05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам



Скачать 118.74 Kb.
Дата09.01.2013
Размер118.74 Kb.
ТипПрограмма
ПРОГРАММА-МИНИМУМ

кандидатского экзамена по специальности

05.27.03 «Квантовая электроника»

по физико-математическим и техническим наукам

Введение

В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: электродинамика; квантовая механика; физическая оптика; физика твердого тела; физика полупроводников и диэлектриков; квантовая электроника; оптоэлектроника; лазерная техника.

Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации по электронике, измерительной технике, радиотехнике и связи при участии Федерального государственного предприятия НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха и Московского физико-технического института (государственного университета).

1. Предмет квантовой электроники

Предмет и краткая история развития квантовой электроники. Вклад отечественных ученых в разработку фундаментальных основ и принципов устройств квантовой электроники. Влияние квантовой электроники на развитие науки, техники и технологии.

2. Физические основы квантовой электроники

Оптические и безызлучательные переходы в квантовых системах. Спонтанное и вынужденное излучения. Энергетические состояния и квантовые переходы в атомных системах: атомные, молекулярные и ионные газы, ионы, центры окраски и красители в диэлектрических средах, оптические переходы в полупроводниках. Ширина и форма спектральных линий. Механизмы однородного и неоднородного уширения линий в газах и твердых телах, времена поперечной и продольной релаксаций. Инверсия населенностей энергетических состояний. Коэффициент усиления лазерной среды. Принципы создания инверсной населенности. Насыщение, поглощение и усиление света. Искажения контуров спектральных линий, эффект «выжигания дыр» в неоднородно уширенных линиях.

3. Квантовые усилители и генераторы (мазеры, лазеры)

Мазер на пучке молекул аммиака. Квантовый парамагнитный усилитель СВЧ.

Газовые лазеры: газоразрядные (атомные, ионные, молекулярные, на парах металлов), фотодиссоционные, химические, газодинамические, электроионизационные, эксимерные. Особенности кольцевых газовых лазеров.

Лазеры на твердых активных средах – стеклах, кристаллах, активированных волоконных материалах. Лазеры на кристаллах семейства гранатов с неодимом.

Полупроводниковые инжекционные лазеры, лазеры на гетероструктурах, лазеры на квантово-размерных структурах.

Лазерные усилители (бегущей волны, многопроходовые).

Преобразователи частоты излучения и перестраиваемые лазеры: генераторы оптических гармоник, суммарных и разностных частот; лазеры на растворах органических соединений (красителей); комбинационные преобразователи и лазеры (на ВКР); параметрические усилители и генераторы света; перестраиваемые полупроводниковые лазеры; лазеры на F-центрах. Лазеры на свободных электронах.

4.
Резонаторы


Объемные резонаторы СВЧ. Оптические резонаторы; основные типы открытых резонаторов: плоскопараллельные, конфокальные, устойчивые, неустойчивые, кольцевые. Типы колебаний, собственные частоты, добротность оптических резонаторов. Методы селекций продольных и поперечных типов колебаний. Пространственные и угловые характеристики излучения лазеров.

5. Динамика излучения лазеров

Активные среды с однородно-уширенной линией, кинетические уравнения, уравнения переноса. Анализ кинетики одномодового генератора. Взаимодействие различных типов колебаний. Роль насыщения и неоднородности накачки. Конкуренция мод, многомодовый режим. Пички в лазерах. Динамика полупроводниковых лазеров и газовых лазеров с допплеровской линией. Шумы излучения. Методы стабилизации интенсивности и частоты излучения лазеров.

6. Генерация коротких и сверхкоротких импульсов и методы управления параметрами излучения лазеров

Модуляция добротности. Время нарастания и длительность импульса генерации. Электрооптические, магнитооптические, оптико-механические, акустооптические и другие модуляторы добротности. Просветляющиеся фильтры. Генерация серии импульсов. Метод синхронизации мод, полоса синхронизации и параметры импульсов. Управление параметрами импульсов, схемы модуляции добротности. Методы генерации сверхкоротких (фемтосекундных) импульсов света.

