков Сергей Александрович
08.06.2015
Комментари
и
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Физико-технический институт
Кафедра радиофизики
Дубов В.П.
КВАНТОВАЯ РАДИОФИЗИКА
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа
для студентов направления 030303 «Радиофизика»
Форма обучения очная
Тюменский государственный университет
2015
Дубов В.П. «Квантовая радиофизика» Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для
студентов направления 03.03.03 «Радиофизика». Форма обучения очная. Тюмень, 2015, _23_ стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом
рекомендаций и ПрОП ВО по направлению и профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины «Квантовая радиофизика» опубликована на сайте ТюмГУ:
«Квантовая радиофизика» [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3plus.utmn.ru.,
свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой радиофизики. Утверждено и.о.директора Физикотехнического института.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР:
заведующий кафедрой радиофизики Михеев В.А., к.ф.-м.н., доцент
© Тюменский государственный университет, 2015.
© Дубов В.П. 2015.
5
1.
Пояснительная записка
Дисциплина «Квантовая радиофизика» в соответствии с ФГОС ВО по направлению
подготовки 03.03.03 «Радиофизика» является дисциплиной профессионального цикла ОП
подготовки бакалавров. Изучение этой дисциплины является актуальным на современном
этапе развития человеческого знания. Появление лазеров послужило мощным толчком в
развитии всех направлений в науке, связанных с оптическими явлениями и
взаимодействием излучения с веществом, появились новые научные направления, такие как
нелинейная оптика, нелинейная спектроскопия и др. Большая мощность лазерного
излучения дает возможность открывать и изучать новые нелинейные явления и эффекты.
1.1.
Цели и задачи дисциплины
Целью курса «Квантовая радиофизика» является продолжение ознакомления студентов
с проблемами взаимодействия электромагнитного поля с веществом, основными
принципами устройства и работы оптических квантовых генераторов. Оптические
квантовые генераторы в настоящее время играют большую роль в науке, медицине,
промышленности а также в военной технике. Результаты, достигнутые на сегодняшний
день в квантовой электронике, показывают на возрастание этой роли и на распространение
лазерной техники в области высоких технологий, такие как термоядерный синтез,
нанотехнологии, космические исследования и т.д.
Задачи дисциплины - сформировать у студентов основные знания, навыки и умения,
позволяющие быстро осваивать эксплуатацию экспериментальных установок и устройств с
использованием лазерных источников излучения.
1.2.
Место дисциплины в структуре ОП бакалавриата
Дисциплина «Квантовая радиофизика» входит в базовую часть профессионального
цикла подготовки для направления 03.03.03 «Радиофизика». Изучение её базируется на
следующих дисциплинах: «Высшая математика», «Общая физика», «Радиоэлектроника»,
«Нелинейная оптика», «Прикладная радиофизика»
№
п/п
1.
2.
3.
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
Таблица 1.
Наименование
Темы
дисциплины
необходимые
для
изучения
обеспечиваемых
обеспечиваемых (последующих) дисциплин
(последующих)
1.4 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4
дисциплин
Практикум
по
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
квантовой радиофизике
Волоконно-оптические
+
+
+
+
+
+
+
+
системы передачи
Основы молекулярной
+
+
+
+
спектроскопии
1.3.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
настоящей образовательной программы.
В соответствии с ФГОС ВО настоящая дисциплина направлена на формирование
следующих компетенций:
 способность к овладению базовыми знаниями в области математики и
естественных наук, их использованию в профессиональной деятельности (ОПК-1);
 способность понимать сущность и значение информации в развитии
современного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом
6
процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том
числе защиты государственной тайны (ОПК-4)
 способность понимать принципы работы и методы эксплуатации современной
радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования (ПК-1).
1.4.
Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине
(модулю):
В результате изучения дисциплины «Квантовая радиофизика» студенты должны знать:

базовые принципы теории взаимодействия излучения с веществом;

основные физические принципы нелинейного взаимодействия излучения с
веществом;

основные типы лазеров и принципы их работы;

способы накачки лазерных сред и принципы работы блоков питания
современных квантовых генераторов;

основные механизмы процессов, проходящих в квантовых системах,
помещенных в резонатор;

знать правила техники безопасности при работе с лазерным излучением.
уметь:

рассчитывать простейшие квантовые оптические устройства;

практически использовать квантовые оптические устройства;

пользоваться профессиональной терминологией;

работать на простейших лазерных установках.
владеть:

навыками практической работы с квантовыми генераторами различных
типов;

навыками работы с высоковольтным оборудованием;

навыками работы с оптическими устройствами, спектральными приборами,
измерительной техникой.
2.
Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 8. Форма промежуточной аттестации - зачет. Общая трудоемкость дисциплины
составляет 2 зачётные единицы, 72 академических часа, из них 50,2 часа, выделенных на
контактную работу с преподавателем (в т.ч. иные виды работы (контактной) 2,2 часа), 21,8
часа, выделенных на самостоятельную работу.
3.
Тематический план дисциплины.
Модуль 1
из них в интерактивной
форме
Итого количество
баллов
3
1-5
Итого часов по теме
2
Самостоятель
ная работа*
1
Практические
занятия
Темы
Лекции
№
Недели семестра
Таблица 2
Виды учебной
работы и
самостоятельная
работа, в час.
