Домой

Учебно-методический комплекс Дисциплины «Основы оптики» (ОО) Образовательной профессиональной программы (опп)




НазваниеУчебно-методический комплекс Дисциплины «Основы оптики» (ОО) Образовательной профессиональной программы (опп)
страница1/7
Дата03.01.2013
Размер0.75 Mb.
ТипУчебно-методический комплекс
Содержание
Учебно-методического комплекса (умк)
В результате изучения дисциплины студенты должны
Федеральное государственное автономное образовательное
«южный федеральный университет»
«согласовано» «утверждаю»
Рабочая программа
Итоговый рейтинг
Уч. степень
Место, цели и задачи дисциплины
В результате изучения дисциплины студенты должны
2. Содержание теоретического курса
2.2. Лабораторные занятия
2.2.1 Уравнения математической физики.
Изучение математической модели основного закона лучевой оптики
Пример. проектирование объектива микроскопа.
2.2.4 Расчет мощности излучения и кпд экрана квантоскопа
2.2.6 Исследование устойчивости свободной генерации полупроводниковых лазеров
2.4.1 Пример. проектирование объектива микроскопа.
Анализ стационарного режима генерации лазера и оптимизация нагрузки
Федеральное государственное автономное образовательное
...
Полное содержание
Подобные работы:
  1   2   3   4   5   6   7


МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»


ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ

(ТТИ Южного федерального университета)

_____________________________________________________________________


учебно-методический комплекс


Дисциплины «Основы оптики» (ОО)


Образовательной профессиональной программы (ОПП)


направления 200200 «Оптотехника»,

специальности 200201 «Лазерная техника и лазерные технологии»


Факультет __Электроники и приборостроения_______________________

Выпускающая кафедра по ОПП ___Радиотехнической электроники


Таганрог, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

^ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (УМК)

Учебной дисциплины «(ОО)


1. Проектирование учебного процесса по учебной дисциплине «Основы оптики» (ОО) (4,5и7 семестры)

В дисциплине (ОО) рассматриваются вопросы, связанные с моделированием физических процессов в оптических приборах и устройствах -- лазерная техника на основе методов математической физики и с автоматизацией расчета и проектирования оптических приборов и устройств на основе широкого применения ЭВМ и соответствующего программного обеспечения.

^ В результате изучения дисциплины студенты должны:

- знать принцип автоматизации расчета и проектирования оптических приборов и устройств (ОП У), основные математические модели и алгоритмы, используемые при решения задач расчета проектируемого устройства и оптимизации параметров ОП У;

- уметь составить математические модели, алгоритмы и упрощенные программы для решения задач, связанных с расчетом и проектированием ОП У, осуществлять на практике решение указанных задач с использованием проблемно-ориентированных прикладных программ;

- получить навыки расчета и проектирования электронных приборов и устройств и их узлов с использованием ЭВМ и проблемно-ориентированных прикладных программ.

Общая трудоемкость – 300 часов.

  1. Технология процесса обучения по учебной дисциплине (ОО)

Процесс обучения в четвертом семестре состоит в чтении лекций, проведении практических занятий. Самостоятельная работа студентов. Выполнение индивидуальных заданий по отработке рабочей программы (SI++). Проведение коллоквиума (пояснения фрагментом рабочих программ (SI++), два вопроса) и зачета (написать алгоритм одной из рабочей программы задача, два вопроса), причем все вопросы и рабочие программы (SI++) студентам известны заранее.

Лекции дублируют изданные учебные пособия, электронной версией лекций.

Процесс обучения в пятом семестре состоит в чтении лекций. Самостоятельная работа студентов. Выполнение индивидуальных заданий по отработке рабочей программы (SI++). Проведение коллоквиумов и экзамена (написать алгоритм одной из рабочей программы задача, два теоретических вопроса, решения задач), причем все вопросы и рабочие программы (SI++) студентам известны заранее.

Лекции дублируют изданные учебные пособия, электронной версией лекций и теоретические части инструкций по практическим занятиям.

Процесс обучения в седьмом семестре состоит в чтении лекций, проведении 8 лабораторных двухчасовых работ. Самостоятельная работа студентов. Выполнение индивидуальных заданий по отработке рабочей программы (SI++). Проведение коллоквиума (пояснения фрагментом рабочих программ (SI++), два теоретических вопроса и решения задач) и экзамена (написать алгоритм одной из рабочей программы задача, два вопроса и решения задач), причем все вопросы и рабочие программы (SI++) и задачи студентам известны заранее.

Лекции дублируют изданные учебные пособия, электронной версией лекций и теоретические части инструкций по лабораторным работам.

  1. Междисциплинарные связи учебной дисциплины в общем перечне дисциплин ОПП Дисциплина «Основы оптики» (ОО) базируется на следующих дисциплинах, изучаемых ранее: «Информатика», «Инженерная и компьютерная графика», «Прикладная информатика», "Высшая математика", "Физика", «Специальные разделы физики», «Электротехника и электроника, "Метрология, стандартизация и сертификация", а также специальные курсы, содержащие разделы теории и расчета оптических приборов и устройств.