7. Основные нелинейные эффекты в различных средах
и их применение


Преобразование частоты лазерного излучения, генерация гармоник и комбинационных частот, параметрическое усиление и параметрическая генерация света. Вынужденные рассеяния: Мандельштама-Бриллюена (ВРМБ), комбинационное (рамановское, ВКР), Рэлеевское. Самофокусировка. Оптический пробой в газах и твердых телах. Оптическая прочность (поверхностная и объемная) элементов лазера. Обращение волнового фронта методами нелинейной оптики. Активная спектроскопия комбинационного рассеяния.

8. Основные лазерные параметры и методы их измерения

Мощность (непрерывная, импульсная, средняя) лазерного излучения, энергия импульса излучения. Распределение излучения в ближней и дальней зонах, угловая расходимость. Когерентность (пространственная, временная). Поляризация, спектр мод резонатора (продольные и поперечные моды). Стабильность (кратковременная и долговременная, амплитудная и частотная). Шумы излучения, параметры модуляции лазеров. Методы измерения перечисленных параметров лазерного излучения.

9. Устройства для управления параметрами лазерного излучения

Лазерные затворы. Дефлекторы и модуляторы лазерного излучения. Ячейки Керра, Поккельса, Фарадея, акустооптические. Принцип работы, методы расчета, синхронизация внешним сигналом. Пространственно-временные модуляторы света. Адаптивные зеркала. Оптические, в т.ч. управляемые фильтры.

10. Источники накачки и питания лазеров различных типов

Источники питания твердотельных лазеров. Импульсные и непрерывные лампы накачки (типы, предельные и типовые мощности, методы поджига); разрядники (вакуумные, высокого давления, воздушные); методы управления и синхронизации. Источники питания газоразрядных лазеров. Методы предионизации. Электроионизационный метод (принцип, требования к электронному пучку, системе питания). Электроразрядные сильноточные источники накачки (принцип работы, условия применяемости). ВЧ-накачка газовых лазеров. Особенности источников питания инжекционных полупроводниковых лазеров. Накачка твердотельных лазеров световыми и лазерными полупроводниковыми диодами.

11. Основы технологии лазерных материалов

Методы получения и обработки активных лазерных стекол и кристаллов. Методы выращивания и обработки нелинейно-оптических, электрооптических и акустооптических кристаллов. Технологические принципы создания сложных полупроводниковых и оптических структур (методы вакуумного напыления, эпитаксии, ионной имплантации и др.). Методы очистки газовых активных сред.

12. Принципы конструкции лазеров

Выбор оптической схемы, типа резонатора, оптических развязок, материалов (пропускание, однородность, оптическая плотность, точность обработки), элементов управления. Выбор источников накачки и параметров системы питания. Обеспечение вибро- и удароустойчивости. Конструктивные принципы стабилизации основных параметров и обеспечения работы лазера в широком диапазоне температур. Системы теплоотвода и охлаждения активных элементов.

13. Основные применения приборов квантовой электроники
в науке и технике


Оптические методы записи, воспроизведения, хранения и обработки информации. Оптическая, в т.ч. волоконная, связь. Оптическая локация и лазерная дальнометрия. Лазерная технология и обработка материалов. Дистанционное зондирование окружающей среды. Лазерная медицина. Голография, интерферометрия. Спектроскопия. Лазерная гироскопия. Стандарты частоты. Управляемый лазерный термоядерный синтез. Лазерная химия. Метрология, измерительная техника.

Основная литература

Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.

Звелто О. Принципы лазеров. М.: Мир, 1990.

Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. М.: Радио и связь, 1981.

Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. М.: Наука, Глав. ред. физ.-мат. лит., 1988.

Зверев Г.М., Голяев Ю.Д. Лазеры на кристаллах и их применение. М.: Радио и связь, 1994.

Коротеев Н.И., Шумай И.Л. Физика мощного лазерного излучения. М.: Наука, 1991.