4
5
6
7
8
9
7
1.1
1.2
Введение. История развития
квантовой электроники и создания
квантовых генераторов
Населенности энергетических
уровней
1
1
3
5
1
0-2
2
2
1
5
1
0-10
1.3
Спонтанное излучение
2
2
1
5
1
0-10
1.4
Механизмы уширения
спектральных линий
1
1
4
6
2
0-10
Всего по 1-му модулю
6
6
9
21
5
0-32
2
2
2
6
1
0-7
2
2
5
9
1
0-8
2.1
2.2
Модуль 2
Взаимодействие внешнего
излучения с двухуровневой
системой
Квантование электромагнитного
поля
6-10
2.3
Молекулярные системы
2
2
1
5
1
0-7
2.4
Процессы накачки
2
2
1
5
1
0-7
2.5
Основные типы квантовых
генераторов
2
2
1
5
1
0-7
Всего по 2-му модулю
10
10
10
30
5
0-36
2
2
2
6
1
0-10
2
2
1
5
1
0-12
2
2
5
1
0-10
2
2
5
1
0-10
8
8
5
21
4
0-32
24
24
24
72
14
3.1
3.2
3.3
3.4
Модуль 3
Нелинейные оптические явления
Пассивные оптические резонаторы
Режимы работы лазеров
Свойства лазерного излучения
Всего по 3-му модулю
Итого за семестр (часов, баллов):
Из них в интерактивной форме
11-14
1
1
0100
14
*Самостоятельная работа (включая иные виды контактной работы).
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
Таблица 3
№ темы
Устный Письменные
Итого
опрос
работы
количество
4.
11.1
11.2
11.3
11.4
22.1
22.2
22.3
22.4
22.5
33.1
33.2
33.3
33.4
Модуль 1
Введение. История развития
квантовой
электроники
и
создания квантовых генераторов
Населенности
энергетических
уровней
Спонтанное излучение
Механизмы
уширения
спектральных линий
Всего по 1-му модулю
Модуль 2
Взаимодействие
внешнего
излучения
с
двухуровневой
системой
Квантование электромагнитного
поля
Молекулярные системы
Процессы накачки
Основные типы
квантовых
генераторов
Всего по 2-му модулю
Модуль 3
Нелинейные оптические явления
Пассивные
оптические
резонаторы
Режимы работы лазеров
Свойства лазерного излучения
Всего по 3-му модулю
Итого за семестр (часов,
баллов):
0-12
баллов
Подготовка
доклада
Контрольная
работа
Ответ на
практ.
занятии
8
0-1
0-27
0-1
0-1
0-1
0-1
0-2
0-1
0-2
0-5
0-1
0-32
0-31
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
0-1
0-5
0-12
0-16
0-15
0-16
0-12
0-15
0-15
0-2
0-1
0-36
0-27
0-2
0-1
0-1
0-1
0-5
0-15
0-1
0-1
0-32
0-100
0-12
0-40
0-15
0-15
0-15
0-45
5.
Содержание дисциплины.
Модуль 1
Тема 1.1. Введение. История развития квантовой электроники и создания
квантовых генераторов. Работы Эйнштейна, Планка и Дирака создание квантовой теории.
Мазер на аммиаке. Рубиновый лазер Меймана. Космический мазер.
Тема 1.2. Населенности энергетических уровней. Безызлучательные переходы.
Спонтанные и вынужденные переходы. Вероятности поглощения и вынужденного
излучения. Коэффициенты Эйнштейна. Кинетические уравнения.
Тема 1.3. Спонтанное излучение. Классический и квантовый подходы.
Сверхизлучение, суперлюминесценция и спонтанное излучение. Безызлучательная
релаксация
Тема 1.4. Механизмы уширения спектральных линий. Однородное уширение.
Естественное и столкновительное уширения. Неоднородное уширение. Допплеровское
9
уширение в газовых лазерах. Фойгтовское уширение. Уширение линий и вероятность
переходов.
Модуль 2
Тема 2.1. Взаимодействие внешнего излучения с двухуровневой системой.
Коэффициент поглощения. Накачка активной среды. Трехуровневая система в резонансном
поле излучения. Инверсия населенности. Четырехуровневая система. Насыщение
поглощения и усиления. Вырождение уровней.
Тема 2.2. Квантование электромагнитного поля. Классическая трактовка колебаний
поля в резонаторе. Квантовая трактовка поля в резонаторе. Экспериментальные факты,
свидетельствующие о реальности нулевых колебаний поля.
Тема 2.3. Молекулярные системы. Энергетические уровни молекул. Заселённости
уровней. Излучательные и безызлучательные переходы в молекулярных системах.
Тема 2.4. Процессы накачки. Оптическая накачка. КПД и распределение энергии
накачки. Электрическая накачка. Электронный удар. Резонансная передача энергии. Другие
способы накачки активной среды.
Тема 2.5. Основные типы квантовых генераторов. Твердотельные лазеры не рубине
и неодиме. ОКГ на растворах органических красителей. Газовые лазеры на нейтральных
атомах, молекулярные и ионные лазеры. Полупроводниковые и химические лазеры.
Модуль 3
Тема 3.1. Нелинейные оптические явления. Модель Лоренца. Синхронная перекачка
энергии в двулучепреломляющих кристаллах. ГВГ плоской монохроматической волны.
Генерация суммарной частоты. Самовоздействие световых волн. Параметрические
генераторы света. Способы перестройки ПГС.
Тема 3.2. Пассивные оптические резонаторы. Плоскопараллельный резонатор.
Теория Шавлова и Таунса. Теория Фокса и Ли. Моды и добротность оптических
резонаторов. Конфокальный резонатор. Обобщённый резонатор и формирование поля
излучения. Условие устойчивости. Неустойчивые резонаторы.
Тема 3.3. Режимы работы лазеров. Непрерывный режим работы трёх- и
четырёхуровневых лазеров. Оптимальная связь на выходе лазера. Условия
самовозбуждения. Насыщение усиления в активной среде. Режим модуляции добротности и
пичковый режим твердотельных лазеров.