Знания, полученные студентами при изучении данной дисциплины, используются при выполнении курсовых проектов, изучении специальных дисциплин восьмого, девятого и десятого семестров и выполнении дипломного проекта.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
^

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

^ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»


ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ

(ТТИ Южного федерального университета)

_____________________________________________________________________


^ «СОГЛАСОВАНО» «УТВЕРЖДАЮ»

Председатель методической комиссии Декан ЭП факультета

по образовательной программе Коноплев Б.Г.

______________________

________________________ ___________________________


«____»_________ 2011/12 учеб. год «____»________2011 /12 учеб. год

Образовательная профессиональная программа (ОПП)

специальности 200201 «Лазерная техника и лазерные технологии»

Факультет _____________ЭП_______________________

Выпускающая кафедра по ОПП РТЭ______


^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ДИСЦИПЛИНЫ. «Основы оптики» (ОО)


Кафедра ______РТЭ_______________________


Форма обучения __________очная________ Срок обучения____5.5 лет______


Технология обучения лекции, коллоквиумы, лаб. работы, практические занятия, курсов проект

Курсы__2,3 и4____Семестры___4, 5 и7______


Академические часы _300__




Зачетные единицы __8 .е._

Учебных занятий



79 ч

5 с

101 ч

7 с

120 ч




Учебных занятий

4сем 100 бал

5 сем

100 б

7 сем

100 б

Из них:

лекций

практических

лабораторных

самостоятельных

индивидуальных

(курсовой проект)


36

18

-

25



36

18


29

18


54

-

18

30

18




Из них:

лекций

практических

лабораторных

самостоятельных

индивидуальных

(курсовой проект)


60

40




60

30


10


60


20


20

Промежуточный

рейтинг-контроль 4 сем

(зачет)





Промежуточный

рейтинг-контроль 4 сем

(зачет)




^ Итоговый рейтинг-

контроль (экзамен)

5,7сем




Итоговый рейтинг

контроль (экзамен)

5,7 сем


Таганрог 2011 г.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта Российской Федерации образовательной профессиональной программы (ОПП)

«Основы оптики» (ОО)


________________________индекс_______Ф.06_______________________________


Составители:




Должность



^ Уч. степень


Звание


Ф.И.О.


Подпись


доцент

каф. РТЭ,



КТН


Доцент


Голосов П.Г.







Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры________________

радиотехнической электроники


Зав. кафедрой РТЭ Г.Г. Червяков


Согласовано с другими кафедрами или организациями:



Название организации


Подпись


Ф.И.О. руководителя


Каф. КЭС








Каф. МЭ и НСТ








Каф. Физики







Каф. А РПУ










^ МЕСТО, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

«Основы оптики» (ОО)

В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРОГРАММЕ,

реализуемой в университете

    1. Место дисциплины в реализации основных задач образовательной профессиональной программы (ОПП).

Дисциплина (ОО) служит для более глубокого изучения тех процессов и закономерностей автоматизации расчета и проектирования оптических приборов и устройств на

основе математических моделей и алгоритмов, используемые при решения задач расчета проектируемого оптического устройства и оптимизации его параметров;

    1. Место дисциплины в обеспечении образовательных интересов личности обучающегося студента по данной ОПП.

Дисциплина ОО существенно расширяет и углубляет научный и технический кругозор в избранной специальности, дает возможность получить навыки в отработке рабочих программ с получением результатов расчета в виде графических зависимости, что обеспечивает образовательные интересы личности обучающегося студента по данной ОПП.

    1. Место дисциплины в удовлетворении требований заказчиков выпускников университета данной ОПП

Дисциплина ОО существенно углубляет и расширяет знание студентов в избранной ими специальности и в специальностях, связанных с обслуживанием и эксплуатацией компьютерной и радиотехнической техники. Все это удовлетворяет требованиям заказчиков выпускников университета по данной ОПП.

    1. Знания каких учебных дисциплин должны предшествовать изучению дисциплины в ОПП

Изучение дисциплины ОО использует материал дисциплин «Информатика», «Инженерная и компьютерная графика», «Прикладная информатика», "Высшая математика", "Физика", «Специальные разделы физики», «Электротехника и электроника, "Метрология, стандартизация и сертификация", также специальные курсы, содержащие разделы теории и расчета электронных приборов и устройств.

    1. Для изучения каких дисциплин будет использоваться материал дисциплины при реализации рассматриваемой ОПП

Дисциплина О О является одной из основной для изучения

специальных дисциплин последующих семестров и выполнения курсовых проектов и выполнении дипломного проекта.

    1. Цель преподавания дисциплины

сформировать у студентов понимание теоретических и физических основ современной оптики для последующего использования этих знаний при изучении других дисциплин и при разработке оптических приборов различного назначения.

    1. Задачи изучения дисциплины

Задачи курса - приобретение студентами знаний основных законов и явлений геометрической и физической оптики, принципов формирования оптического изображения и факторов, определяющих его качество, а также навыков применения этих знаний для анализа оптических и оптико-физических схем приборов.

Предусматриваются следующие виды академической отчетности студентов: защита отчетов по лабораторным работам, зачеты, экзамены.

Дисциплина "Основы оптики" основывается на знаниях, полученных при изучении следующих дисциплин: "Математика", "Физика".

В свою очередь она служит основой для изучения дисциплин "Прикладная оптика", "Основы конструирования оптических приборов", "Оптико-электронные системы", "Оптические измерения", "Источники и приемники оптического излучения", "Специальные разделы прикладной оптики", "Специальные вопросы конструирования и технологии оптических приборов", а также дисциплин специализаций. Кроме того, знания и умения, полученные при изучении дисциплины используются при курсовом и дипломном проектировании.

Дисциплина "Основы оптики" относится к общим естественно-научным дисциплинам, является фундаментальной и обеспечивает логическую взаимосвязь дисциплин естественно-научного цикла с обще профессиональными и специальными дисциплинами.

^ В результате изучения дисциплины студенты должны:

- знать описание световых полей, энергетику, законы фотометрии и колориметрии, законы отражения и преломления, формулы Френеля, уравнение эйконала, волновые фронты и лучи, аберрации оптических систем и меры борьбы с ними, дифракционную теорию

формирования оптического изображения, Фурье-теорию оптического изображения,

вопросы дисперсии, оптических свойства сред, рассеяние света, нелинейную оптику и спектры.

- уметь составить математические модели, алгоритмы и упрощенные программы для решения задач, связанных с расчетом и проектированием оптических приборов и устройств О_Пр_У, осуществлять на практике решение указанных задач с использованием проблемно-ориентированных прикладных программ;

- получить навыки расчета и проектирования оптических приборов и устройств и их узлов с использованием ЭВМ и проблемно-ориентированных прикладных программ и

разработанных программ на кафедре РТЭ.


^ 2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА

    1. Лекции

      1. Содержание лекций

Модуль 1 (4 семестр)

Лекция 1

Геометрическая оптика.

Приближение геометрической оптики. Уравнение эйконала. Луч света. Область применимости лучевого приближения. Принцип Ферма. Вывод закона преломления из принципа Ферма. Распространение луча в среде с переменным показателем преломления.

Лекция 2

Линзы, зеркала и оптические системы. Параксиальное приближение. Преломление на сферической поверхности.

Матричные обозначения. Распространение луча в линзе. Преломление луча на второй сферической поверхности. Преломление луча линзой. Распространение луча через оптическую систему. Отражение от сферических поверхностей.

Лекция 3

Геометрическая теория оптических изображений: идеальные оптические системы, матричная теория; Оптическое изображение. Матрица оптической системы. Преобразование луча от плоскости предмета к плоскости изображения. Кардинальные элементы оптической системы. Физический смысл постоянных Гаусса. Построение изображений. Уравнение линзы. Тонкие линзы. Система тонких линз. Использование ЭВМ

Лекция 4

Реальные оптические системы: ограничение пучка, зрачки и люки, энергетические оптические системы, аберрации; Аберрации оптических систем. Источники аберраций. Точные матрицы преобразований. Сферическая аберрация. Кома. Аберрации,

обусловленные внеосевыми наклонными лучами. Хроматическая аберрация.

Иммерсионный объектив. Условие Аббе.

Лекция 5

Оптические приборы. Диафрагмирование. Основные понятия, связанные с диафрагмированием. Глаз как оптическая система. Фотоаппарат. Лупа. Микроскоп. Зрительная труба. Проекционные устройства. Задачи.

Лекция 6

Интерференция. Двухлучевая интерференция, осуществляемая делением амплитуды

Определение интерференции. Интенсивность при суперпозиции двух монохроматических волн. Способы получения когерентных волн в оптике. Интерференция монохроматических волн, распространяющихся строго вдоль оси интерферометра Майкельсона. Интерференция монохроматических волн, распространяющихся под углом к оси интерферометра. Причина размывания полос интерференции. Интерференция немонохроматического света. Принцип Фурье-спектроскопии. Видимость при гауссовой форме линии. Видимость при лоренцевой форме линии. Интерферометр Майкельсона с линейными полосами. Интерференционная картина от белого света. Интерферометр Маха-Цендера. Интерферометр Тваймана-Грина. Интерферометр Жамена.

