МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Лазерная спектроскопия и лазерные технологии
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра общей и экспериментальной физики
Направление подготовки03.03.02. Физика
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план03_03_02_Ф-3-2020
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 42
самостоятельная работа 66
Виды контроля по семестрам
диф. зачеты: 5

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 3 (5) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 16 16 16 16
Лабораторные 26 26 26 26
Сам. работа 66 66 66 66
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
канд. физ.-мат. наук, доцент, Соломатин Константин Васильевич

Рецензент(ы):
канд. физ.-мат. наук, доцент, Рудер Давыд Давыдович

Рабочая программа дисциплины
Лазерная спектроскопия и лазерные технологии

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.02 ФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 07.08.2014г. № 937)

составлена на основании учебного плана:
03.03.02 Физика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д-р физ.-мат. наук, профессор Плотников Владимир Александрович

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Заведующий кафедрой д-р физ.-мат. наук, профессор Плотников Владимир Александрович

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Дисциплина «Лазерная спектроскопия и лазерные технологии» обеспечивает приобретение знаний в соответствии с государственным образовательным стандартом, содействует фундаментализации образования и развитию логического мышления. Цель изучения дисциплины – формирование у студентов фундаментальных теоретических знаний и практических навыков в области лазерной физики, а именно: изложить основные принципы лазерной технологии обработки материалов, научить работать с физическими приборами и оборудованием, используемых в лазерной обработке материалов. Курс «Лазерная спектроскопия и лазерные технологии» занимает важное место в учебном процессе, так как формирует специальные профессиональные навыки, востребованные в современном производстве и научных отраслях.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-1: способностью использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин
ПК-2: способностью проводить научные исследования в избранной области экспериментальных и (или) теоретических физических исследований с помощью современной приборной базы (в том числе сложного физического оборудования) и информационных технологий с учетом отечественного и зарубежного опыта
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.о различных типах уширения спектральных линий и их профилях; фундаментальных принципах строения лазеров; о различных техниках линейной и нелинейной спектроскопии; применение лазерной спектроскопии и лазерной техники в важнейших практических приложениях
3.2.Уметь:
3.2.1.истолковать смысл физических величин и понятий, формулировать основные положения атомной физики; использовать математический аппарат для решения стандартных задач и задач повышенной трудности по лазерной спектроскопии; объяснять результаты физических экспериментов
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.навыками расчета параметров и характеристик фотоприемников, лазеров и их шумов; уширения спектральных линий, обусловленных различными механизмами, оценкой чувствительности техник спектроскопии

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Введение
1.1. Теоретические основы излучения. Коэффициенты Эйнштейна. Спектральная плотность излучения Лекции 5 2 ПК-1 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
1.2. Теоретические основы излучения. Коэффициенты Эйнштейна. Спектральная плотность излучения Сам. работа 5 2 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
1.3. Методы осуществления инверсии. Схемы генерации лазерного излучения Лекции 5 1 ПК-1 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
1.4. Методы осуществления инверсии. Схемы генерации лазерного излучения Сам. работа 5 4 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
1.5. Классификация приемников оптического излучения Лекции 5 1 ПК-1 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
1.6. Классификация приемников оптического излучения Сам. работа 5 2 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
1.7. Основные параметры и характеристики приемников. Внешний и внутренний фотоэффект. Шумы и разрешение Сам. работа 5 8 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
1.8. Основные параметры и характеристики приемников. Внешний и внутренний фотоэффект. Шумы и разрешение Лабораторные 5 6 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
1.9. Уширение спектральных линий. Оптические резонаторы. Селекция мод Лекции 5 2 ПК-1 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
1.10. Уширение спектральных линий. Оптические резонаторы. Селекция мод Сам. работа 5 4 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
1.11. Изучение спектров поглощения и люминесценции рубина Лабораторные 5 8 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
1.12. Изучение спектров поглощения и люминесценции рубина Сам. работа 5 10 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
Раздел 2. Спектроскопия
2.1. Лазерная спектроскопия, ограниченная доплеровским уширением Лекции 5 2 ПК-1 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.2. Лазерная спектроскопия, ограниченная доплеровским уширением Сам. работа 5 4 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.3. Изучение закономерностей в распределении интенсивностей спектральных линий щелочных металлов и измерение относительных интенсивностей некоторых линий Лабораторные 5 6 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.4. Изучение закономерностей в распределении интенсивностей спектральных линий щелочных металлов и измерение относительных интенсивностей некоторых линий Сам. работа 5 10 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.5. Спектроскопия двойных резонансов Лекции 5 2 ПК-1 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.6. Спектроскопия двойных резонансов Сам. работа 5 2 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.7. Расщепление спектральных линий в электрическом и магнитном полях. Эффект Зеемана Лабораторные 5 6 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.8. Расщепление спектральных линий в электрическом и магнитном полях. Эффект Зеемана Сам. работа 5 8 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.9. Бездоплеровская лазерная спектроскопия Лекции 5 2 ПК-1 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.10. Бездоплеровская лазерная спектроскопия Сам. работа 5 4 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.11. Комбинационное и гиперкомбинационное рассеяние Лекции 5 2 ПК-1 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.12. Комбинационное и гиперкомбинационное рассеяние Сам. работа 5 4 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.13. Применение лазерной спектроскопии Лекции 5 2 ПК-1 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3
2.14. Применение лазерной спектроскопии Сам. работа 5 4 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.1, Л2.2, Л1.2, Л2.3