Елисеев П.Г. Введение в физику инжекционных лазеров. М.: Наука, 1983.

Херман Й., Вильгельм Б. Лазеры сверхкоротких световых импульсов. М.: Мир, 1986.

Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. М.: Наука, 1990.

Шен И.Р. Принципы нелинейной оптики. М.: Наука, 1989.

Измерение энергетических параметров и характеристик лазерного излучения / Под ред. А.Ф. Котюка. М.: Радио и связь, 1981.

Магдич Л.Н., Молчанов В.Д. Акустооптические устройства и их применение. М.: Советское радио, 1978.

Дмитриев В.Г., Тарасов Л.В. Прикладная нелинейная оптика. М.: Радио и связь, 1982.

Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. Учебник. М.: Высш. шк., 2001.

Дополнительная литература

Методы расчета оптических квантовых генераторов / Под ред. акад. Б.И. Степанова. В 2 т. Минск: Наука и Техника, 1968.

Лоундон Р. Квантовая теория света. М.: Мир. 1976.

Сигмен А. Мазеры. М.: Мир. 1966.

Ярив А. Введение в оптическую электронику. М.: Высш. шк., 1983.

Физика полупроводниковых лазеров / Под ред. Х. Тукумы. М.: Мир, 1989.

Применение лазеров / Под ред. В.П. Тычинского. М.: Мир, 1977.

Справочник по лазерам. В 2 т. / Под ред. А.М. Прохорова. М.: Сов. радио, 1978.

Гурзадян Г.Г., Дмитриев В.Г., Никогосян Д.Н. Нелинейные оптические кристаллы: Справочник. М.: Радио и связь, 1991.

ПРОГРАММА-МИНИМУМ

кандидатского экзамена по специальности

05.11.07 «Оптические и оптико-электронные приборы
и комплексы»


по техническим и физико-математическим наукам

Введение

Настоящая программа разработана на основе базовых дисциплин: физика; основы оптики; оптические и оптико-электронные приборы и системы; оптические материалы и технологии; источники и приемники оптического излучения; лазерная техника; оптические измерения; проектирование оптико-электронных приборов.

Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации по электронике, измерительной технике, радиотехнике и связи при участии ГОИ им. С.И.Вавилова, МФТИ, НИИ прецизионного приборостроения, НИИ «Полюс» и МГУГиК.

1. Вводные положения

Роль оптических и оптико-электронных приборов и комплексов (ОиОЭПиК) в развитии науки и техники. Краткий исторический обзор и роль отечественных ученых и инженеров в развитии оптического и оптико-электронного приборостроения. Перспективы и тенденции развития ОиОЭПиК.

 

2. Основы оптики

Электромагнитная и квантовая природа оптического излучения. Основные законы оптического излучения. Приближения геометрической оптики.

Распространение света в изотропных и анизотропных средах. Поляризация. Двойное лучепреломление. Применение поляризации.

Интерференция. Когерентность. Применение интерференции. Многолучевая интерференция.

Дифракция. Применение дифракции. Разрешающая способность.

Голография и ее применение в оптике.

Распространение оптического излучения в атмосфере и других поглощающих, рассеивающих, преломляющих и турбулентных средах.

3. Прикладная оптика

Основные законы и понятия геометрической оптики. Принцип Ферма. Условия получения идеального изображения.

Основные положения и формулы идеальной оптической системы и оптики параксиальных лучей. Инварианты: Аббе, Лагранжа—Гельмгольца, Юнга—Гульстранда.

Ограничение пучков лучей в оптических системах.

Инвариант Штраубеля. Яркость и освещенность изображения.

Теория аберраций оптических систем. Хроматические и монохроматические аберрации. Эйконал Шварцшильда. Методы аберрационного расчета оптических систем. Выбор аберраций, подлежащих исправлению. Особенности аберрационного расчета оптических систем с асферическими поверхностями.

Типовые оптические детали и их характеристики.

