Рабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный



Скачать 156.13 Kb.
Дата05.01.2013
Размер156.13 Kb.
ТипРабочая программа
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ


(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ)
___________________________________________________________________________________________________________


Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика

Магистерская программа: Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Современная оптоэлектроника»



Цикл:

профессиональный




Часть цикла:

По выбору




дисциплины по учебному плану:

ИТАЭ; М.2.6.2




Часов (всего) по учебному плану:

216




Трудоемкость в зачетных единицах:

6

1 семестр – 3,

2 семестр - 3

Лекции

72 часа

1 семестр – 36 часов,

2 семестр – 36 часов

Практические занятия

не предусмотрено

-

Лабораторные работы

18 часов

2 семестр – 18 часов

Расчетные задания, рефераты

18 часов самостоят. работы

2 семестр – 18 часов

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

126 часов

1 семестр – 63,

2 семестр – 63 часов

Зачет

4 часа самостоят.
работы


1 семестр – 2 часа,

2 семестр – 2 часа

Экзамен

27 часов самостоят работы

2 семестр

Курсовые проекты (работы)

не предусмотрены

-



Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является систематизация полученных при изучении базовых дисциплин специальности знаний о современной оптоэлектронике, особенностях взаимодействия света с веществом, современных приборах фотоэлектрического преобразования энергии, фотоприемниках, неорганических и органических светодиодах, интегральной оптике, ознакомление с современным состоянием исследований в соответствующих областях, приобретение навыков выполнения на этой основе инженерных расчетов для решения конкретных прикладных задач.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

  • к самостоятельной, индивидуальной работе, принятию решений в рамках своей профессиональной компетенции (ОК-2, ПК-1);

  • к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-3, ПК-8);

  • к изучению научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по тематике исследования, к анализу рынка научно-технической продукции (ОК-8);

  • анализировать естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-5);

  • понимать и анализировать технологические проблемы в энергетике, работать над решением этих проблем, используя разносторонние междисциплинарные знания по нанотехнологиям и наноматериалам (ПК-2);
  • использовать полученные специализированные знания для освоения основ принципов построения, разработки и создания новейших типов функциональных наноматериалов и нанотехнологий для энергетики (ПК-5, ПК-7);


  • использовать информацию о новых технологических процессах и новых видах технологического оборудования (ПК-7);

  • использовать современные информационные технологии для выполнения научных и научно-технологических проектов по широкому спектру направлений развития функциональных наноматериалов и нанотехнологий для энергетики (ОК-6, ПК-9).

Задачами дисциплины являются:

  • познакомить обучающихся с методами описания современных оптоэлектронных устройств с точки зрения особенностей переноса заряда и излучения с учетом размерных и квантовых эффектов;

  • дать информацию о свойствах, специфике описания и применении процессов переноса заряда и излучения в наноматериалах и отдельных устройствах твердотельной оптоэлектроники;

  • научить принимать и обосновывать конкретные методические решения при обосновании расчетов технологических процессов и схем при получении и использовании функциональных материалов и технологий в твердотельной оптоэлектронике и энергетике.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к части по выбору профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров, обучающихся по программе «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике» направления 140700 Ядерная энергетика и теплофизика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Математика», «Физика (общая)», «Прикладная физика», «Физика конденсированного состояния», «Квантовая и оптическая электроника» и учебно-производственной практике.

Знания, полученные в ходе освоения дисциплины, необходимы при выполнении программы магистерской подготовки и оформления соответствующей выпускной диссертации.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

  • основные источники научно-технической информации по применению и областям реализации оптоэлектронных процессов с учетом квантовых и размерных эффектов;

  • способы расчета процессов переноса заряда и излучения в объемных и наноматериалах с целью применения их на практике для разработки новых функциональных материалов и процессов в оптоэлектронике и энергетике, устройств, оборудования, машин и аппаратов высоких технологий;

  • методы расчета процессов переноса заряда и излучения в системах прямого преобразования энергии с применением нанотехнологий и наноматериалов.

Уметь:

  • самостоятельно разбираться в методиках расчета переноса заряда и излучения и применять их для решения поставленной задачи;

  • осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию;

  • анализировать информацию об основных процессах в твердотельной оптоэлектронике.

Владеть:

  • навыками дискуссии по профессиональной тематике ;

  • терминологией в области методов описания процессов переноса заряда и излучения в системах прямого преобразования энергии с применением нанотехнологий и наноматериалов;

  • навыками применения полученной информации при расчете переноса заряда и излучения в системах прямого преобразования энергии с применением нанотехнологий и наноматериалов;

  • навыками дискуссии по профессиональной тематике.

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единицы, 216 часов.



