Лазерные технологии и оборудование
advertisement
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ Лазерные технологии и оборудование Направление (специальность) ООП: 12.04.02 «Оптотехника» Профили подготовки: «Фотонные технологии и материалы» Квалификация: магистр Базовый учебный план приема 2014 г. Курс 2 Cеместр 3 Количество кредитов 6 Код дисциплины: М.В1 Виды учебной деятельности Лекции, ч Практические занятия, ч Лабораторные занятия, ч Аудиторные занятия, ч Самостоятельная работа, ч ИТОГО, ч ОФ 8 32 24 64 132 196 Вид промежуточной аттестации: экзамен во 3 семестре Обеспечивающее подразделение: кафедра «Лазерной и световой техники» Заведующий кафедрой _____________ к.ф.-м.н., доцент Яковлев А. Н. Руководитель ООП _____________ д.ф.-м.н., профессор Корепанов В. И. Преподаватель _____________ д.ф.-м.н., профессор Ципилев В.П. 2014 г. Содержание рабочей программы 1 Цели освоения дисциплины Error! Bookmark not defined. 2 Место дисциплины в структуре ООП Error! Bookmark not defined. 3 Результаты освоения дисциплины Error! Bookmark not defined. 4 Структура и содержание дисциплины 14 4.1 Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения 14 4.2 Содержание разделов дисциплины 14 4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины 17 5 Образовательные технологии 18 6 Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов 6.1 Текущая и опережающая самостоятельная работа студентов (СРС) 19 19 6.1.1 Цели СРС 19 6.1.2Темы, выносимые на самостоятельную проработку 19 6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) 19 6.2.1 Цели ТСР 19 6.2.2 Темы, выносимые на самостоятельную проработку 20 7 Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины 21 7.1 Оценка успеваемости 21 7.2 Требования к содержанию экзаменационных вопросов 21 7.3 Примеры экзаменационных вопросов 21 7.4 Примеры экзаменационных билетов 23 8 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 24 8.1 Основная литература 24 8.2 Вспомогательная литература 24 8.3 Интернет-ресурсы 25 9 Материально-техническое обеспечение дисциплины 26 1. Цели освоения дисциплины В результате освоения дисциплины магистрант приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей освоения дисциплины ЦД.1, ЦД.2, ЦД.3 по профилям подготовки: «Фотонные технологии и материалы», «Светотехника и источники света» в области обучения, воспитания и развития, соответствующих целям Ц1, Ц2, Ц5 ООП. ЦД.1. Готовность выпускников к анализу на основе последних достижений науки и техники современных тенденций развития фотоники, оптотехники, светотехники. ЦД.2. Готовность выпускников к выбору наиболее актуальных направлений исследований и разработок в области создания новых фотонных материалов (включая наноматериалы), элементной базы для оптотехники и светотехники, новых лазерных и лазерно-информационных технологий, современной светотехнической, оптической, оптико-электронной, лазерной, оптоволоконной, корпускулярно-фотонной техники и других устройств. ЦД.3. Готовность выпускников к самообучению и непрерывному профессиональному самосовершенствованию в области конструирования и проектирования новых и совершенствования существующих световых приборов и устройств, фотонных технологий (включая лазерные и корпускулярные); в области создания новых фотонных материалов, элементной базы для светотехнической, оптической, оптико-электронной и лазерной техники, а также в области метрологического сопровождения их производства. Целью освоения дисциплины «Лазерные технологии и оборудование» является формирование целостного представления о мощных импульсных лазерных, их активных средах, способах возбуждения, методов формирования качественного излучения и области их применения. В результате освоения данной дисциплины студент приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц2, Ц3 и Ц51 основной образовательной программы 200400 «Оптотехника» при подготовке магистров. Дисциплина нацелена на подготовку магистрантов: к решению научно-исследовательских задач: поиску и реализации способов формирования лазерных импульсов высокой мощности и требуемого распределения её по сечению пучка, способов преобразования и транспортировки таких импульсов без потерь энергии и пространственноугловых характеристик (яркости); к производственно-технологической работе в области элементной базы Используемые здесь и далее коды целей обучения, результатов обучения и формируемых компетенций берется из основной образовательной программы ТПУ по подготовке магистров по направлению 200400 «Оптотехника». 