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
1. Спонтанное и вынужденное излучение. Коэффициенты Эйнштейна. Принцип действия лазера.
2. Сортировка атомных и молекулярных пучков (мазер на аммиаке).
3. Методы осуществления инверсии населенностей.
4. Схемы генерации лазерного излучения.
5. Оптические резонаторы. Моды колебаний.
6. Основные параметры и характеристики приемников.
7. Фотоэлементы, ФЭУ, ЭОП, фоторезисторы, фотодиоды, видиконы.
8. Тепловые приемники: болометры, термоэлементы, оптико-акустические, пироэлектрические.
9. Шумы в фотоприемниках. Основные характеристики и источники.
10. Параметры спектральных линий. Естественная ширина линии. Профили линий (Лоренц, Доплер, Фойгт).
11. Столкновительное уширение. Пролетное уширение.
12. Однородное уширение в сильном световом поле. Эффект насыщения.
13. Неоднородное уширение в сильном поле. Провал Беннета. Лэмбовский провал.
14. Спектроскопия возбуждения.
15. Оптоакустичекская спектроскопия. Оптогальваническая спектроскопия.
16. Ионизационная спектроскопия.
17. Лазерный магнитный резонанс.
18. Штарковская спектроскопия.
19. Спектроскопия ридберговских состояний.
20. Двойной резонанс (оптический-радиочастотный, микроволновой-инфракрасный, оптический-микроволновой)
21. Спектроскопия в молекулярных пучках. Спектроскопия пучков быстрых ионов. Спектроскопия в сверхзвуковых струях.
22. Спектроскопия насыщения. Стабилизация частоты лазера по лэмбовскому провалу.
23. Поляризационная спектроскопия. Спектроскопия поляризационного «мечения» атомов.
24. Спектроскопия гетеродинирования.
25. Интерференционная спектроскопия насыщения.
26. Спонтанное комбинационное рассеяние. Стоксовые и антистоксовые линии. Вынужденное комбинационное рассеяние.
27. Спектроскопия когерентного антистоксового комбинационного рассеяния света.
28. Применение лазерной спектроскопии.
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
ФЕДЕРАЛЬНЫМ ГОСУДАРСТВЕННЫМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМ СТАНДАРТОМ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО НАПРАВЛЕНИЮ
ПОДГОТОВКИ 03.03.02 ФИЗИКА и РУП не предусмотрены
5.3. Фонд оценочных средств
Контрольно-оценочные материалы (КОМ), позволяющие оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций, оформленные в виде модулей с заданиями для оценки освоения дисциплины "Лазерная спектроскопия и лазерные технологии". Каждый оценочный материал (модуль) обеспечивает проверку освоения конкретных разделов дисциплины, формируемых этим разделом компетенций и (или) их элементов: знаний, умений.
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Вейко В.П., Либенсон М.Н., Червяков Г.Г., Яковлев Е.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика) [Электронный ресурс] : учебное пособие М.: Физматлит, 2008 https://e.lanbook.com/book/59505
Л1.2 Быков В. П. Лазерная электродинамика. Элементарные и когерентные процессы при взаимодействии лазерного излучения с веществом [Электронный ресурс]: учебное пособие М. : Физматлит, 2006 http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN5922106651.html
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Делоне Н.Б. Нелинейная оптика [Электронный ресурс] : учебное пособие М.: Физматлит, 2003 https://e.lanbook.com/book/2134
Л2.2 Панченко В.Я., Лебедев Ф.В. Современные лазерно-информационные технологии [Электронный ресурс]: монография М.: Интерконтакт Наука, 2015 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=468792
Л2.3 Бёккер Ю. Спектроскопия [Электронный ресурс]: монография М. Техносфера, 2009 http://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785948362205.html
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Лазерная спектроскопия и лазерные технологии, автор Соломатин К.В. https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=4574
6.3. Перечень программного обеспечения
Open Office
MSOffice, MSWord, MSExcel, MSPowerPoint, MSAccess
Adobe Photoshop, MS Paint
WinRAR, WinZIP
Far Manager, Total Commander
Internet Explorer, Opera, Mozilla
Microsoft Windows
AcrobatReader
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека.
www.nlr.ru/ Российская национальная библиотека.
www.nns.ru/ Национальная электронная библиотека.
www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека.
http://www.biblioclub.ru/ интернет-портал «Университетская библиотека онлайн»
www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана.
www.intuit.ru/ Образовательный сайт

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
315К лаборатория спектрального анализа - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; генератор сигналов низкочастотный Г3-112; двухкоординатный самописец ЭНДИМ 62201; измеритель ОСИСМ; комплект КСВУ-23 (МДР-23); модулятор МЛ-102; монохроматор МУМ; монохроматор МУМ-2; монохроматор МУМ-2; осциллограф ЕО - 213; осциллограф ЕО-213; осциллограф ЕО-213; прибор ИЛД-2; самописец "Эндим"; самописец "Эндим"; самописец 02060; фотометр отражения ФО-1 УХЛ-4-2; экспозиметр коротких импульсов ЭКН (ЭКИ); бак эм.; блок питания Б5-44а; весы торсионные ВТ-500; Вольтметр В7-16; Генератор Г5-54; Источник высокочастотный TV-2; Источник питания "Агат"; Источник питания Статрон 3221; Лаб.стабилиз.источник питания ТЕС-18 НТР; Лаб.Энергетические временные и пространс; Лампа настольная; Микроскоп МБС-10; Микрофотометр ИФО-451; Монохроматор СДМС; Монохроматор УМ-2; Осциллограф ЕО-211; Осциллограф С1-48Б; Спектрофотометр СФ - 18; Стабилизатор 3217; Усилитель VL-103; Усилитель VL-103; Усилитель VL-103; Усилитель У5-9; Фотометр ФМП-02; Фотометр ФОУ-1; Учебные наглядные пособия: "Лабораторный практикум по оптике и лазерной физике в медицине"; "Оптика и лазерная физика в медицине. Оптические квантовые генераторы. Медицинские лазерные системы".
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное)
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

см. приложение (ФОС)