Тема 3.4.Свойства лазерного излучения. Монохроматичность. Когерентность.
Степень пространственной и временной когерентности. Направленность излучения лазера.
Лазерная спекл-картина. Яркость.
6.
Планы семинарских занятий
Практические занятия проводятся в интерактивной форме с обсуждением темы занятия,
докладов студентов и решением задач по темам курса.
Примерные темы и задачи для практических занятий
Занятие 1. Обсуждение устройства и принципа работы мазера на аммиаке. Решение
задач 1.1, 1.2 и 1.4 из [1].
Занятие 2. Населенности энергетических уровней. Спонтанные и вынужденные
переходы. Вероятности поглощения и излучения. Вероятности поглощения и
вынужденного излучения. Доклады. Решение задач: 2.2 – 2.5 [1].
Занятие 3. Спонтанное излучение. Роль спонтанного излучения в квантовом
генераторе. Свойства и особенности спонтанного излучения.
Занятие 4. Однородное уширение и неоднородное уширение в квантовых генераторах.
Доклады. Решение задач: 2.6 – 2.9 [1].
Занятие 5. Накачка активной среды. Трехуровневая система в резонансном поле
излучения. Инверсия населенности. Четырехуровневая система. Насыщение поглощения и
усиления. Доклады. Решение задач: 2.11 – 2.12 и 3.1 [1].
10
Занятие 6. Квантование электромагнитного поля. Экспериментальные факты,
свидетель-ствующие о реальности нулевых колебаний поля. Примеры решения уравнений
Максвелла. Доклады.
Занятие 7. Классический и квантовый подходы к рассмотрению колебаний поля в
резона-торе. Доклады.
Занятие 8. Энергетические уровни молекул. Заселённости уровней. Излучательные и
безызлучательные переходы в молекулярных системах. Доклады. Решение задач: 2.13 –
2.15 [1].
Занятие 9. Процессы накачки. Оптическая накачка. КПД и распределение энергии
накачки. Электрическая накачка. Электронный удар. Доклады.
Занятие 10. Основные типы квантовых генераторов. Твердотельные лазеры не рубине
и неодиме. ОКГ на растворах органических красителей. Газовые лазеры на нейтральных
атомах, молекулярные и ионные лазеры. Доклады.
Занятие 11. Нелинейные оптические явления. Самовоздействие световых волн.
Параметрические генераторы света. Способы перестройки ПГС Доклады..
Занятие 12. Пассивные оптические резонаторы. Плоскопараллельный резонатор. Моды
и добротность оптических резонаторов. Конфокальный резонатор. Доклады. Решение
задач: 4.1 – 4.8. [1].
Занятие 13. Режимы работы лазеров. Непрерывный режим работы трёх- и
четырёхуров- невых лазеров. Оптимальная связь на выходе лазера. Доклады. Решение
задач.
Занятие 14. Свойства лазерного излучения. Монохроматичность. Когерентность.
Степень пространственной и временной когерентности. Направленность излучения.
Доклады.
7.
Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум).
Лабораторный практикум вынесен в отдельную дисциплину.
8.
Примерная тематика курсовых работ
Учебным планом не предусмотрены.
1.1
1.2
1.3
Модуль 1
Введение. История развития
квантовой
электроники
и
создания
квантовых
генераторов
Населенности
уровней
Кол-во
баллов
1-5
Подготовка к
практическим
занятиям,
контрольным
работам
энергетических Подготовка к
практическим
занятиям,
контрольным
работам
Спонтанное излучение
Объем
часов
Неделя
семестра
9.
Учебно-методическое обеспечение и планирование самостоятельной
работы студентов.
Таблица 4
№ Модули и темы
Виды СРС
Обязательные Дополнительные
Подготовка
к
Работа
с
дополнитель
ной учебной
литературой.
Работа
с
дополнитель
ной учебной
литературой.
Работа
с
0-2
1
0-2
1
1
0-2
11
1.4
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
практическим
занятиям,
контрольным
работам
Механизмы
уширения Подготовка к
спектральных линий
практическим
занятиям,
контрольным
работам
Всего по 1-му модулю
Модуль 2
Взаимодействие
внешнего Подготовка к
излучения с двухуровневой практическим
системой
занятиям,
контрольным
работам
Квантование
Подготовка к
электромагнитного поля
практическим
занятиям,
контрольным
работам
Молекулярные системы
Подготовка к
практическим
занятиям,
контрольным
работам
Процессы накачки
Подготовка к
практическим
занятиям,
контрольным
работам
Основные типы
квантовых Подготовка к
генераторов
практическим
занятиям,
контрольным
работам
Всего по 2-му модулю
Модуль 3
Нелинейные
оптические Подготовка к
явления
практическим
занятиям,
контрольным
работам
Пассивные
оптические Подготовка к
резонаторы
практическим
занятиям,
контрольным
работам
Режимы работы лазеров
Подготовка к
практическим
занятиям,
дополнитель
ной учебной
литературой.
Работа
с
дополнитель
ной учебной
литературой.
0-2
2
5
0-8
6-12
Работа
с
дополнитель
ной учебной
литературой.
2
0-2
Работа
с
дополнитель
ной учебной
литературой.
1
0-2
Работа
с
дополнитель
ной учебной
литературой.
1
0-2
Работа
с
дополнитель
ной учебной
литературой.
1
0-4
Работа
с
дополнитель
ной учебной
литературой.
1
0-2
6
0-12
13-18
Работа
с
дополнитель
ной учебной
литературой.
Работа
с
дополнитель
ной учебной
литературой.
Работа
с
дополнитель
ной учебной
0-2
2
0-2
1
1
0-2
12
3.4
Свойства лазерного излучения
контрольным
работам
Подготовка к
практическим
занятиям,
контрольным
работам
литературой.