1 технологических и исследовательских лазеров, в приемах управления лазерным излучением и в основных направлениях и тенденциях развития лазерной техники; к решению материаловедческих задач: подбору оптимальных оптических материалов и изделий для задач генерации и транспортировки мощных импульсов лазерного излучения с учетом распределения мощности по сечению пучка и спектрального состава излучения; к поиску и анализу профильной научно-технической информации, необходимой для решения конкретных инженерных задач, в том числе при подборе типовых узлов для создания лазеров различного назначения, юстировке лазерных систем, математической оценке параметров лазерных установок при их конструировании; к решению метрологических задач: умению контролировать выходные параметры излучения, использовать необходимое оборудование для измерения характеристик лазерного излучения; к решению управленческих задач: умению наладить эффективное взаимодействие групп, обслуживающих производство и эксплуатацию мощных лазерных установок, осуществлению контроля за соблюдением правил техники безопасности при работе с лазерным излучением, высоковольтным оборудованием, газовыми смесями и прочее. 2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Лазерные технологии и оборудование» относится к вариативной части дисциплин блока 1 по ООП (в учебном плане М1.В1). 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 6 кредиов. Дисциплина состоит из 6 разделов. Она опирается на полученные знания и умения при изучении дисциплин естественнонаучного и математического цикла: «Основы оптики», «Основы квантовой электроники» и др. Дисциплине «Лазерные технологии и оборудование» предшествует освоение дисциплин (перереквизиты): Философские и методологические проблемы науки и техники Источники излучения, световые и оптические приборы Лазерная техника Содержание разделов дисциплины «Лазерные технологии и оборудование» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно (кореквизиты): Информационные технологии в светотехнике и оптотехнике Волоконно-оптические технологии Корпускулярно- фотонные технологии 3. Результаты освоения дисциплины В соответствии с требованиями ООП и в соответствии с ФГОС, освоение дисциплины направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения): Таблица 1 Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной дисциплины Знать современные Уметь проводить Владеть опытом проблемы и исследования и работы с задачи в области анализ состояния литературными проектирования научноисточниками, изделий технической проведения оптотехники, проблемы, патентных светотехники, технического исследований У.3.1 В.3.1. З.3.1 разработки задания фотонных технологий, исследования и применения новых материалов. Уметь Владеть опытом Знать принципы функционирования, формулировать построения схем, построения и цели и задачи разработки разработки проектирования в эскизов, чертежей структурных и области функциональных оптико- У.3.2 З.3.2. схем светотехники, В.3.2. электронных, оптотехники, оптических, фотонных светотехнических, технологий и лазерных, оптоволоконных, материалов корпускулярно- фотонных приборов, систем и комплексов Знать физические принципы работы отдельных элементов оптикоэлектронных, оптических, светотехнических, лазерных, З.3.3. оптоволоконных, У.3.3 корпускулярнофотонных приборов, систем и комплексов Владеть опытом Уметь формулировать выбора технические комплектующих требования на для типовых отдельные блоки и оптикоэлементы разрабатываемых электронных, оптикооптических, электронных, В.3.3 светотехнических, оптических, лазерных, светотехнических, лазерных, оптоволоконных, оптоволоконных, корпускулярнокорпускулярнофотонных фотонных приборов, приборов, систем систем и комплексов и комплексов Знать основы Уметь применять Владеть опытом конструирования современные ITразработки узлов, блоков, технологии при конструкторской приборов и конструировании документации с систем и разработке использованием оптических, конструкторскоIT-технологии оптикотехнологической электронных, документации световых, блоков, приборов, облучательных, устройств в З.4.1. У.4.1. В.4.1. светотехнических области , лазерных, светотехники и оптоволоконных, фотонных корпускулярнотехнологий и фотонных, систем материалов, и комплексов с уметь оценивать использованием технологичность средств конструкторских компьютерного решений проектирования Знать основы Уметь делать анализ Владеть опытом проектирования и синтез типовых использованием оптических и оптикосредств оптикоэлектронных, компьютерного электронных, оптических, проектирования лазерных, приборов, систем при проведении оптоволоконных и комплексов расчетов систем с уметь проводить оптических и использованием технические оптикосредств расчеты по электронных З.4.2. У.4.2. В.4.2. компьютерного проектам, систем проектирования техникоэкономическому, функциональностоимостному анализу эффективности проектируемых приборов и систем Знать основы Уметь делать Владеть опытом проектирования необходимые проектирования светотехнических проектные светотехнических и облучательных расчеты и и облучательных установок с техникоустановок с использованием экономическое использованием средств обоснование, пакетов компьютерного У.4.3. уметь делать прикладных З.4.3. В.4.3. проектирования дизайн проекты программ освещения различных объектов, в том числе культурного наследия Знать технологию Уметь выбирать Владеть опытом сборки, режимы сборки, использованием юстировки, выбирать или IT-технологии при настройки разрабатывать разработке оптикометод контроля технической, электронных, качества сборки, технологической световых, изготовления документации З.5.1 У.5.1. В.5.1 облучательных, деталей и узлов светотехнических , лазерных, оптоволоконных, корпускулярнофотонных, систем и комплексов Знать технологию Уметь составлять Владеть опытом производства технические разработки оптических задания на программ элементов проектирование испытаний, оптикоприспособлений, оформления электронных и оснастки, отчетов, опытом световых оптимизировать работы с приборов и программы контрольносистем, модельных и измерительными стандартные натурных приборами и У.5.2. В.5.2. методы исследований и устройствами при исследования и испытаний тестировании З.5.2. испытания материалов, изделий светотехнических элементов, оптотехники, и оптических приборов и светотехники приборов и систем устройств по определению показателей качества Знать физические и Уметь Владеть опытом З.5.3 технологические У.5.3 разрабатывать В.5.3. исследования, основы методики измерения получения обработки, оптических фотонных исследования, характеристик материалов для испытания, материалов оптикоанализа электронных, фотонных светотехнических материалов лазерных, оптоволоконных устройств Знать конструкцию, Уметь Иметь метрологические анализировать первоначальные характеристики, возможности и навыки области области эксплуатации и применения, применения обслуживания режимы современного фотометрическго, эксплуатации и исследовательско спектрального, другие параметры го, лазерного, современного промышленного и светотехнического исследовательско бытового , оптического З.6.1. го, У.6.1. оборудование В.6.1. оборудования промышленного и бытового оптикоэлектронного, оптоволоконного, лазерного, корпускулярнофотонного, светотехническог о оборудования Знать правила Уметь Владеть опытом охраны здоровья анализировать и составления и безопасности определять инструкций по З.6.2. труда при У.6.2 основные В.6.2 технике эксплуатации опасности при безопасности профильного монтаже и оборудования, эксплуатации требования по оборудования защите окружающей среды Знать традиционные Уметь применять Владеть опытом методы решения творческие обобщения, научных, нестандартные анализа, технологических подходы, новые систематизации и проектнознания и умения, информации, конструкторских в том числе в самостоятельного задач в области и смежных решения научносветотехники, областях, для исследовательски фотонных решения х, проектнотехнологий и проблемных конструкторских, материалов, а задач в области технологических также в смежных светотехники, задач, в том числе областях знаний, фотонных при выполнении З.7.1. У.7.1. В.7.1. знать технологий и выпускных нерешенные материалов квалификационны проблемы и х работ и задачи курсовых светотехники, фотонных технологий и материалов, требующие абстрактного мышления и оригинального решения Знать основы Уметь работать с Владеть опытом маркетинговых первоисточникам выполнения исследований, и научнопатентного З.7.2 изобретательства, У.7.2 технической В.7.2. поиска, защиты правовые основы информации и объектов охраны объектов патентами, делать интеллектуальной интеллектуальной первичный собственности собственности, меры ответственности за принятие решений анализ таких анализа исследований защиты объектов использовать интеллектуальной основы собственности