Лекция 7

Двухлучевая интерференция, осуществляемая делением волнового фронта. Принцип Гюйгенса. Схема Юнга. Интерференция при белом свете. Источник конечного размера. Источник с однородным распределением интенсивности излучения. Временная и пространственная когерентности. -Угол и ширина когерентности. Звездный интерферометр. Измерение диаметров звезд. Измерение расстояния между компонентами двойной звезды. Бипризма Френеля. Билинза Бийе. Зеркало Ллойда. Бизеркало Френеля. Закон сохранения энергии в явлениях интерференции.

Лекция 8

Многолучевая интерференция, осуществляемая делением амплитуды. Интерферометр Фабри-Перо. Распределение интенсивности в интерференционной картине. Интерференционные кольца. Разрешающая способность. Факторы, ограничивающие разрешающую способность. Дисперсионная область. Сканирующий интерферометр Фабри-Перо. Интерференционные фильтры. Пластинка Люммера-Герке. Эшелон Майкельсона.

Лекция 9

Интерференция в тонких пленках. Оптическая длина пути. Отражение от параллельных поверхностей. Линии равного наклона. Роль размера источника. Роль толщины пленки и монохроматичности излучения. Линии равной толщины. Кольца Ньютона. Учет многократных отражений. Слой с нулевой отражательной способностью. Слой с высокой отражательной способностью. Матричный метод расчета многослойных пленок. Многослойные диэлектрические зеркала. Полупрозрачные материалы

Модуль 2

Лекция 1

Частичная когерентность и частички поляризация. Частичная

когерентность: интерференция квазимонохроматического света,

взаимная интенсивность пространственная и временная когерентность, распространение взаимной интенсивности. Функция взаимной когерентности. Комплексная степень когерентности. Степень когерентности. Опыт Брауна и Таисса.

Лекция 11

Частичная поляризация. Матрица когерентности квазимонохроматической плоской волны. Комплексная степень когерентности взаимно перпендикулярных проекций напряженности электрического поля волны. Естественный (неполяризованный) свет. Полностью поляризованный свет. Степень поляризации световой волны. Выражение степени поляризации через экстремальные значения интенсивности. Представления естественного света. Соотношение

между степенью поляризации и степенью когерентности. Теорема Ван-Циттерта-Цернике

Задачи.

Лекция 12

Дифракционная теория формирования оптического изображения:

Дифракционное распределения поля, структура оптического изображения, преобразование поля в оптических системах, влияние аберраций. Фурье-теория оптического изображения. Метод зон Френеля. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Графическое вычисление амплитуды. Пятно Пуассона. Дифракция на прямолинейном крае полубесконечного экрана. Зонная пластинка как линза. Трудности метода зон Френеля

Лекция 13

Приближение Кирхгофа. Формула Грина. Теорема Гельмгольца-Кирхгофа. Условие излучения. Приближение Кирхгофа. Оптическое приближение. Формула дифракции Френеля-Кирхгофа. Теорема взаимности Гельмгольца. Вторичные источники. Приближение Френеля

Лекция 14

Дифракция Фраунгофера. Область дифракции Фраунгофера. Дифракция на прямоугольном отверстии. Дифракция на щели. Дифракция на круглом отверстии. Дифракционная решетка. Дифракция белого света на решетке. Дисперсионная область. Разрешающая способность. Отражательные дифракционные решетки.

Лекция 15

Дифракция на щели с непрерывным изменением фазы волны. Фазовые решетки. Амплитудно-фазовые решетки. Наклонное падение лучей на решетку. Дифракция на непрерывных периодических и непериодических структурах. Дифракция на ультразвуковых волнах. Сравнение характеристик спектральных аппаратов

Лекция 16

Дифракция Френеля. Область дифракции Френеля. Дифракция на прямоугольном отверстии. Интегралы Френеля. Спираль Корню

Лекция 17 Обзорная заключительная лекция.

Задачи.

      1. Содержание лекций

Модуль 1 (5 семестр)

Лекция 1

I. Электромагнитные волны

Оптический диапазон электромагнитных волн. Длины волн видимого диапазона. Частоты волн видимою диапазона. Оптический и другие диапазоны электромагнитных волн. Почему мы видим именно в

видимом диапазоне? Почему микроволновая область непригодна для зрения? Ночное видение.

Лекция 2

Описание световых полей: уравнения Максвелла, волновые уравнения,

комплексная амплитуда. Уравнение Гельмгольца, регистрируемые характеристики.

Свойства электромагнитных волн. Электромагнитная природа света. Волновое уравнение. Плоские волны. Сферические волны. Плоские гармонические волны. Волновой вектор. Представление плоской волны в комплексной форме. Представление сферической волны в комплексной форме. Плоская электромагнитная волна. Инвариантность плоской волны. Инвариантность фазы. Четырехмерный волновой вектор. Формулы преобразования частоты и направления распространения плоской волны. Эффект Доплера.