Работа
с
дополнитель
ной учебной
литературой.
Всего по 3-му модулю
Итого за
баллов):
семестр
(часов,
1
0-2
5
0-8
16
0-28
*Самостоятельная работа (включая иные виды контактной работы).
10.
Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по
итогам освоения дисциплины (модуля).
10.1. Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе
освоения образовательной программы (выдержка из матрицы
компетенций):
ОПК-1: Способность к овладению базовыми знаниями в области математики и
естественных наук, их использованию в профессиональной деятельности;
Б1.Б.11
Б1.Б.12.1
Б1.Б.12.2
Б1.Б.12.3
Б1.Б.12.4
Б1.Б.12.5
Б1.Б.12.6
Б1.Б.13.1
Б1.Б.13.2
Б1.Б.13.3
Б1.Б.13.4
Б1.Б.13.5
Б1.Б.14.1
Б1.Б.14.2
Б1.Б.14.3
Б1.Б.14.4
Б1.Б.14.5
Б1.Б.15.1
Б1.Б.16.1
Б1.Б.16.2
Б1.Б.16.3
Б1.Б.16.4
Б1.Б.16.5
Б1.Б.17.1
Б1.Б.17.2
Б1.Б.17.3
Б1.Б.17.4
Б1.Б.17.5
Б1.Б.17.6
Б1.Б.19.1
Б1.Б.19.2
Экология (3 семестр)
Математический анализ (1-3 семестр)
Аналитическая геометрия (1 семестр)
Линейная алгебра (2 семестр)
Векторный и тензорный анализ (3 семестр)
Дифференциальные уравнения (3 семестр)
Теория вероятностей и математическая статистика (4 семестр)
Механика (1 семестр)
Молекулярная физика (2 семестр)
Электричество и магнетизм (3 семестр)
Оптика (4 семестр)
Физика атома, ядра и элементарных частиц (5 семестр)
Практикум по механике (1 семестр)
Практикум по молекулярной физике (2 семестр)
Практикум по электричеству и магнетизму (3 семестр)
Практикум по оптике (4 семестр)
Практикум по атомной и ядерной физике (5 семестр)
Линейные и нелинейные уравнения физики (5 семестр)
Теория колебаний (3 семестр)
Физика сплошных сред (4 семестр)
Распространение электромагнитных волн (6 семестр)
Статистическая радиофизика (7 семестр)
Физика и техника СВЧ (6 семестр)
Электротехника (5 семестр)
Микропроцессоры (6 семестр)
Радиоэлектроника (6 семестр)
Физическая электроника (7 семестр)
Полупроводниковая электроника (7 семестр)
Квантовая радиофизика (8 семестр)
Методы модуляции и приема электромагнитных излучений (7 семестр)
Атомная спектроскопия (7 семестр)
13
Б1.Б.19.3
Б1.Б.19.4
Б1.В.ОД.1.1
Б1.В.ОД.1.2
Б1.В.ОД.1.3
Б1.В.ОД.1.4
Б1.В.ОД.1.5
Б1.В.ДВ.3.1
Б1.В.ДВ.3.2
Б1.В.ДВ.4.1
Б1.В.ДВ.4.2
Б1.В.ДВ.5.1
Б1.В.ДВ.5.2
Б1.В.ДВ.6.1
Б1.В.ДВ.6.2
Б1.В.ДВ.7.1
Б1.В.ДВ.7.2
Б1.В.ДВ.8.1
Б1.В.ДВ.8.2
Б1.В.ДВ.9.1
Б1.В.ДВ.9.2
Б1.В.ДВ.10.1
Б1.В.ДВ.10.2
Б1.В.ДВ.11.1
Б1.В.ДВ.11.2
Б1.В.ДВ.13.1
Б1.В.ДВ.13.2
ИГА
Основы молекулярной спектроскопии (8 семестр)
Мультисервисные сети (8 семестр)
Теоретическая механика (4 семестр)
Электродинамика (5 семестр)
Квантовая механика (6 семестр)
Термодинамика (7 семестр)
Статистическая физика. Физическая кинетика (8 семестр)
Основы построения систем передачи (2 семестр)
Цифровые системы передачи (2 семестр)
Объектно-ориентированное программирование (3 семестр)
Радиофизические методы исследования вещества (3 семестр)
Теория функций комплексного переменного (4 семестр)
Интегральные уравнения и вариационное исчисление (4 семестр)
Технические средства и методы защиты информации (4 семестр)
Электронные методы защиты информации (4 семестр)
Основы сетевых технологий (часть 1) (5 семестр)
Фотомикрофлюидика (часть 1) (5 семестр)
Основы сетевых технологий (часть 2) (6 семестр)
Фотомикрофлюидика (часть 2) (6 семестр)
Астрофизика (7 семестр)
Астрономия (7 семестр)
Нелинейная оптика (7 семестр)
Теория оптических приборов (7 семестр)
Радиотехнические цепи и сигналы (7 семестр)
Теория обработки сигналов и сообщений (7 семестр)
Управление телекоммуникационными сетями (8 семестр)
Волоконно-оптические системы передачи (8 семестр)
Итоговая государственная аттестация (8 семестр)
ОПК-4: Способность понимать сущность и значение информации в развитии
современного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе,
соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты
государственной тайны
Б1.Б.9
Б1.Б.10
Б1.Б.17.5
Б1.Б.17.6
Б1.В.ДВ.2.1
Б1.В.ДВ.6.1
Б1.В.ДВ.6.2
Информатика (1 семестр)
Программирование (2 семестр)
Полупроводниковая электроника (7 семестр)
Квантовая радиофизика (8 семестр)
Правоведение (6 семестр)
Технические средства и методы защиты информации (4 семестр)
Электронные методы защиты информации (4 семестр)
ПК-1: Способность понимать принципы работы и методы эксплуатации современной
радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования
Б1.Б.14.3
Б1.Б.14.4
Б1.Б.16.3
Б1.Б.16.4
Б1.Б.16.5
Б1.Б.17.1
Практикум по электричеству и магнетизму (3 семестр)
Практикум по оптике (4 семестр)
Распространение электромагнитных волн (6 семестр)
Статистическая радиофизика (7 семестр)
Физика и техника СВЧ (6 семестр)
Электротехника (5 семестр)
14
Б1.Б.17.2
Б1.Б.17.3
Б1.Б.17.6
Б1.Б.18.1