изобретательства, правовые основы охраны интеллектуальной собственности, проявлять инициативу, действовать в нестандартных ситуациях, нести ответственность за принятые решения Знать тенденции Уметь Владеть опытом развития техники самостоятельно самостоятельного и технологии в учиться и приобретения с современном непрерывно помощью обществе, повышать информационных направления и квалификацию в технологий новых проблемы течение всего знаний и умений в инновационного периода профессиональной развития отрасли, деятельности, в области с целью З.8.2. предприятия У.8.2 том числе при В.8.2 повышения корректировке квалификации и профиля своей расширения профессионально профессиональног й деятельности, о кругозора и их адаптироваться к использования в новым ситуациям практической деятельности новых знаний и умений Владеть опытом составления технической документации с Знать основы учетом менеджмента в требований области техники Уметь использовать проектирования и безопасности, глубокие знания производства охраны по менеджменту оптической, окружающей для ведения оптикосреды и инновационной электронной и нормативных инженерной световой, правовых актов З.9.1. У.9.1 деятельности В.9.1 лазерной экологической и … техники, основы экспертизе новые энергосбережени производственноя и аудита в технологические освещении процессы инновационными методами инженерного и научного анализа, соответствующих мировому уровню Знать особенности Уметь Владеть опытом научной, использованию проведения проектной на практике маркетинговых технологической знания законов исследований, деятельности, организации составления З.10.2. организации У.10.2. исследовательски В.10.2. планов производства, х и проектных исследований, корпоративной работ, в бизнес-планов культуры в управлении выпуска и области коллективом, реализации светотехники и быть продукции фотонных технологий и материалов ответственным за результаты решения научноисследовательски хи производственнотехнологических задач В результате освоения дисциплины «Лазерные технологии и оборудование» студентом должны быть достигнуты следующие результаты: Таблица 2 Планируемые результаты освоения дисциплины (модуля) № п/п Результат РД.1 Готовность обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию, передовой отечественный и зарубежный опыт в области светотехники, фотонных технологий и материалов. РД.2 Способность делать оценку и выбор перспективных направлений исследований в области «Светотехники» и «Фотоники» РД.3 Способность оценивать состояние научно-технической проблемы, формулировать цели, задачи научных исследования в области светотехники, фотонных технологий и материалов РД.4 Способность к саморазвитию, самореализации, использованию творческого потенциала, оценке тенденции развития техники и технологии в современном обществе. РД.5 Способность к инновационной инженерной деятельности. 4 Структура и содержание дисциплины 4.1 Структура дисциплины по разделам, формам организации и контроля обучения № модул я 1 2 3 4 5 6 Название раздела/ темы Раздел 1. Принципы в основе работы лазеров Раздел 2. Основные параметры импульснопериодических лазеров Раздел 3. Преобразование лазерных пучков Раздел 4. Лазерная импульсная обработка материалов Раздел 5. Другие применения импульсных лазеров Раздел 6. Структура и элементная база лазерных исследовательскотехнологических комплексов Итоговая аттестация Итого Аудиторна я работа, часы лк лб пр . . . 2 4 8 СРС Итого 22 36 4 8 22 34 2 4 8 22 36 2 4 8 22 36 4 8 22 34 2 4 8 22 36 8 24 32 132 216 Формы контроля и итоговой аттестации Входной контроль, отчет по лабораторной работе №1, отчет по домашним заданиям Отчет по лабораторной работе №2, коллоквиум по разделам 1, 2 и 3 Отчет по лабораторным работам №3 и №4 , коллоквиум по разделам 4 и 5 Отчет по лабораторным работам №5 и №6, защита рефератов по индивидуальным темам экзамен При сдаче письменных работ при необходимости со студентом проводится индивидуальное собеседование. 