НазваниеПравительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Дата конвертации05.08.2013
Размер124.29 Kb.
ТипПрограмма дисциплины
Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский университет

«Высшая школа экономики»
Московский государственный институт электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики»

Факультет « Электроники и телекоммуникаций»

Программа дисциплины «Квантовая и оптическая электроника»
для специальности 210104.65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» подготовки инженера
Автор программы: Григорьев Ф.И., к.х.н., профессор, fgrigoryev @ hse.ru


Одобрена на заседании кафедры

«Электроника и наноэлектроника» «____»_____________20 г.
Зав. кафедрой профессор, д.т.н. Петросянц К.О. _______________

Рекомендована секцией УМС «Электроника»
Председатель «____»_____________20 г.

Утверждена УС факультета «Электроники и телекоммуникаций»
Ученый секретарь ________________ «____»_____________20 г.


Москва, 2012 г.



  1. Цели и задачи дисциплины

Целью дисциплины «Квантовая и оптическая электроника» является приобретение студентами знаний о физических основах квантовой и оптической электроники, принципах действия, возможностях и технических характеристиках квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств, Задачи дисциплины состоят в:

• изучении процессов генерации лазерного излучения и его свойств;

• изучении назначения и конструктивных особенностей квантовых и

оптоэлектронных приборов;

• приобретении практических умений расчета элементов квантовых и

оптоэлектронных приборов;

• ознакомлении с современным научно-техническим уровнем квантовой

и оптической электроники.
2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина «Квантовая и оптическая электроника» относится к Циклу профессиональных дисциплин.

Дисциплина требует наличия у студента знаний, умений и навыков, полученных в ходе изучения дисциплин: «Физика» (2-4 семестры), «Физика полупроводников» (5 семестр), «Вакуумная и плазменная электроника» (5 семестр), «Физика твердого тела» (6,7 семестры), «Спецглавы ФТТ» (7 семестр). Для изучения дисциплины студент должен обладать следующими компетенциями:

• ОК-10 – Способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.

• ПК-1 – Способностью представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики.

• ПК-2 – Способностью выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат.

• ПК-5 – Способностью владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных.

Дисциплина «Квантовая и оптическая электроника» имеет междисциплинарные связи с дисциплиной «Микроэлектроника» и изучается параллельно с ней

в 8 семестре.

3.Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих

компетенций:

• ПК-18 – Способность собирать, анализировать и систематизировать отечественную

и зарубежную научно-техническую информацию по тематике исследования в

области квантовой и оптической электроники.

• ПК-19 – Способность строить простейшие физические и математические модели

приборов и устройств квантовой и оптической электроники различного

функционального назначения, а также использовать стандартные программные

средства их компьютерного моделирования.

• ПК-20 – Способность аргументировано выбирать и реализовывать на практике

эффективную методику экспериментального исследования параметров и

характеристик квантовых и оптоэлектронных приборов и устройств различного

функционального назначения.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

физическую сущность процессов, протекающих при взаимодействии электромагнитного (оптического) излучения с веществом, возможности и технические характеристики приборов и устройств квантовой и оптической электроники; области их применения в современной науке и технике.

Уметь:

исследовать основные характеристики квантовых и оптоэлектронных приборов.

Владеть:

методами расчета оптических квантовых генераторов и элементов оптоэлектронных

приборов и устройств.


  1. Объем дисциплины и виды учебной работы




Вид учебной работы

Всего часов


Семестр

Общая трудоемкость дисциплины


150

8

Аудиторные занятия (всего)

в том числе:


102

8

Лекции (Л)


51

8

Семинары (С)


34

8

Лабораторные работы (ЛР)


17

8

Курсовая работа





8

Самостоятельная работа (всего)


48

8

Вид итогового контроля: экзамен

зачет




8

8




  1. Содержание дисциплины


5.1. Содержание разделов дисциплины




п/п

Наименование

раздела

дисциплины

Содержание раздела

1.