Лекция 3

Плотность потока энергии и импульса электромагнитных волн. Давление света. Плотность потока энергии. Распределение плотности потока по сечению пучка. Гауссов пучок. Плотность импульса электромагнитной волны. Давление света. Действие светового давления на малые частицы. Лазерный термояд. Преобразование амплитуды и нормали плоской электромагнитной волны. Энергия цуга плоских волн. Импульс цуга плоских волн

Лекция 4

Суперпозиция электромагнитных волн. Суперпозиция векторов поля волны. Суперпозиция бегущих плоских монохроматических электромагнитных волн. Биения. Стоячие волны. Преобразование энергии в стоячей электромагнитной волне. Экспериментальное доказательство электромагнитной природы света

Лекция 5

Поляризация электромагнитных волн. Поляризация света: методы описания, матричная теория. Линейная поляризация. Суперпозиция линейно поляризованных волн. Эллиптическая и круговая поляризации. Изменение вектора напряженности в пространстве при

эллиптической и круговой поляризациях. Вырожденный случай

эллиптической поляризации Число независимых поляризаций.

Линейно поляризованная волна как суперпозиция волн с круговой

поляризацией.

Лекция 6

Усреднение. Операция усреднения. Усреднение гармонических

функций. Усреднение квадратов гармонических функций. Линейность операции усреднения. Вычисления с комплексными скалярными величинами. Вычисления с комплексными векторными величинами

Лекция 7

Фотометрия и колориметрия: методы фотометрии, основные понятия о цвете и цветности. Фотометрические понятия и величины. Энергетические и фотометрические величины. Энергетические величины. Энергетическая сила излучения. Энергетическая яркость. Энергетическая светимость. Энергетическая освещенность. Фотометрические величины. Световой поток. Яркость. Светимость. Освещенность. Световая экспозиция. Соотношения между энергетическими и световыми характеристиками излучения. Виды и модели источников излучения.

Задачи.

Модуль 2

Лекция 1

Немонохроматическое и хаотическое излучение

Спектральный состав функций. Ряд Фурье в действительной форме. Ряд Фурье в комплексной форме. Интеграл Фурье в действительной форме. Интеграл Фурье в комплексной форме. Спектр амплитуд и спектр фаз. Нахождение спектра амплитуд и фаз из ряда Фурье в комплексной форме. Непрерывный спектр. Спектр прямоугольных импульсов. Спектр пилообразных импульсов. Спектр изолированного прямоугольного импульса. Спектр экспоненциально убывающей функции. Соотношение между продолжительностью импульса и шириной спектра. Смещение начала отсчета времени. Смещение спектра по частотам. Отрицательные частоты. Теорема Парсеваля. Теорема Планшереля

Лекция2

Естественная ширина линии излучения. Классическая модель излучателя. Спектральный состав излучения. Лоренцева форма и ширина линии излучения. Время излучения. Форма линии поглощения. Квантовая интерпретация формы линии излучения. Квазимонохроматическая волна

Лекция 3

Уширение спектральных линий. Причины уширения. Однородное и неоднородное уширения. Естественная ширина линии излучения как однородное уширение. Ударное уширение. Доплеровское уширение. Форма составной линии излучения

Лекция 4

Модулированные волны. Модуляция. Модуляция амплитуды.

Модуляция частоты и фазы. Спектр колебания с гармонической модуляцией частоты

Лекция 5

Волновые пакеты. Волновой пакет, образованный двумя волнами. Групповая скорость. Суперпозиция колебаний с эквидистантными частотами. Квазиплоская волна.

Лекция 6

Хаотический свет. Суперпозиция волн со случайными фазами. Время разрешения. Усреднение по периоду колебаний. Влияние увеличения промежутка времени на результат усреднения. Время когерентности. Длина когерентности. Гауссов свет. Флуктуации плотности потока энергии хаотического света. Поляризация.

Лекция 7

Фурье-анализ случайных процессов. Спектр мощности.

Автокорреляционная функция. Теорема Винера-Хинчина. Интервал корреляции. Связь интервала корреляции с нормированным спектром мощности

Задачи.

Модуль 3

Лекция 1

Распространение света в изотропных средах

Распространение света в диэлектриках. Монохроматические волны. Дисперсия. Нормальная дисперсия. Аномальная дисперсия. Рассеяние света. Распространение волнового пакета. Замещение световой волны в среде. Дисперсия света в межзвездном пространстве. Окраска тел

Лекция 2

Прохождение света через границу раздела:

отражение и преломление света на границе между диэлектриками. Формулы Френеля. Граничные условия. Постоянство частоты волны при отражении и преломлении. Плоскость падающего, отраженного и преломленного лучей. Соотношения между углами падения, отражения и преломления. Разложение плоской волны на две с взаимно перпендикулярными линейными поляризациями. Вектор Е перпендикулярен плоскости падения. Формулы Френеля для перпендикулярных составляющих векторов поля. Вектор Е лежит в плоскости падения. Слоистые среды. Формулы Френеля для параллельных составляющих векторов поля. Явление Брюстера. Соотношения между фазами волн при отражении или преломлении. Степень поляризации.