Классификация оптических систем и их основные характеристики. Основные задачи, решаемые при габаритном расчете оптических систем. Габаритный расчет основных типов оптических систем: лупы, микроскопа, телескопических, проекционных, фотоэлектрических и голографических приборов.

Особенности лазерной оптики, формирование лазерного излучения оптическими системами. Оптические системы для фокусирования, коллимирования, изменения диаграмм направленности и согласования лазерного излучения.

Волоконно-оптические системы и их особенности.

Интегральная оптика и перспективы ее развития. Дифракционные оптические элементы и системы.

Оценка качества изображения, даваемого оптической системой. Критерии качества. Вычисление и методы экспериментального определения оптической передаточной функции.

Этапы автоматизированного проектирования оптических систем. Программное обеспечение. Структурная схема САПР оптических систем. Методы автоматизированного расчета оптических систем. Оценочная функция.

Основы расчета допусков в оптических системах.

4. Источники и приемники оптического излучения

Основные виды источников оптического излучения. Параметры и характеристики источников. Некогерентные искусственные излучатели. Естественные источники излучения.

Современные лазеры: принципы действия, принципиальные схемы, режимы работы, параметры и характеристики.

Основные виды приемников оптического излучения. Глаз человека как приемник излучения и измерительной информации. Свойства зрительного анализатора.

Параметры и характеристики приемников оптического излучения.

Многоэлементные приемники излучения.

Схемы включения приемников излучения и согласующие цепи.

5. Оптические измерения

Основы метрологии применительно к оптическим измерениям. Методы и приборы для измерения и контроля основных параметров и характеристик оптических материалов, оптических деталей и оптических систем.

Оптические измерения в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра. Фотометрия и радиометрия. Принципы работы и схемы основных типов фотометров, радиометров, спектрофотометров и спектрорадиометров.

Способы измерения параметров и характеристик лазерного излучения.

6. Прием и преобразование сигналов в оптических и оптико-электронных приборах и комплексах

Пространственное, временное, пространственно-частотное и частотно-временное представление оптических сигналов. Статистические параметры и вероятностное описание оптических полей и сигналов. Модели фона.

Анализаторы оптического изображения. Преобразование многомерных оптических сигналов в одномерные электрические.

Сканирование в оптико-электронных приборах. Типы сканирующих систем.

Математические модели отдельных типовых звеньев и оптико-электронной системы в целом.

Методы фильтрации сигналов в ОиОЭПиК. Спектральная, пространственная и пространственно-временная фильтрация. Оптимальная фильтрация в когерентных и некогерентных оптических системах.

Модуляция и демодуляция сигнала в ОиОЭПиК. Основные виды модуляторов; их параметры и характеристики.

Оптическая корреляция. Схемы некогерентных и когерентных оптико-электронных корреляторов.

Математические операции, осуществляемые с помощью оптических систем. Оптические анализаторы спектра. Цифровая обработка оптических изображений.

7. Проектирование оптических и оптико-электронных приборов и комплексов

Основные критерии оценки качества ОиОЭПиК как объектов проектирования. Основные принципы системного подхода к проектированию ОиОЭПиК. Уровни проектирования. Конструктивные и технологические требования к М. Моделирование и применение САПР при проектировании М. Обобщенная методика энергетического расчета М. Основные виды энергетических расчетов (расчет отношения сигнал/шум, расчет к.п.д. прибора, расчет дальности действия и пороговой чувствительности). Особенности энергетического расчета лазерных приборов.

Методика выполнения точностных расчетов М. Методы и средства компенсации погрешностей в ОиОЭПиК.

Особенности расчета и конструирования типовых кинематических узлов ОиОЭПиК.

Метрологические параметры и характеристики ОиОЭПиК; аттестация и сертификация ОиОЭПиК.

Испытания и исследования ОиОЭПиК. Методы и аппаратура для проведения испытаний ОиОЭПиК.

Применение эргономики при проектировании ОиОЭПиК.