Введение

Предмет дисциплины и ее задачи. Основные понятия и определения. Элементная база оптоэлектроники. История создания и развития квантовой электроники.


2.

Взаимодействие электромагнитного излучения с атомами и молекулами

Описание электромагнитного излучения. Оптический диапазон электромагнитных волн. Элементы квантовой теории излучения. Энергетические состояния атомов и молекул. Квантовые переходы. Вероятность перехода. Правила отбора для электронных переходов.

Поглощение, спонтанное и индуцированное излучение, Коэффициенты Эйнштейна. Форма и ширина спектральных линий. Уширение спектральных линий.


3.

Усиление и генерация электромагнитного излучения оптического диапазона

Принцип работы лазеров. Инверсия населенностей. Методы накачки. Кинетические уравнения. Двух-, трех- и четырехуровневые схемы работы. Пороговая мощность источника накачки.

Оптические резонаторы. Добротность резонатора. Потери в оптических резонаторах. Собственные типы колебаний – моды. Требования к резонаторам оптического диапазона. Типы резонаторов. Спектральные характеристики и распределение поля. Условие устойчивости. Селекция мод.

Условие самовозбуждения лазеров. Насыщение усиления. Одномодовая и многомодовая генерация. Модуляция добротности резонатора. Синхронизация мод и сверхкороткие лазерные импульсы.


4.

Свойства лазерного излучения. Распространение и преобразование лазерных пучков .


Монохроматичность. Пространственная и временная когерентность. Направленность лазерного излучения. Яркость. Гауссовы пучки. Распространение и преобразование гауссовых пучков. Оптические свойства атмосферы.

Методы формирования лазерных пучков. Фокусировка лазерных пучков.

5.

Твердотельные и жидкостные лазеры

Общая характеристика и конструкция твердотельных лазеров. Активные материалы. Требования к матрицам и активаторам. Рубиновый лазер. Лазеры на кристаллах и стеклах, активированных неодимом.

Общая характеристика и конструкция жидкостных лазеров. Лазеры на органических красителях. Перестройка частоты жидкостных лазеров.


6.

Газовые лазеры

Общая характеристика и конструкция газовых лазеров. Процессы в газовом разряде. Гелий – неоновый лазер. Ионные газовые лазеры. Лазеры на парах металлов. Лазеры на молекулярных газах. Газоразрядные СО2 – лазеры. Газодинамические лазеры. Эксимерные лазеры. Химические лазеры.


7.

Физические основы генерации света в полупроводниках

Люминесценция полупроводников. Механизмы излучательной рекомбинации. Связь спектров поглощения и люминесценции. Квантовый выход и эффективность люминесценции.








Гетеропереходы в полупроводниках. Свойства гетеропереходов. Фотоэлектрические эффекты в гетеропереходах.

8.

Полупроводниковые источники некогерентного излучения

Общая характеристика и особенности светодиодов. Светодиоды на основе полупроводников с прямой и непрямой структурой энергетических зон.

Светодиоды на гетеропереходах. Суперлюминесцентные диоды.


9.

Полупроводниковые лазеры

Полупроводниковые лазеры. Требования к активным материалам. Инжекционные лазеры на гетеропереходах. Лазеры с использованием квантово-размерных эффектов.

Полупроводниковые лазеры с электронной накачкой.


10.

Фотоприемники и приборы управления оптическим излучением

Классификация и основные параметры приемников оптического излучения.

Фотоэлектрические эффекты в однородных кристаллах. Фотоэлектрические эффекты в p-n – переходах.

Полупроводниковые фотоприемники: фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы. Многоэлементные фотоприемники. Приемники оптических изображений. Приборы с зарядовой связью в качестве фотоприемников. Фотоэлектрические преобразователи солнечного излучения.

Особенности приборов управления оптическим излучением. Модуляторы лазерного излучения. Приборы нелинейной оптики.


11.