4.2 Содержание разделов дисциплины Раздел 1. Принципы в основе работы лазеров Темы лекционных (и практических) занятий: Введение в дисциплину, ее цели и задачи; Основные понятия лазерной техники, вынужденное излучение, инверсная населенность, усиление и генерация излучения. Раздел 2. Основные параметры импульсно-периодических лазеров Темы лекционных (и практических) занятий: Импульсные твердотельные лазеры (стержневые лазеры с ламповой и полупроводниковой накачкой, волоконные лазеры); Параметры пучков излучения (энергия импульса; длительность импульса, спектральный состав, угловые характеристики) и связь между ними. Способы управления параметрами (длительностью, длиной волны, расходимостью); Газовые лазеры Лабораторная работа № 1: «Импульсно-периодический лазер LQ-929 с кольцевым резонатором» (ч.I, устройство и основные характеристики излучения, измерение энергетических и временных параметров, изучение энергетического канала, формирование пучка, визуализация отпечатка на фотопленке) Раздел 3. Преобразование лазерных пучков Темы лекционных (и практических) занятий: Фокусировка лазерного пучка; Транспортировка лазерного излучения; Транспортировка по оптическому волокну. Лабораторная работа № 2: «Импульсно-периодический лазер LQ-929 с кольцевым резонатором» (ч.II, изучение многоканальной синхронной схемы регистрации процессов по свечению фотопленки). Раздел 4. Лазерная обработка материалов Темы лекционных (и практических) занятий: Физические процессы при лазерном импульсном нагреве материала; Численное моделирование процессов взаимодействия импульсного лазерного излучения с веществом; Импульсно-периодическая лазерная сварка, резка и размерная обработка металлов и диэлектриков, в том числе и биотканей; Лазерная гравировка металлов и диэлектриков; Лабораторная работа № 3: «Исследование лазерного испарения пленок различной толщины на лазерном исследовательском стенде (LQ929; 1064 нм; 10 нс)» (измерение энергетических порогов разрушения, анализ свечения и акустического отклика мишени. расчет энергетики испарения, сравнение результата расчета с экспериментом). Раздел 5. Другие применения импульсных лазеров Темы лекционных (и практических) занятий: 5.1. Применение в промышленных технологиях и медицине: оптоволоконные лазерные быстродействующие системы силовых исполнительных устройств; методы и технология лазерной терапии и лазерной хирургии, эксимерная коррекция зрения. 5.2 . Лазерные комплексы в управляемом термоядерном синтезе; 5.3. Применение импульсных лазеров в военном деле. Лабораторная работа № 4: «Исследование лазерного разрушения металлов и диэлектриков на установке Black Light» (плавление и испарение пленок и пластин различной толщины, анализ природы свечения и спектрального состава, расчет энергетики и баланса разрушения, оценка температуры плазмы). Раздел 6. Состав и элементная база исследовательских лазерных комплексов Темы лекционных (и практических) занятий: Структура комплексов (энергетический канал, каналы синхронизации и регистрации параметров); Фотодетекторы с высоким временным разрешением; Быстродействующие осциллографы (цифровые); Монохроматоры, спектрографы, акустические датчики, визуализаторы пучка; Устройства и способы синхронных многопараметрических измерений. Лабораторная работа № 5: «Подготовка и нанесение рельефных изображений (большая глубина испарения) с помощью гравера Мини-маркер 2м20. Нанесение изображений в объеме прозрачных диэлектриков (стекло, оргстекло)» (расчет параметров пучка и его фокусировки, расчет энергетики, программирование и нанесение глубоких рисунков на поверхности и в объеме стекла). Лабораторная работа № 6: Исследование режимов гравировки и резки диэлектриков на гравере Trotec Speedy 300 (изучение параметров пучка, схем фокусировки, манипулятора пучка, нанесение рисунков и маркировочных символов на древесине, стекле, оргстекле, резине, измерение разрушенного объема, энергозатрат (уравнение баланса), сопоставление расчета с экспериментом). 4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины В представленной таблице отмечены разделы дисциплины, на которых студент получает наибольшее количество информации, направленное на формированием компетенций. № Разделы дисциплин Формируемые компетенции 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 З.2.1 З.2.2 З.4.1 З.5.2 З.7.1 З.9.2 З.10.1 З.12.1 З.13.1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 У.1.1 У.1.2 У.2.1 У.3.1 У.3.3 У.4.2 У.5.2 У.7.1 У.9.1 У.11.2 У.12.2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 В.1.1 В.1.2 В.1.3 В.2.1 В.2.2 В.3.1 В.4.2 В.5.2 В.6.1 В.10.2 В.12.2 + 2 3 + + + 4 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 5 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 5 Образовательные технологии В нижеследующей таблице представлены сочетания видов учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности магистрантов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций. Методы и форма активизации деятельности Дискуссия Виды учебной деятельности лк Опережающая СРС лб да СРС да да IT-методы Командная работа пр да да да да да да да Индивидуальное обучение да Проблемно-ориентированное обучение да Обучение на основе опыта да Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия: изучение теоретического материала дисциплины использованием компьютерных технологий; на лекциях с самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы; закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием учебного и научного оборудования, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий; самостоятельная проработка материала. 