8. Основы технологии оптического и оптико-электронного приборостроения

Конструкционные материалы, применяемые в современном оптическом и оптико-электронном приборостроении. Современные методы и средства изготовления типовых деталей и элементов ОиОЭПиК.

Методы сборки, юстировки и контроля в процессе изготовления типовых деталей, узлов и ОиОЭПиК в целом.

9. Современное состояние и перспективы развития оптического и оптико-электронного приборостроения

Основные классы и типы ОиОЭПиК, применяемые в промышленности и на транспорте, медицине и биологии, научных исследованиях, контроле окружающей среды, военной технике, строительстве и геодезии, космических исследованиях, разведке природных ресурсов; перспективы их совершенствования и развития. Развитие двойных технологий в оптическом и оптико-электронном приборостроении.

Основная литература

Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970.

Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 1992.

Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Расчет и проектирование оптиче ских систем. М.: Логос, 2000.

Зубаков В.Г., Семибратов М.Н., Штандель С.К. Технология оптических деталей. М.: Машиностроение, 1985.

Информационная оптика / Н.Н. Евтихиев, О.А. Евтихиева, И.Н. Компанец и др. Под ред. Н.Н. Евтихиева. М.: Изд-во МЭИ, 2000.

Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение (Ленинград. отд-ние), 1986.

Климков Ю.М. Прикладная лазерная оптика. М.: Машиностроение, 1985.

Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1983.

Мосягин Г.М., Немтинов В.Б., Лебедев Е.Н. Теория оптико-электронных систем. М.: Машиностроение, 1990.

Порфирьев Л.Ф. Основы теории преобразования сигналов в оптико-электронных системах. Л.: Машиностроение, 1989.

Проектирование оптико-электронных приборов / Ю.Б. Парвулюсов, С.А. Родионов, В.П. Солдатов и др. Под общ. ред. Ю.Г. Якушенкова. 2-е изд., перераб. и доп., М.: Логос, 2000.

Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. 4-е изд. перераб. и доп. М.: Логос, 1999.

Похожие:

05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам iconПрограмма вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 05. 12. 04 «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения» по техническим и физико-математическим наукам
«Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения»по техническим и физико-математическим наукам
05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам icon«Теория механизмов и машин» по физико-математическим и техническим наукам

05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности 01. 04. 04 «Физическая электроника» по физико-математическим и техническим наукам
Настоящая программа базируется на основополагающих разделах физической электроники: корпускулярной оптике, эмиссионной электронике,...
05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности 02. 00. 17 «Математическая и квантовая химия» по химическим и физико-математическим наукам
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: математические модели современной химии, квантовая химия, теория симметрии...
05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам icon25. 00. 32 «Геодезия» по физико-математическим и техническим наукам
Земли; гравиметрия; фотограмметрия; теория математической обработки геодезических измерений; организация и экономика топографо-геодезического...
05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам icon01. 04. 02 «Теоретическая физика» по физико-математическим наукам
В основу данной программы положены следующие дисциплины: механика, теория поля, электродинамика и механика сплошных сред, квантовая...
05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам icon«Теоретическая физика» по физико-математическим наукам
В основу данной программы положены следующие дисциплины: механика, теория поля, электродинамика и механика сплошных сред, квантовая...
05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности 01. 04. 02 «Теоретическая физика» по физико-математическим наукам
В основу данной программы положены следующие дисциплины: механика, теория поля, электродинамика и механика сплошных сред, квантовая...
05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам iconПрограмма-минимум кандидатского экзамена по специальности 01. 04. 03 «Радиофизика» по физико-математическим и техническим наукам
Программа разработана экспертным советом по физике Высшей аттестационной комиссии при участии Московского государственного университета...
05. 27. 03 «Квантовая электроника» по физико-математическим и техническим наукам icon01. 02. 05 «Механика жидкостей, газа и плазмы» по физико-математическим и техническим наукам
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: механика сплошной среды, гидромеханика, газовая динамика, термодинамика,...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org