Оптические методы передачи, обработки и хранения информации

Характеристика и особенности оптической связи. Структурные элементы оптоэлектроники. Оптроны. Передача оптических сигналов по световодам. Волоконно-оптические линии связи.

Принципы голографии. Свойства голограмм. Оптические методы обработки информации.


12.

Заключение

Перспективы и основные направления развития квантовой и оптической электроники.



5.2. Разделы дисциплины и виды занятий




п/п

Наименование раздела дисциплины

Лекции

Семинар

Лабор.

работы

СРС

Всего

1

Введение.

.

2

-

-

-

2

2

Взаимодействие электромагнитного

излучения с атомами и молекулами.


4

2

-

4

10

3

Усиление и генерация электромагнитного

излучения оптического диапазона.

4

2

-

4

10

4

Свойства лазерного излучения.

Распространение и преобразование

лазерных пучков.

4

-

-

4

8

5

Твердотельные и жидкостные

лазеры.

4

-

-

4

8

6

Газовые лазеры.

6

2

-

6

14

7

Физические основы генерации света

в полупроводниках.

4

2

-

4

10

8

Полупроводниковые источники

некогерентного излучения.

4

2

-

4

10

9

Полупроводниковые лазеры.

6

3

6

6

21

10

Фотоприемники и приборы

управления оптическим излучением.

6

2

11

6

25

11

Оптические методы передачи,

обработки и хранения информации.

5

2

-

6

13

12

Заключение.


2

-

-

-

2


6. Лабораторный практикум




п/п

№ раздела

дисциплины

Наименование лабораторных работ

1

9

Полупроводниковый лазер

2

10

Статические характеристики фотодиода

3

10

Инерционность фотоприемника с p-n переходом.




  1. Примерная тематика курсовых работ:

• Расчет характеристик лазеров и элементов лазерных систем.

• Расчет характеристик полупроводниковых фотоприемников.


  1. Учебно-методическое обеспечение дисциплины:


а) основная литература:

  1. Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. – М.: «Высшая школа», 2001. – 573 с.

2. Григорьев Ф.И. Полупроводниковые источники излучения. – М.: МИЭМ,

2004. – 44 с.

3. Григорьев Ф.И. Оптоэлектронные приборы на основе полупроводниковых

наноструктур. – М.: МИЭМ, 2011. – 35 с.

б) дополнительная литература:

1. Розеншер Э., Винтер Б. Оптоэлектроника. – М.: Техносфера, 2004. – 592 с.

2. Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. Квантовая электроника. Приборы и их применение.

- М.: Техносфера, 2006. – 432 с.
в) учебно-методические материалы

1. Исследование характеристик фотодиода: Методические указания к лабораторной

работе по дисциплине «Оптоэлектроника». Сост. Ф.И.Григорьев. - М.: МИЭМ,

2002. – 16 с.


  1. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

Учебная лаборатория кафедры, в которой имеются стенды, оснащенные необходимыми измерительными приборами. Компьютерный класс.
Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 21010 «Электроника и наноэлектроника».
Программу составил Григорьев Ф.И. профессор, к.х.н.

Похожие:

Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования iconПравительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования iconПравительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования iconРоссийской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Заказчик: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо-Восточный...

Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования iconФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «южный федеральный университет» Факультет управления в экономических и социальных системах
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования iconПравительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Для направления 010400. 68 «Прикладная математика и информатика» подготовки магистров

Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования iconПрограмма дисциплины для направления/ специальности подготовки бакалавра/ магистра/ специалиста Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования iconПравительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Актуальные проблемы взаимоотношений России с основными международными экономическими организациями и региональными экономическими...

Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования iconРоссийской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Самостоятельные занятия (работа над коллективными и индивидуальными проектами, курсовые работы)

Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования iconРоссийской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Самостоятельные занятия (работа над коллективными и индивидуальными проектами, курсовые работы)

Правительство Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования iconРоссийской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Самостоятельные занятия (работа над коллективными и индивидуальными проектами, курсовые работы)