Б1.Б.18.2
Б1.Б.18.3
Б1.Б.18.4
Б1.Б.18.5
Б1.В.ДВ.3.1
Б1.В.ДВ.3.2
Б1.В.ДВ.4.2
Б1.В.ДВ.7.1
Б1.В.ДВ.7.2
Б1.В.ДВ.8.1
Б1.В.ДВ.8.2
Б1.В.ДВ.10.1
Б1.В.ДВ.10.2
Б1.В.ДВ.11.1
Б1.В.ДВ.11.2
Б1.В.ДВ.13.1
Б1.В.ДВ.13.2
Б2.У.1
Б2.П.1
Б2.П.2
Б2.П.3
Б2.Н.1
Б2.Н.2
ИГА
Микропроцессоры (6 семестр)
Радиоэлектроника (6 семестр)
Квантовая радиофизика (8 семестр)
Практикум по электротехнике (5 семестр)
Практикум по электронике и схемотехнике(6 семестр)
Практикум по СВЧ (6 семестр)
Практикум по методам модуляции и приема электромагнитных
излучений (7 семестр)
Практикум по квантовой радиофизике (8 семестр)
Основы построения систем передачи (2 семестр)
Цифровые системы передачи (2 семестр)
Радиофизические методы исследования вещества (3 семестр)
Основы сетевых технологий (часть 1) (5 семестр)
Фотомикрофлюидика (часть 1) (5 семестр)
Основы сетевых технологий (часть 2) (6 семестр)
Фотомикрофлюидика (часть 2) (6 семестр)
Нелинейная оптика (7 семестр)
Теория оптических приборов (7 семестр)
Радиотехнические цепи и сигналы (7 семестр)
Теория обработки сигналов и сообщений (7 семестр)
Управление телекоммуникационными сетями (8 семестр)
Волоконно-оптические системы передачи (8 семестр)
Учебная практика (2 семестр)
Производственная практика (4 семестр)
Производственная практика (6 семестр)
Преддипломная практика (8 семестр)
Курсовая работа (5 семестр)
Курсовая работа (6семестр)
Итоговая государственная аттестация (8 семестр)
Коды
компетенции
10.2. Описание показателей и критериев оценивания компетенций на
различных этапах их формирования, описание шкал оценивания:
Таблица 5.
Карта критериев оценивания компетенций
ОПК-1
Результаты обучения по уровням освоения материала
Пороговый
(удовл.)
61-75 баллов
основные
формулы
математики,
основные
принципы
естественных наук
на минимальном
уровне и методы
их использования
в
профессионально
й деятельности
Базовый
(хор.)
76-90 баллов
основные формулы
математики,
основные
принципы и законы
естественных наук
на базовом уровне
и основные методы
их корректного
использования в
профессиональной
деятельности
Повышенный
(отл.)
91-100 баллов
основные формулы
математики,
основные принципы
и законы
естественных наук на
повышенном
уровне, а также
знает на высоком
уровне основные
методы их
корректного
использования в
Виды
занятий
Оценочные
средства
Лекции, Контрольные
Практи работы.
ческие
Экзамены.
занятия.
15
применять на
минимальном
уровне основные
формулы
математики,
принципы
естественных наук
и методы их
использования в
профессионально
й деятельности
профессиональной
деятельности
применять на
повышенном уровне
основные формулы
математики,
принципы и понятия
естественных наук, а
также
современные методы
их использования в
профессиональной
деятельности
на минимальном
уровне и
понимает
значение
информации в
развитии
современного
общества, сознаёт
опасности и
угрозы,
возникающие в
этом процессе,
соблюдает
основные
требования
информационной
безопасности
объяснить на
минимальном
уровне значение
информации в
развитии
современного
общества, сознаёт
опасности и
угрозы,
возникающие в
этом процессе,
соблюдает
основные
требования
на повышенном
уровне знаниями в
области математики
и естественных наук,
а также
современными
методами их
корректного
использования в
профессиональной
деятельности
на базовом уровне и на повышенном
понимает значение
уровне и понимает
информации в
значение
развитии современ
информации в
ного общества,
развитии
сознаёт опасности и современного
угрозы,
общества, сознаёт
возникающие в
опасности и угрозы,
этом процессе,
возникающие в этом
соблюдает
процессе, соблюдает
основные
основные требования
требования инфор
информационной
мационной безопас безопасности, в том
ности, в том числе
числе защиты
защиты
государственной
государствен ной
тайны.
тайны.
объяснить на
объяснить на
базовом уровне
повышенном уровне
значение
значение
информации в
информации в
развитии
развитии
современного
современного
общества, сознаёт
общества, сознаёт
опасности и угрозы, опасности и угрозы,
возникающие в
возникающие в этом
этом процессе,
процессе, соблюдает
соблюдает
основные требования
основные
информационной
требования
безопасности, в том
информационной
числе защиты
применять на
базовом уровне
основные формулы
математики,
принципы и
понятия
естественных наук
и современные
методы их
использования в
профессиональной
деятельности
на минимальном
на базовом уровне
уровне знаниями в знаниями в области
области
математики и
математики и
естественных наук
естественных наук и современными
и их
методами их
использования в
использования в
профессионально профессиональной
й деятельности
деятельности
ОПК-4
Лекции, Контрольные
Практи работы.