6 Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов 6.1 Текущая и опережающая самостоятельная работа студентов (СРС) 6.1.1 Цели СРС направлены на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключающихся в: работе студентов с лекционным материалом; поиске и анализе литературы и электронных источников информации по заданной проблеме; выполнении домашних заданий; переводе материалов иностранных языков; из тематических информационных ресурсов с изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку; изучении теоретического материала к лабораторным занятиям; изучении инструкций к приборам и подготовке к выполнению лабораторных работ; подготовке к экзамену. 6.1.2 Темы, выносимые на самостоятельную проработку: Электрические схемы мощных импульсных лазеров; Разрушение оптических элементов при транспортировке мощного лазерного излучения; Передача излучения по оптическому волокну; Структура исследовательских комплексов; Фотодетекторы с высоким временным разрешением; Быстродействующие осциллографы (цифровые); Монохроматоры, спектрографы, акустические датчики, визуализаторы пучка; Безволоконные оптические схемы передачи мощного лазерного импульса; Лазерная маркировка инструмента и других алюминиевых, медных и титановых сплавов; изделий из металла, Типы импульсно-периодических лазеров (СО2-лазеры, эксимерные, ИПЛ на парах металлов). 6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) 6.2.1 Цели ТСР направлены на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, включающих: поиск, анализ, структурирование и презентацию информации; анализ научных публикаций по определенной теме исследований; анализ статистических и фактических материалов по заданной теме, проведение расчетов, составление схем и моделей на основе статистических материалов; выполнение расчетно-графических работ; участие в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах. 6.2.2 Темы для написания рефератов: Лазерные установки для гравировки алмазов; Лазерные установки для резки диэлектриков; Эксимерная коррекция зрения; Лазерные установки для закалки металлов и сплавов; Лазерные установки для сварки металлов и сплавов; Лазерные установки для фотодинамической терапии; Лазерные установки для офтальмологии; Лазерные установки для бескровной раскройки биотканей; Лазерные установки с оптоволоконными манипуляторами; Зависимость качества сварочного шва и реза от характеристик лазерного излучения; Перспективы развития волоконной оптики для транспортировки лазерных пучков. 7 Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины 7.1 Оценка успеваемости Оценка успеваемости магистрантов осуществляется по результатам: самостоятельного (под лабораторной работы; контролем учебного мастера) выполнения защите отчетов по лабораторным работам; опроса при сдаче выполненных самостоятельных заданий; сдачи коллоквиума; сдачи реферата по индивидуальной теме; во время экзамена. 7.2 Требования к содержанию экзаменационных вопросов Экзаменационные вопросы распределены по билетам (по три в каждом). Первый вопрос связан с фундаментальными понятиями квантовой электроники и лазерной техники. При ответе на второй вопрос экзаменуемый должен объяснить суть предлагаемого явления или конструкционного решения, его необходимость и последствия игнорирования. Третий вопрос требует описания применения мощных лазерных импульсов в действующих или перспективных отраслях науки или промышленности. 7.3 Примеры экзаменационных вопросов 1. Основные определения (лазер, активная среда, резонатор, инверсная населенность, накачка); 2. Три типа внутриатомных переходов; 3. Модовый состав и угловая расходимость одномодового дифракционного пучка; излучения, получение 4. Усиление в активной среде; 5. Инверсная населенность уровней, методы создания инверсной населенности; 6. Вынужденные переходы и усиление потока в активной среде; 7. Устойчивые и неустойчивые резонаторы, резонаторы на грани устойчивости; 8. Продольные и угловые моды резонатора; 9. Длительность импульса, связь длительности со спектральным составом; 10.