Лекция 3

Полное отражение света. Формулы для углов пд >пред. Волна во второй среде. Глубина проникновения. Фазовая скорость. Отраженная волна. Энергетические соотношения при преломлении и отражении света. Плотности потоков энергии. Коэффициент отражения. Коэффициент пропускания. Закон сохранения энергии. Поляризация света при отражении и преломлении.

Лекция 4

Распространение света в проводящих средах. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Глубина проникновения. Физическая причина поглощения. Фазовая скорость и длина волны. Соотношения между фазами колебаний векторов поля. Соотношения между

амплитудами векторов поля. Среды с малой электропроводимостью. Среды с большой электропроводимостью. Отражение света от поверхности проводника.

Граничные условия. Соотношения между амплитудами волн. Коэффициент отражения. Связь между отражательной и поглощательной способностями.

Задачи.

      1. Содержание лекций

Модуль 1 (7 семестр)

Лекция 1

Основные понятия Фурье-оптики.

Линза как элемент, осуществляющий преобразование Фурье. Фазовое преобразование, осуществляемое тонкой линзой. Расчет функции толщины. Виды линз. Линза как элемент, осуществляющий преобразование Фурье.

Лекция 2

Дифракционное образование изображений линзой. Фурье-преобразование амплитуд между фокальными плоскостями линзы. Формирование изображения линзой. Предел разрешающей способности оптических приборов. Метод темного поля. Метод фазового контраста

Лекция 3

Пространственная фильтрация изображений. Существо пространственной фильтрации изображений. Пространственная фильтрация изображений дифракционной решетки. Эксперимент Аббе-Портера.


Лекция 4 5

Голография. Синхронное детектирование. Голограмма плоской волны. Восстановление изображения. Голограмма точечного объекта. Голограмма произвольного объекта. Требования к фотопластинкам и времени экспозиции. Объемное воспроизведение предмета. Толстослойные голограммы (метод Деннсюка). Условие Вульфа-Брэгга. Получение голограммы и восстановление плоской волны. Получение голограммы и восстановление сферической волны. Получение голограммы и восстановление изображения произвольного объекта. Цветное объемное изображение. Особенности голограмм как носителей информации. Применения голографии.

Лекция 6

Распространение света в анизотропных средах. Виды анизотропии.

Описание анизотропных сред. Источники анизотропии. Описание анизотропной диэлектрической среды. Тензор диэлектрической проницаемости. Распространение плоской электромагнитной волны в анизотропной сред. Плоская электромагнитная волна в анизотропной среде. Зависимость фазовой скорости от направлений распространения волны и колебаний вектора D. Уравнение Френеля. Типы возможных волн.

Лекция 7

Ход лучей в анизотропной среде. Зависимость лучевой скорости от направления. Эллипсоид лучевых скоростей. Анализ хода лучей с помощью эллипсоида лучевых скоростей. Оптическая ось. Двуосные и одноосные кристаллы. Эллипсоид волновых нормалей. Лучевая поверхность.

Лекция 8

Двойное лучепреломление. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Сущность двойного лучепреломления. Построение Гюйгенса. Оптическая ось перпендикулярна поверхности кристалла. Оптическая ось параллельна поверхности кристалла. Оптическая ось под углом к поверхности кристалла. Закон Малюса. Поляризация при двойном лучепреломлении. Поляроид. Поляризационные и двоякопреломляющие призмы. Призма Николя. Полихроизм.

Лекция 9

Интерференция поляризованных волн. Интерференция волн при взаимно перпендикулярных направлениях линейной поляризации. Пластинка в четверть волны. Пластинка в полволны. Пластинка в целую волну. Анализ линейно поляризованного света. Анализ эллиптически поляризованного света. Анализ циркулярно поляризованного света. Компенсаторы. Цвета кристаллических пластинок. Явления в сходящихся лучах.

Лекция 10

Вращение плоскости поляризация. Вращение плоскости поляризации в кристаллических телах. Вращение плоскости поляризации в аморфных веществах. Феноменологическая теория вращения плоскости поляризации. Оптическая изомерия. Вращение плоскости поляризации в магнитном поле.

Лекция 11

Искусственная анизотропия. Анизотропия при деформации. Анизотропия, создаваемая в веществе электрическим полем. Анизотропия, создаваемая в веществе магнитным полем.

Эффект Поккельса

Задачи.

Модуль 2

Лекция 1

Рассеяние света

Природа процессов рассеяния. Природа рассеяния. Типы рассеяния. Многократное рассеяние. Рэлеевское рассеяние и рассеяние Ми.

Модель элементарного рассеявателя. Рэлеевское рассеяние. Закон Рэлея. Угловое распределение и поляризация света при рэлеевском рассеянии. Ослабление интенсивности света. Рассеяние Ми.