ческие
Экзамены.
занятия.
16
информационной
безопасности
на минимальном
уровне знаниями о
сущности и
значении
информации в
развитии
современ ного
общества, сознаёт
опасности и
угрозы,
возникающие в
этом процессе,
соблюдает
основные
требования
информационной
безопасности
ПК-1
на пороговом
уровне основные
принципы работы
и методы
эксплуатации
современной
радиоэлектронной
и оптической
аппаратуры и
оборудования
на минимальном
уровне применять
основные
принципы работы
и методы
эксплуатации
современной
радиоэлектронной
и оптической
аппаратуры и
оборудования
на минимальном
уровне навыками
применения
основных
принципов работы
и методов
эксплуатации
современной
радиоэлектронной
и оптической
безопасности, в том
числе защиты
государственной
тайны
на базовом уровне
знаниями о
сущности и
значении информа
ции в развитии
современного
общества, сознаёт
опасности и угрозы,
возникающие в
этом процессе,
соблюдает
основные
требования
информационной
безопасности, в том
числе защиты
государственной
тайны
на базовом уровне
основные
принципы работы и
методы
эксплуатации
современной
радиоэлектронной и
оптической
аппаратуры и
оборудования
на базовом уровне
применять
основные
принципы работы и
методы
эксплуатации
современной
радиоэлектронной,
теплотехнической и
оптической
аппаратуры и
другого
физического
оборудования
на базовом уровне
навыками
применения
основных
принципов работы
и методов
эксплуатации
современной
радиоэлектронной и
оптической
информации,
относящейся к
государственной
тайне
на повышенном
уровне знаниями о
сущности и значении
информации в
развитии современ
ного общества,
сознаёт опасности и
угрозы,
возникающие в этом
процессе, соблюдает
основные требования
информационной
безопасности, в том
числе защиты
информации,
относящейся к
государственной
тайне
на повышенном
уровне принципы
работы и методы
эксплуатации
современной
радиоэлектронной,
теплотехнической и
оптической
аппаратуры и
оборудования
на повышенном
уровне применять
основные принципы
работы и методы
эксплуатации
современной
радиоэлектронной,
теплотехнической и
оптической
аппаратуры и
другого физического
оборудования
на повышенном
уровне навыками
применения
основных принципов
работы и методов
эксплуатации
современной
радиоэлектронной,
теплотехнической и
оптической
Лекции, Контрольные
Практи работы.
ческие
Экзамены.
занятия.
17
аппаратуры
аппаратуры и
оборудования
аппаратуры и
другого
физическогооборудо
вания
10.3. Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для
оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности,
характеризующей этапы формирования компетенций в процессе освоения
образовательной программы.
Примерный перечень тем докладов
1.
Работы Эйнштейна, Планка и Дирака по созданию квантовой теории.
2.
Мазер на аммиаке.
3.
Рубиновый лазер Меймана.
4.
Космический мазер.
5.
Вероятности поглощения и вынужденного излучения. Коэффициенты
Эйнштейна.
6.
Сверхизлучение и суперлюминесценция
7.
Вынужденное и спонтанное излучение.
8.
Однородное уширение. Естественное и столкновительное уширения.
9.
Неоднородное уширение. Допплеровское уширение в газовых лазерах.
10.
Фойгтовское уширение.
11.
Коэффициент поглощения. Накачка активной среды.
12.
Трехуровневая система в резонансном поле излучения.
13.
Четырехуровневая система в резонансном поле излучения.
14.
Насыщение поглощения и усиления.
15.
Экспериментальные факты, свидетельствующие о реальности нулевых
колебаний поля.
16.
Излучательные и безызлучательные переходы в молекулярных системах.
17.
Оптическая накачка. КПД и распределение энергии накачки.
18.
Электрическая накачка. Электронный удар. Резонансная передача энергии.
19.
Твердотельные лазеры не рубине и неодиме.
20.
ОКГ на растворах органических красителей.
21.
Газовые лазеры на нейтральных атомах, молекулярные и ионные лазеры.
22.
Полупроводниковые и химические лазеры.
23.
Генерация суммарной частоты и ГВГ.
24.
Самовоздействие световых волн.
25.
Параметрические генераторы света.
26.
Устойчивые и неустойчивые резонаторы.
27.
Непрерывный режим работы трёх- и четырёхуровневых лазеров.
28.
Оптимальная связь на выходе лазера.
29.
Режим модуляции добротности
30.
Пичковый режим твердотельных лазеров.
31.
Монохроматичность.
32.
Когерентность. Степень пространственной и временной когерентности.
33.
Направленность излучения лазера.
34.
Лазерная спекл-картина.
35.
Яркость лазерных источников
Примерный перечень вопросов к контрольной работе № 1
1. Устройство и работа аммиачного мазера.
2. Двухуровневая система. Безизлучательные переходы.
18
3. Уширение спектральных линий. Однородное уширение. Примеры.
4. Естественное уширение. Физический смысл.
5.
6. Неоднородное уширение спектральных линий. Примеры.
7. Спонтанные и вынужденные переходы.
8. Вероятности спонтанных и вынужденных переходов оптическом и
радиодиапазонах.
9. Коэффициенты Эйнштейна.
10.
Динамика населённости энергетических уровней, скоростные
уравнения.
11.
Изменение интенсивности излучения при прохождении через
вещество. Формула Бугера.
12.
Трехуровневые
системы.
Метастабильные
уровни.
Условия
возникновения инверсии.
13.