Длительность импульса, получение пикосекундных и фемтосекундных импульсов; 11.Длина волны излучения основных типов ИПЛ. Методы получения лазерной генерации на различных длинах волн; 12.Волоконные ИПЛ. Схема и способ накачки активной среды; 13.Основные параметры волоконных ИПЛ (мощность, частота следования, угловая расходимость); 14.Фокусировка пучка волоконного лазера; 15.Фокусировка лазерного пучка. Методы острой фокусировки; 16.Фокусировка лазерного пучка на удаленные объекты; 17.Активные элементы твердотельных лазеров (алюмоиттриевый гранат, стекло активированное неодимом); 18.Устройство квантрона; 19.Газоразрядные отпаянные лазеры; 20.Быстропроточные газовые лазеры; 21.Зеркала и отражающие элементы; 22.Электрооптический затвор с ячейкой Поккельса; 23.Транспортировка мощных пучков по оптическому волокну; 24.Типы манипуляторов «летающей оптики»; лазерного пучка, преимущества и недостатки 25.Оптические схемы твердотельных технологических лазеров; 26.Оптические схемы одномодовых и многомодовых лазеров; 27.Манипуляторы пучка граверов «Мини-Маркер М10», «Мини-Маркер 2М20, «Trotec Speedy 300»; 28.Разрядный контур питания лампы накачки; 29.Встроенный и параллельный поджиги; 30.Поджиг «дежурной дугой»; 31.Зарядные блоки накопителей; 32.Измерение энергии лазерного пучка; 33.Технология нанесения рисунка методом сублимации. 34.Применение импульсных лазеров в военном деле; 35.Измерение временных параметров лазерного пучка; 36.Обычная и цветная гравировка железоуглеродистых и легированных сплавов. Способы получения. Технологические особенности 37.Применение ИПЛ в научных исследовательского комплекса; исследованиях. Структура лазерного 38.Исследовательские лазерные комплексы (схема энергетического канала); 39.Исследовательские лазерные комплексы синхронизация каналов наблюдения); (каналы регистрации, 40.Регистрирующая аппаратура лазерных исследовательских комплексов; 41.Применение ИПЛ при резке, сварке и гравировке металлов и диэлектриков; 42.Перспективы применения ИПЛ в управляемом термоядерном синтезе; 43.Опасные факторы при работе лазерной установки. 7.4 Примеры экзаменационных билетов Институт физики высоких технологий. Кафедра лазерной и световой техники Лазерные технологии и оборудование — Экзаменационный билет № 1 (пример) 1. Инверсная населенность уровней, методы создания инверсной населенности. 2. Типы манипуляторов лазерного пучка, преимущества и недостатки «летающей оптики». 3. Применение ИПЛ при резке, сварке и гравировке металлов и диэлектриков. Экзаменатор Утверждаю Институт физики высоких технологий. Кафедра лазерной и световой техники Лазерные технологии и оборудование — Экзаменационный билет № 2 (пример) 1. Насыщение поглощения излучения. 2. Технология нанесения рисунка методом сублимации. 3. Лазерное испарения тонких пленок. Экзаменатор Утверждаю 8 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 8.1 Основная литература 1. А. Г. Григорьянц. Основы лазерной обработки материалов. — М.: Машиностроение, 1989. — 300 с. 2. Технологические лазеры. Справочник // под ред. Г. А. Абильсиитова. — Т. 1– 2. — М.: Машиностроение, 1991. 3. Справочник по лазерной технике // под ред. А. П. Напортовича. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 543 с. 4. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов. Справочник // под ред. Н. Н. Рыкалина. — М.: Машиностроение, 1985. — 496 с. 5. Б.Р. Белостоцкий и др. Основы лазерной техники, М, «Советское радио», 1972г.,408 с. 6. Справочник по лазерной технике, Пер. с немецкого, М. «Энергоатомиздат», 1991 г. 544с. 7. И.И. Пахомов, А.Б. Цибуля Расчет оптических систем лазерных приборов. М, «Радио и связь»1986 г.,150 с. 8. К.И. Крылов Основы лазерной техники: Учебное пособие для вузов / К.И. Крылов, В.Т. Прокопенко, В.А. Тарлыков. - Л.: Машиностроение, 1990.—316 с.: ил. (Для вузов). - Библиогр.: с. 314. 9. Б.Н. Рахманов Безопасность при эксплуатации лазерных установок / Б.Н. Рахманов, Е.Д. Чистов. - М.: Машиностроение, 1981. - 113 с. 10.Справочник по лазерам: В 2-х томах: Пер. с англ. / Под ред. А. М. Прохорова..—1978.—503 с. 11.В.А. Прянишников Теоретические основы электротехники: Курс лекций / В.А. Прянишников. - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Корона принт, 2000. 368 с.: ил. - (Учебник для высших и средних учебных заведений). 