п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)


лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Введение в физику взаимодействия излучения с веществом

14

1

6




-

8

Тесты

2

Оптические свойства твердых тел

12

1

4




2

6

Устный опрос (коллоквиум)

3

Взаимодействие излучения с твердыми телами

18

1

8




2

8

Зачет лаборат. работ

4

Полупроводниковые гетероструктуры и квантовые ямы

22

1

12




2

8

Тесты

5

Основы фотоники и нанофотоники

18

1

6




4

8

Зачет лаборат. работ

6

Полупроводниковые фотоприемники

12

2

4




2

6

Тесты

7

Фотоэлектрическое преобразование энергии

19

2

10




4

5

Зачет лаборат. работ

8

Интегральная оптика и оптическая связь

16

2

6




-

10

Устный опрос (коллоквиум)

9

Светоизлучающие и лазерные диоды

18

2

8




2

8

Зачет лаборат. работ

10

Органические светодиоды

18

2

8




-

10

Устный опрос (коллоквиум)




Расчетное задание

18

2










18

Отчет по заданию




Зачет

4

1,2

--

--




4

Устный опрос




Экзамен

27

2










27

Устный




Итого:

216




72




18

126





4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

1семестр

1. Введение в физику взаимодействия излучения с веществом

Введение. Уравнения Максвелла. Свойства преобразования Фурье. Квантование электромагнитных волн. Фотон. Когерентное состояние. Излучение черного тела

  1. Оптические свойства твердых тел

Кристаллические структуры, блоховские функции и зона Бриллюэна. Энергетические зоны. Эффективная масса и плотность состояний. Статистика носителей заряда в металлах, диэлектриках и полупроводниках. Статистика Ферми и уровень Ферми. Зонная структура. Собственные и легированные полупроводники.

3. Взаимодействие излучения с твердыми телами

Уравнения Максвелла в среде. Дисперсионные соотношения. Комплексный показатель преломления. Дисперсия и поглощение. Фотон-фононные переходы. Межзонное поглощение. Экситоны. Фотопроводимость. Люминесценция. Взаимодействие с электронами проводимости. Нормальный и аномальный скин-эффекты.

  1. Полупроводниковые гетероструктуры и квантовые ямы

Введение. Формализм огибающей функции. Квантовая яма. Плотность состояний и статистика системы с квантовой ямой. Оптические межзонные переходы в квантовой яме. Дырочные состояния в валентных зонах. Оптические переходы между валентной зоной и зоной проводимости. Оптические межподзонные переходы в квантовой яме. Оптическое поглощение и угол падения. Влияние угла падения

5. Основы фотоники и нанофотоники

Особенности взаимодействия излучения с наноразмерными системами. Квантовые и размерные эффекты в фотонике. Взаимодействие излучения с нанотруьками и нанопроволоками. Понятие о наноантеннах. Поглощение излучения наноразмерными системами. Понятие о метаматериалах.

2семестр

6. Полупроводниковые фотоприемники

Введение. Распределение носителей в фотовозбужденном полупроводнике. Фотопроводники. Обнаружительная способность фотодиода. Обнаружительная способность фотопроводника. Время отклика фотопроводника. Фотовольтаические приемники излучения. Время отклика фотодиода. Фотоприемник с внутренней эмиссией. Квантово-размерные фотоприемники. Лавинные фотоприемники.

7. Фотоэлектрическое преобразование энергии

Общие принципы прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Фотоэлектрические преобразователи: их типы и свойства. Основные характеристики фотоэлектрических преобразователей, эффективность преобразования. Нанокомпоненты и наноматериалы для фотоэлектрического преобразования.

8. Интегральная оптика и оптическая связь

Распространение света в планарных и канальных диэлектрических волноводах. Моды оптических волноводов. Условие существования волноводных мод. Структура поля волноводных мод. Зависимость постоянной распространения от толщины оптического волновода. Обмен энергией между волноводными модами. Методы ввода и вывода излучения. Пассивные и активные устройства интегральной оптики: направленные ответвители, модуляторы, дефлекторы, коммутаторы. Устройства на базе оптических микрорезонаторов.

  1. Светоизлучающие и лазерные диоды

Введение. Электрическая инжекция и неравновесная концентрация носителей. Излучательная и безизлучательная рекомбинация. Электрические и оптические свойства светодиодов. Электролюминесцентные диоды. Электролюминесценция. Управление током. Внутренняя и внешняя эффективность СИД. Оптическое усиление в диодах с гетеропереходами. Лазерные диоды с двойным гетеропереходом. Лазерный порог. Выходная мощность. Квантово-размерные лазерные диоды.

10. Органические светодиоды

Принцип действия органических светодиодов. Типы органических светодиодов и их основные параметры. Особенности механизма излучения. Влияние состава и строения на люминесцентные характеристики. Модели излучения органических светодиодов. Температурная деградация органических светодиодов.