Скоростные уравнения. Трехуровневая система в слабом поле
накачки.. Графики.
14.
Скоростные уравнения. Трехуровневая система в сильном поле
накачки. Графики.
15.
Четырехуровневая система. Скоростные уравнения. Графики.
16.
Полный цикл работы ОКГ, от накачки до генерации.
17.
Усиление в активной среде. Эффект насыщения.
18.
Эффект насыщения. Интенсивность насыщения.
19.
Роль спонтанного излучения в работе ОКГ.
20.
Влияние накачки и генерации на уровень инверсии.
21.
Сравнительные характеристики трёх-, и четырёхуровневых систем.
22.
Чем определяется порог генерации ОКГ в теории и на практике.
Примерный перечень вопросов к контрольной работе № 2
1. Нелинейное взаимодействие излучения с веществом. Эталонное поле.
2. Нелинейные эффекты в «долазерный» период.
3. Нелинейные эффекты с лазерным излучением.
4. Условие синхронизма и способы его реализации.
5. Условия возникновения излучения второй гармоники
6. Различные приближения при описании ГВГ плоской монохроматичной
волны.
7. Параметрические генераторы света.
8. Понятие нелинейного зеркала
9. Продольные моды и контур усиления.
10. Формирование излучения в резонаторе.
11. Структура поперечных мод.
12. Роль резонатора и спонтанного излучения при возникновении генерации.
13. Добротность резонатора. Пять формул на основе понятия добротности.
14. Виды устойчивых резонаторов. G – диаграмма.
15. Понятие устойчивости резонатора. Примеры.
16. Преимущества и недостатки устойчивых резонаторов.
17. Неустойчивые резонаторы.
18. Преимущества и недостатки неустойчивых резонаторов.
19. Условие самовозбуждения.
20. Оптимальная связь на выходе лазера.
21. Режим модуляции добротности
22. Пичковый режим твердотельных лазеров.
23. Монохроматичность.
19
24.
25.
26.
27.
Когерентность. Степень пространственной и временной когерентности.
Направленность излучения лазера.
Лазерная спекл-картина.
Яркость лазерных источников
10.4. Методические материалы, определяющие процедуры оценивания знаний,
умений, навыков и (или) опыта деятельности характеризующих этапы
формирования компетенций.
Промежуточная аттестация. Студенты, выполнившие учебный план получают
оценку «зачтено». Студенты, набравшие 35 баллов, являются допущенными к сдаче
зачета. Студенты, набравшие от 35 до 60 баллов, получают «не зачтено». Студенты,
набравшие от 61 до 100 баллов, получают оценку «зачтено».
Зачёт проходит в виде собеседования по не менее трём вопросам из различных
разделов курса. На подготовку ответов (письменной или устной форме) отводится не
менее 30 минут. По вопросам проводится собеседование, в ходе которого могут быть
заданы дополнительные вопросы.
Примерный перечень вопросов к зачёту по курсу «Квантовая радиофизика»
1. Устройство и работа аммиачного мазера.
2. Двухуровневая система. Безизлучательные переходы.
3. Уширение спектральных линий. Однородное уширение. Примеры.
4. Неоднородное уширение спектральных линий. Примеры.
5. Спонтанные и вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнштейна.
6. Свойства фотонов, полученных при вынужденном испускании.
7. Изменение интенсивности излучения при прохождении через вещество.
Формула Бугера.
8. Трехуровневые системы. Метастабильные уровни. Условия возникновения
инверсии.
9. Скоростные уравнения. Трехуровневая система в слабом поле накачки..
Графики.
10.
Скоростные уравнения. Трехуровневая система в сильном поле
накачки. Графики.
11.
Четырехуровневая система. Скоростные уравнения. Графики.
12.
Принцип квантования поля в резонаторе.
13.Экспериментальные факты, свидетельствующие о реальности нулевых
колебаний поля.
14.
Полный цикл работы ОКГ, от накачки до генерации.
15.
Усиление в активной среде. Эффект насыщения.
16.
Эффект насыщения, интенсивность насыщения.
17.
Нелинейное взаимодействие излучения с веществом. Эталонное поле.
18.
Нелинейные эффекты в «долазерный» период.
19.
Нелинейные эффекты с лазерным излучением.
20.
Условие синхронизма и способы его реализации.
21.
Параметрические генераторы света.
22.
Структура поперечных мод.
23.
Продольные моды и контур усиления.
24.
Формирование излучения в резонаторе.
25.
Роль резонатора и спонтанного излучения при возникновении
генерации.
26.
Добротность резонатора. Пять формул на основе добротности.
27.
Виды устойчивых резонаторов. G – диаграмма.
28.
Неустойчивые резонаторы.
20
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
Условие самовозбуждения.
Режимы работы ОКГ.
Пичковый режим работы ОКГ.
Режим модуляции добротности.
Монохроматичность излучения лазеров.
Когерентность излучения лазеров.
Мощность и направленность лазерных источников.
11.
Образовательные технологии
В соответствии с требованиями ФГОС ВО при реализации различных видов
учебной работы в процессе изучения дисциплины «Квантовая радиофизика»
используются следующие активные и интерактивные формы проведения занятий:
 лекции с использованием мультимедийных презентаций;
 семинары, на которых обсуждаются основные проблемы, освещенные в
лекциях и сформулированные в «Тематике семинарских занятий»;
 письменные домашние задания в виде ведения тетради по семинарским
занятиям и написания реферата;
 самостоятельная работа студентов, в которую входит освоение
теоретического материала, подготовка к семинарским занятиям, написание реферата
по выбранной теме.
 консультации преподавателей.
Семинарские занятия в основном проводятся в интерактивной форме:
 обсуждение подготовленных студентами докладов по написанным ими
рефератам;
 дискуссии по теме семинарских занятий.