Распределение интенсивности по углам и поляризация излучения в рассеянии Ми Проявления рассеяния Ми

Лекция 2

Рассеяние Мандельштама-Бриллюэня. Компоненты Мандельштама-Бриллюэна. Несмещенная компонента. Явление Мандельштама-Бриллюэна в твердых телах.

Лекция 3

Комбинационное рассеяние. Классическая интерпретация. Экспериментальные факты. Квантовая интерпретация.

Применения комбинационного рассеяния.

Лекция 4

Генерация света.

Излучение абсолютно черного тела. Плотность излучения.

Равновесная плотность излучения. Первый закон Кирхгофа. Поглощательная способность и энергетическая светимость. Второй закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Концентрация мод колебаний. Формула Рэлея-Джинса. Формула Вина. Формула Планка. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Элементарная квантовая теория. Спонтанные и вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнштейна.

Лекция 5

Оптические усилителя. Прохождение света через среду.

Закон Бургера. Условия усиления. Воздействие светового потока на заселенность уровней. Условия насыщения. Создание инверсной

заселенности. Лазеры. Принципиальная схема лазера.

Порог генерации. Условия стационарной генерации. Добротность. Непрерывные и импульсные лазеры. Повышение мощности излучения. Метод модулированной добротности.

Лекция 6

Лазерное излучение. Моды излучения. Резонатор с прямоугольными плоскими зеркалами. Аксиальные (продольные) моды. Ширина линий излучения. Боковые моды. Цилиндрический резонатор со сферическими зеркалами. Синхронизация мод. Продолжительность импульса. Осуществление синхронизации мод. Лазерные спеклы.

Характеристики некоторых лазеров. Разнообразие лазеров. Рубиновый лазер. Гелий-неоновый лазер. CO2-лазер с замкнутым объемом. Проточный CO2-лазер. Т-лазер. Газодинамические лазеры. Лазеры на красителях.

Задачи.

Модуль 3

Лекция 1

Нелинейные явления в оптике

Нелинейная поляризованность. Линейная поляризованность. Нелинейная поляризованность. Квадратичная нелинейность. Нелинейная восприимчивость. Комбинационные частоты.

Лекция 2

Генерация гармоник. Волна линейной поляризованности. Волны нелинейной поляризованности. Условие пространственного синхронизма. Длина когерентности. Осуществление пространственного синхронизма. Векторное условие пространственного синхронизма. Генерация суммарных и разностных частот. Спонтанный распад фотона. Параметрическое усиление света. Параметрические генераторы света.

Лекция 3

Самовоздействие света в нелинейной среде. Нелинейная поправка к показателю преломления. Самофокусировка и дефокусировка пучка. Длина самофокусировки. Пороговая мощность. Основные причины возникновения нелинейности показателя преломления. Инерционность.

Модуль 4

Лекция 1. Основы фотометрии и колориметрии.

Фотометрические свойства тел. Типы отражения и пропускания. Ламбертовские источники и поверхности. Идеальный рассеиватель. Коэффициент яркости. Интегрирующая сфера.

Поглощение света. Прозрачные, поглощающие и нейтральные среды. Оптическая плотность, показатель поглощения. Излучение объемного источника. Эффективно излучающий слой.

Лекция 2

Отражение от менее плотной среды. Энергетические и фазовые соотношения. Нарушенное полное внутреннее отражение

(НПВО). Неоднородная волна в поверхностном слое. Глубина

проникновения волны в менее плотную среду. Методы НПВО.

Лекция 3

Методы фотометрии: визуальная, фотографическая и фотоэлектрическая, монохромная и гетерохромная фотометрия. Глаз

как приемник излучения. Принципы построения визуальных фотометров. Основы фотографической фотометрии. Основные свойства

фотоэмульсий. Измерение относительной интенсивности.

Принципы построения объективных фотометров.

Лекция 4

Особенности фотометрии импульсных источников. Параметры

импульсных источников. Колориметрический, пондеромоторный

и фотоэлектрический методы измерения импульсного излучения.

Измерение импульсных и интегральных параметров импульсного излучения.

Лекция 5

Основные понятия о цвете и цветности. Законы смешения

цветов. Координаты цвета и цветности. Цветовые системы RGB и

ld,p. Понятие белого цвета. Источники белого цвета.

Ахроматические поверхности.

Лекция 6 7

Цветовая система XYZ. Цветовые расчеты. Удельные координаты. Координаты цвета и цветности источника линейчатого и

сплошного спектра. Визуальные и объективные колориметры.

      1. Основная литература:

1. Матвеев А.Н. Оптика. М.: Высшая школа, 1985.

2. Бутиков Е.И. Оптика. М.: Высшая школа, 1986.

3. Ландсберг Г.С. Оптика. М.:Наука, 1976

4. Бегунов Б.Н.,Заказнов Н.П. и др. Теория оптических систем. М.:Машиностроение, 1984.