8.2 Вспомогательная литература 1. Г. С. Евтушенко, А. А. Аристов. Лазерные системы в медицине. Учебное пособие. — Томск: Изд-во ТПУ, 1998. 2. «Laser Market» // журнал. — 1992-1993 3. А. В. Лыков. Теория теплопроводности. — М.: Высшая школа, 1967. — 599 с. 4. Б. Ф. Федоров. Лазеры: основы устройства и применения. — М.: Изд-во ДОСААФ, 1988. — 189 с. 5. Прикладная лазерная медицина. Учебное пособие // под ред. Х. П. Берлиена, Г. Й. Мюллера: пер. с нем. — М.: АО «Интерэксперт», 1997. — 356 с. 6. А.Н. Пихтин Оптическая и квантовая электроника: Учебник / А.Н. Пихтин. М.: Высшая школа, 2001. - 573 с. 7. В.И. Дудкин Основы квантовой электроники: Учебное пособие / СПбГТУ. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. - 307 с. 8. И.Г. Иванов Ионные лазеры на парах металлов / И.Г. Иванов, Е.Л. Латуш, М.Ф. Сэм. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 256 с. 9. Основы теории цепей: Учебное пособие / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. - 5-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1989. 528 с. 8.3 Интернет-ресурсы 1. ООО ОКБ «Булат» Лазерное оборудование и технологии http://laser-bulat.ru/ 2. Лазерные технологии «Лазертех» http://www.laserteh.spb.ru/ 3. Научно-практический журнал «Лазерная http://www.mustangmed.ru/zhurnal-lazernaya-meditsina 4. Журнал «Лазерная и http://elibrary.ru/title_about.asp?id=29027 опто-электронная медицина» техника» 9 Материально-техническое обеспечение дисциплины Студенты выполняют лабораторные работы на лазерных комплексах, имеющихся на кафедре лазерной и световой техники института физики высоких технологий ТПУ. Лазерные комплексы включают в себя шесть лазерных установок: — Промышленный импульсно-периодический лазер LQ-929 с энергией импульса 1.4 Дж и длительностью 12 нс на длине волны 1064 нм (с генераторами высших гармоник от второй до пятой); — Модифицированный импульсный лазер на базе ГОС-1000 с энергией импульса до 10 Дж и длительности импульса 25 нс (с пятью каскадами усиления); — Модифицированный импульсный лазер на базе ГОС-300 (с импульсом генерации 0,1–25 мкс); — Система лазерной сварки (СЛС) «Black Light» (максимальная энергия импульса 50 Дж, длительность импульса 0,04-20мс, длина волны излучения 1064 нм, средняя мощность 50Вт, пиковая - до 3000 Вт); — Импульсный волоконный лазер (модель YLP-1-100-20-20-HC-RG), мощность 20Вт, длина волны 1060нм, скважность импульсов 500:1; — Импульсный лазер на углекислом газе (спец. заказ в ИСЭ СО РАН, длина волны 10600 нм, длительность импульса 15 нс). --- Лазерный гравер Мини-маркер 2м20 на базе волоконного лазера (для гравировки металлов). --- Лазерный гравер Trotec Speedy 300 на базе СО2 – лазера (для гравировки диэлектриков) Регистрация лазерного излучения, свечения плазмы, лазерным излучением, осуществляется фотоприемниками: возбуждаемой — Вакуумный фотодиод ФЭК-19КПУ; — Фотомодули Hamamatsu серии H-5773 (модель -01 и -04); — Измеритель энергии ИКТ-1Н и измеритель мощности ИМО-2Н. Для визуализации сигналов используются цифровых четырехлучевые осциллографы фирмы LeCroy: — Модель WJ-314 (полоса пропускания 100 МГц); — Модель WP-7100A (полоса пропускания 1 ГГц); — Модель WA-214 (полоса пропускания 100 МГц). Управление спектральным составом регистрируемых сигналов и их интенсивностью может осуществляться с помощью малогабаритных монохроматоров (МУМ-2), МДР–204, спектрографы М266 и S100, нейтральных и полосовых фильтров, интерференционных зеркал. Преобразование и передача световых сигналов может осуществляться линзами с различными апертурами и относительными отверстиями, световодными волокнами и жгутами различных длин. Наблюдение за технологическими процессами может производиться через оптическую приставку СОК-1. Наблюдение следов разрушений в исследуемых веществах можно осуществлять через микроскоп МБС-9. Лабораторная база также включает: спектрофотометр СФ-26, генераторы импульсных электрических сигналов Г5–56 и ГЗИ-1, коаксиальные кабели с полосой пропускания ~1 ГГц. Для демонстрации презентаций, экстренной обработки и визуализации сигналов в аудитории имеются и используются компьютеры. Программа составлена на основе Стандарта ООП ВПО ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС-3 по направлению 200400 «Оптические технологии» по профилю подготовки «Методы в технике импульсных оптико-физических исследований». Автор: Рецензент В.П. Ципилев В.И. Корепанов Программа одобрена на заседании кафедры ЛИСТ ИФВТ (протокол № 172 от 23. 06. 2014 г.).