Кроме того используются дополнительные формы обучения по отдельным темам:
презентации по различным разделам курса.
12.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
(модуля).
12.1.
Основная литература:
1.
Шангина, Л. И. Квантовая и оптическая электроника [Электронный
ресурс] : учебное пособие / Л. И. Шангина. - Томск: Томский государственный
университет систем управления и радиоэлектроники, 2012. - 303 с. - . Режим
доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=208584 (дата обращения
23.01.2014).
2.
Якушенков, Ю. Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов
[Электронный ресурс] : учебник / Ю. Г. Якушенков. - М.: Логос, 2011. - 568 с.
Режим
доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=84994
(дата
обращения 23.01.2014).
12.2.
Дополнительная литература:
1.
Базовые лекции по электронике: сборник : в 2 т./ ред. В. М. Пролейко. Москва: Техносфера. - ISBN 978-5-94836-213-7
Т. 1: Электровакуумная, плазменная и квантовая электроника. - 2009. - 480 с.
2.
Квантовая радиофизика : учеб. пособие / С.-Петерб. гос. ун-т ; ред. В.
И. Чижик. - Санкт-Петербург : Изд-во СПбГУ, 2004. - 689 с. ; 24 см. - ISBN 5288-02255-0 (в пер.)
3.
Киреев, С.В. Лазеры и их применения в ядерных технологиях : учебное
пособие / С.В. Киреев, С.Л. Шнырев. - М. : МИФИ, 2008. - 180 с. - ISBN 978-5-
21
7262-0986-9 ; То же [Электронный ресурс]. URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=231128 (дата обращения
23.01.2014).
4.
Иванов, И.Г. Основы квантовой электроники : учебное пособие /
И.Г. Иванов ; Министерство образования и науки Российской Федерации,
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Южный федеральный университет",
Физический факультет. - Ростов-н/Д : Издательство Южного федерального
университета, 2011. - 174 с. - библиогр. с: С. 168-169. - ISBN 978-5-9275-0873-0 ;
То же [Электронный ресурс]. URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=241055 (дата обращения
23.01.2014).
5.
Дубов, Владимир Петрович. ОКГ и нелинейная оптика [Электронный
ресурс] : учеб. пособие / В. П. Дубов ; ред. Ю. Ф. Евстигнеева. - Электрон. дан. и
прогр. - Тюмень : Изд-во ТюмГУ. - [Б. м.] : Виндекс, 2008
12.3. Интернет-ресурсы:
1.
2.
3.
4.
http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/optics.htm
Электронная библиотека. http://e-library.su
Электронно-библиотечная система http://e.lanbook.com
Гордон А. Странности квантового
мира.www.youtube.com/watch?v=eAi46V9ZeNg (дата обращения 23.01.2014).
13.
Перечень
информационных
технологий,
используемых
при
осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая
перечень программного обеспечения и информационных справочных систем (при
необходимости).
Программного обеспечения по дисциплине «Квантовая радиофизика» не существует.
Пробное тестирование по различным разделам курса.
14.
Технические
средства
и
материально-техническое
обеспечение
дисциплины (модуля).
Лекционные аудитории с мультимедийным оборудованием, образцы голограмм,
действующие и макетные блоки квантовых генераторов.
15.
Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины
(модуля).
Формирование у студентов способностей и умения самостоятельно добывать знания из
различных источников, систематизировать полученную информацию и эффективно её
использовать происходит в течение всего периода обучения через участие студентов в
лекционных и практических (семинарских) занятиях, причём самостоятельная работа
студентов играет решающую роль в ходе всего учебного процесса.
15.1. Лекции.
Для понимания лекционного материала и качественного его усвоения студентам
необходимо вести конспекты лекций. В течение лекции студент делает пометки по тем
вопросам лекции, которые требуют уточнений и дополнений. Вопросы, которые
преподаватель не отразил в лекции, студент должен изучать самостоятельно.
15.2. Практические (семинарские) занятия.
22
При подготовке к семинарским занятиям следует использовать основную литературу из
представленного списка, а также руководствоваться приведенными указаниями и
рекомендациями. Для наиболее глубокого освоения дисциплины рекомендуется изучать
литературу, обозначенную как «Дополнительная» в представленном списке.
На семинарских занятиях рекомендуется принимать активное участие в обсуждении
проблем, возникающих при решении учебных задач, развивать способность на основе
полученных знаний находить наиболее эффективные решения поставленных проблем по
тематике семинарских занятий.
Студенту рекомендуется следующая схема подготовки к семинарскому занятию:
 проработка конспекта лекций;
 чтение рекомендованной основной и дополнительной литературы по изучаемому
разделу дисциплины;
 решение домашних задач. При выполнении упражнения или задачи нужно сначала
понять, что требуется в задаче, какой теоретический материал нужно использовать,
наметить план решения задачи.
 При возникновении затруднений следует сформулировать конкретные вопросы к
преподавателю.
15.3. Подготовка к зачёту.
Если в процессе самостоятельной работы над изучением теоретического материала или
при решении задач у студента возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не
удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения у него разъяснений или
указаний. В своих вопросах студент должен четко выразить, в чем он испытывает
затруднения, характер этого затруднения. За консультацией следует обращаться и в случае,
если возникнут сомнения в правильности ответов на вопросы самопроверки.
23
Дополнения и изменения к рабочей программе на 201__ / 201__ учебный год
В рабочую программу вносятся следующие изменения:
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Рабочая
программа
пересмотрена
и
одобрена
на
заседании
______________________________________ «__» _______________201 г.
Заведующий кафедрой ___________________/___________________/
Подпись
Ф.И.О.
кафедры