5. Заказнов Н.П. и др. Прикладная оптика. М.: Машиностроение, 1988

6. Дубовик А.С. и др. Прикладная оптика. М.: Недра, 1982.

7. Русинов М.М. и др. Вычислительная оптика. Справочник. Л.:

Машиностроение, 1984

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

6. Дичберн Р. Физическая оптика. М.: Наука, 1965.

7. Поль Р.В. Оптика и атомная физика. М.: Наука, 1966

8. Прикладная физическая оптика /Под. ред. В.А.Москалева С.-Пб.:Политехника, 1955

9. Золотарев В. М., Морозов В.Н., Смирнова Е.В. Справочник.

Оптические постоянные природных и технических сред. Л.: Химия, 1984.

      1. Дополнительная литература:

1. А.Джерард,Дж.М.Берч Введение в матричную оптику. М.: Мир, 1978.

2. Сборник задач по теории оптических систем. /Л.Н.Андреев,

А.П.Грамматин и др. М.: Машиностроение, 1987.

3. Апенко М.И., Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Задачник по

прикладной оптике. М.: Недра, 1987.

4.Родионов С.А., Шехонин А.А. Методология проектирования оптических приборов. Учебное пособие. Под редакцией проф. Потеева М.И. Санк-Петербург.

С-П Г И Т М и О,1996. 84 с

5. Первулюсов Ю.Б., Солдатов В.П., Якушенков Ю.Г. Проектирование оптико-электронных приборов. М., 1990.- 432 с.

6. Балошин Ю.А., Крылов К.И., Шарлай С.Ф. Применение ЭВМ при разработке лазеров._ Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1989.-236 с.

7. Смит К., Томсон Р. Численное моделирование газовых лазеров. _М.: Мир, 1981.-515с.

^ 2.2. Лабораторные занятия

7 семестр

Занятие 1 Программа расчета параметров экрана цветного кинескопа. Программы с именем RGB_.c. Графический файл вывода результатов расчета.

Кривая видности глаза.

Занятие 2. Программа расчета оптической системы из нескольких линз с использованием основного закона лученной оптики – закона Снеллиуса.

Графический файл вывода результатов расчета.

Занятие 3. Программа расчета оптической системы из нескольких линз с

использованием матричного метода записи параметров линзы.

Графический файл вывода результатов расчета.

Занятие 4 Расчет оптической системы с использованием модуля

прикладных программ типа OPAL PC. Индивидуальное задание.

Занятие 5 Расчет оптической системы с использованием модуля прикладных программ типа Zmax. Индивидуальное задание.

Занятие 6 Двухлучевой интерферометр Майкельсова.

Расчет интерференционной картины.

Занятие 6 Двухлучевая интерференция, осуществляемая делением волнового фронта. Схема Юнга.

Занятие 6. Интерференция в тонких пленках (Кольца Ньютона )

Расчет интерференционной картины (Си++).

Занятие 7 Зоны Френеля. Призма Френеля .

Занятие 8.Интерферометр Фабри-Перо. Дифракционная решетка.


    1. Практических занятий по данной дисциплине.

4 семестр

^ 2.2.1 Уравнения математической физики.

Основные типы уравнений математической физики. Упражнения.

Уравнение эйконала. Принцип Ферма. Вывод закона преломления из принципа Ферма.

^ Изучение математической модели основного закона лучевой оптики – закона Снеллиуса. Преломление на сферической поверхности. Матричное обозначение. Распространение луча в линзе. Матрица оптических систем. Кардинальные элементы оптических систем. Физический смысл постоянных Гаусса. Матрица систем тонких линз. Использование ЭВМ. Примеры. Аберрации оптических систем. Оптические приборы. Диафрагмирование.

Решение задач. Интерференция. Математическая модель. Интенсивность при суперпозиции двух монохроматических волн. Способы получения когерентных волн в оптике.

Использование ЭВМ. Различные виды интерферометров. Интерференция в тонких пленках. Оптическая длина пути. Линии равного наклона. Линии равной толщины. Кольца Ньютона. Матричный метод расчета многослойных пленок. Многослойные диэлектрические зеркала.Решение задач. Дифракция. Принцип Гюйгенса—Френеля. Зоны Френеля.

Приближение Кирхгофа. Формула Грина. Теорема Гельмгольца—Кирхгофа.

Формула дифракции Френеля—Кирхгофа. Дифракция Фраунгофера.

Дифракция на щели. Дифракция на круглом отверстии.

Дифракционная решетка. Дифракция Френеля. Решение задач.

5-ой семестр

2.2.2 ^ ПРИМЕР. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБЪЕКТИВА МИКРОСКОПА.

2.2.3 Изучение рабочих программ, написанных на языке программирования Si++
  1   2   3   4   5   6   7

Поиск по сайту:



База данных защищена авторским правом ©dogend.ru 2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Уроки, справочники, рефераты