Влияние корпускулярно-волнового дуализма на способы описания электромагнитного излучения. Энергетические и фотометрические характеристики излучения.

Тема 3. Физические основы взаимодействия оптического излучения с квантовыми системами – 6 часов.

Энергетические состояния квантовых систем. Оптические переходы. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения. Коэффициенты Эйнштейна и связь их с собственными волновыми функциями частиц. Спектры излучения, структура спектров. Ширина, форма и уширение спектральных линий, связанное со спонтанными переходами, взаимодействием атомов и с эффектом Доплера. Оптические явления в средах с различными агрегатными состояниями.

Тема 4. Усиление оптического излучения – 5 часов.

Активные среды, механизм и способы создания инверсной населенности. Насыщение усиления в активных средах. Скорости спонтанного и индуцированного излучений. Влияние показателя преломления. Расчет коэффициента усиления.

Тема 5. Генерация оптического излучения – 6 часов.

Требования, предъявляемые к активным средам. Типы активных сред. Процессы накачки. Нелинейные оптические эффекты. Основные типы когерентных и некогерентных источников оптического излучения. Пассивные оптические резонаторы. Одномодовая и многомодовая генерация. Основные типы когерентных источников оптического излучения: твердотельные, газовые, жидкостные, химические и полупроводниковые лазеры. Свойства лазерных пучков. Источники некогерентного излучения – электролюминесцентные и полупроводниковые. Применение источников оптического излучения в средствах отображения информации.

Тема 6. Устройства для регистрации оптического излучения – 5 часов.

Фоторезисторы. Кремниевые p-i-n фотодиоды и диоды с барьером Шоттки. Лавинные фотодиодные детекторы. Импульсные и частотные характеристики фотодиодов. Фототранзисторы, фототиристоры и фотосимисторы. Шумы фотодетекторов.

Тема 7. Устройства для модуляции, отклонения, трансформации и обработки оптического излучения - 8часов.

Пространственное отклонение лазерного пучка. Акустооптические и электрооптические дефлекторы. Пространственная модуляция светового пучка. Управляемые транспаранты на жидких кристаллах. Понятие оптического процессора. Фурье- образ пространственного оптического сигнала. Высокочастотная и низкочастотная пространственная фильтрация. Распознавание объектов. Преобразователи спектра излучения. Оптроны.

Тема 8. Системы передачи оптического излучения – 5 часов.

Открытые и закрытые системы передачи информации. Физические принципы функционирования волоконных световодов. Затухание и искажение сигнала. Одномодовые и многомодовые световоды. Градиентные волноводы. Конструктивные особенности волоконно-оптических линий связи.

 

2.2 Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах (26 часов).

1. Исследование гелий-неонового лазера (5часов):

- исследование устройства накачки;

- измерение интенсивности излучения.

2. Исследование полупроводникового инжекционного лазера (5 часов):

- исследование схемы стабилизации температуры кристалла;

- исследование устройства, реализующего амплитудную модуляцию излучения;

- измерение интенсивности излучения.

3. Исследование светодиодов (4 часа).

4. Исследование фотодетекторов (7 часов):

- снятие вольтамперных характеристик фоторезистора, определение чувствительности и темнового сопротивление;

- исследование фотодиода в диодном и гальваническом режимах работы, определение чувствительности и темнового тока;

- составление схем замещения фотодетекторов по результатам экспериментов.

5. Исследование оптронов (5 часов):

- снятие передаточных характеристик диодного, резисторного, транзисторного и тиристорного оптронов;

- определение времени нарастания и спада для исследуемых оптронов в импульсном режиме.

 

2.3 Содержание и объем самостоятельной работы студентов (55 часов).

Подготовка к лекциям и лабораторным работам – 29 часов.

Подготовка к контрольным работам – 12 часов.

Выполнение творческого задания – 7 часов.

Подготовка к экзамену - 7 часов.

 

 

3 Учебно-методические материалы по дисциплине

3.1 Основная литература

1. Игнатов А.Н. Микросхемотехника и наноэлектроника. Оптоэлектроника и нанофотоника [Электронный ресурс]: учеб. пособие.- СПб.: Лань, 2011.- 528с.- Режим доступа:http//portal magtu.ru, электронная библиотечная система «Лань».- Загл. с экрана.

2. Киселёв Г.Л. Квантовая и оптическая электроника [Электронный ресурс]: учеб. пособие.- СПб.: Лань, 2011.-320с.- Режим доступа:http//portal magtu.ru, электронная библиотечная система «Лань».- Загл. с экрана.

3.2 Дополнительная литература

1. Оокоси Т. Оптоэлектроника и оптическая связь: Пер. с японск.- М.: Мир, 1988.- 96 с.: ил.

2. Электронные приборы: Учебник для ВУЗов / В.А. Дулин и др.; Под. ред. Г.Г. Шишкина. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 496 с.: ил.

3. Шимони К. Физическая электроника: Пер. с нем. – М.: Энергия, 1977. – 607с., ил.

4. Фридрихов С.А., Мовнин С.М. Физические основы электронной техники: Учебник для ВУЗов. – М.: В.Ш., 1982. – 608с., ил.

5. Звелто О. Физика лазеров: Пер. с англ. – М.: Мир, 1979. – 373с.: ил.

6. Апаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. – М.: В.Ш., 1988. – 273 с.: ил.

7. Петрунькин В.Ю., Пахомов Л.Н. Приборы квантовой электроники: Учеб. пособие/ Под ред. Проф. М.М. Бутусова. – Л.: Изд-во Ленингр. унив-та, 1983. – 252 с.: ил.

8. Коган Л.М. Полупроводниковые светоизлучающие диоды. - М.: Энергоатомиздат, 1983. – 208 с.: ил.

9. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1989. – 504 с.: ил.

10. Дудкин В.И. Квантовая электроника. Приборы и их применение: Учеб. пос. / В.И. Дудкин, Л.Н. Пахомов.- М.: Техносфера, 2006.- 433с.

11. В мире инноваций. Органические светоизлучающие транзисторы как альтернатива органическим светодиодам. Сверхскоростной квантовый интернет на оптических транзисторах. «Радио», 2010, №11, с. 6,40.

12. Юшин А.И. Мощные светодиоды: особенности, конструкции, перспективы. «Радио», 2012, №2, с.31-32.

13. Мартинес-Дуарт Дж. М. Нанотехнологии для микро- и оптоэлектроники / Дж.М. Мартинес-Дуарт, Р.Дж. Палма, Ф. Агулло-Руеда. – М.: Техносфера, 2007.- 368с.

14. Розеншер Э. Оптоэлектроника / Э. Розеншер, Б. Винтер.- М.: Техносфера, 2006.- 592с.