4.2.2. Практические занятия по курсу не предусмотрены
4.3. Лабораторные работы

2семестр
Изучение оптических свойств твердых тел. Исследование взаимодействия лазерного излучения с твердыми телами. Изучение полупроводниковых гетероструктур.
Исследование параметров полупроводниковых фотоприемников. Изучение устройств фотоэлектрического преобразования энергии. Исследование параметров и свойств светодиодных устройств.

    1. Расчетные задания

2семестр

Расчет оптических свойств диэлектриков и полупроводников. Расчет резонансного и нерезонансного взаимодействия излучения с веществом. Расчет параметров полупроводниковых гетероструктур.
Расчет параметров полупроводниковых фотоприемников. Расчет характеристик фотоэлектрических преобразователей энергии. Расчет параметров неорганических и органических светодиодов.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы учебным планом не предусмотрены

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в основном с использованием компьютерных презентаций, в том числе представленных на современных отечественных и зарубежных научно-технических конференциях. Практикуется также и традиционная форма изложения материала. В некоторых лекциях на ряде конкретных примеров проводится подробный анализ решения прикладных задач, что позволяет привить студентам навыки выполнения расчетов необходимых для разработки новых технических наноустройств.

Самостоятельная работа включает подготовку к устным опросам (коллоквиумам) и контрольной работе, в том числе углубленное изучение ряда подразделов курса и подготовку к зачету.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются
1семестр
1 опрос (коллоквиум), 1 контрольная работа.
2семестр
1 опрос (коллоквиум), 1 контрольная работа.

Аттестация по дисциплине – зачеты 1,2 семестры.

Оценка за освоение дисциплины определяется как

0,75х оценка за контрольную работу + 0,25х оценка за расчетное задание.

В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

  1. Ч. Китель. Введение в физику твердого тела. М. Наука. 1978.

  2. Э. Розеншер, Б. Винтер. Оптоэлектроника. ТЕХНОСФЕРА. Москва. 2004.

  3. Ф. Шуберт. Светодиоды. М. Физматлит. 2008.

б) дополнительная литература:

  1. Ярив А. Введение в оптическую электронику. М. Мир. 1983.

  2. Юрчук С.Ю., Диденко С.И., Кольцов Г.И., Мартынов В.Н. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. М. Учеба. 2004.

  3. В.Я. Шик и др. Физика низкоразмерных структур. М. 2000.


7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

www.mit.edu – современные подходы и методы к процессам в твердотельной оптоэлектронике; http://www.led-professional.com – современное изложение вопросов в области светодиодов.

б) другие:

учебный фильм «Светодиоды и полупроводниковые лазеры».
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций. Лаборатория оборудованная стендами с работами по приведенной тематике.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки магистров 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» по магистерской программы «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

проф., д.т.н. Дмитриев А.С.
"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой низких температур

д.т.н., профессор Дмитриев А.С.

Похожие:

Рабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины "элнектрохимические энергоустановки" Цикл: Профессиональный
Магистерская программа: Автономные энергетические системы. Водородная и электрохимическая энергетика
Рабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины "тепловые и атомные электростанции" Цикл: профессиональный
Целью освоения дисциплины является изучение технологии производства электроэнергии и тепла на тепловых и атомных электростанциях
Рабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины " вычислительная механика" Цикл: профессиональный
Профили подготовки: Компьютерные технологии управления в робототехнике и мехатронике
Рабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины "лопастные насосы" Цикл: профессиональный
Профиль подготовки: Автоматизированные гидравлические и пневматические системы и агрегаты
Рабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины " Дискретная математика " Цикл: профессиональный
Профиль(и) подготовки: Компьютерные технологии управления в робототехнике и мехатронике
Рабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины "основы мехатроники и робототехники" Цикл: профессиональный
Профили подготовки: Компьютерные технологии управления в робототехнике и мехатронике
Рабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины "нелинейная динамика" Цикл: профессиональный
Целью дисциплины является изучение методов расчета нелинейных колебаний деталей машин и элементов конструкций, находящихся в условиях...
Рабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины "теоретические основы электротехники" Цикл: профессиональный
Профиль(и) подготовки: все профили модуля «Электроэнергетика» данного направления
Рабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины " численные методы в робототехнике" Цикл: профессиональный
...
Рабочая программа учебной дисциплины «Современная оптоэлектроника» Цикл: профессиональный iconРабочая программа учебной дисциплины "электрический привод" Цикл: Профессиональный
Целью дисциплины является формирование у студентов необходимых знаний и умений по современному электрическому приводу, что позволит...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


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