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

Квантовая радиофизика

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра радиофизики и теоретической физики
Направление подготовки03.03.03. Радиофизика
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость2 ЗЕТ
Учебный план03_03_03_РФ-3-2020
Часов по учебному плану 72
в том числе:
аудиторные занятия 28
самостоятельная работа 44
Виды контроля по семестрам
зачеты: 7

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 4 (7) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 18 24 18 24
Лабораторные 10 12 10 12
Сам. работа 44 36 44 36
Итого 72 72 72 72

Программу составил(и):
к.ф.-м.н., доцент, Щербинин Всеволод Владиславович

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной физики, электроники и информационной безопасности, Рудер Давыд Давыдыч

Рабочая программа дисциплины
Квантовая радиофизика

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.03 РАДИОФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 12.03.2015г. №225)

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

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 06.06.2019 г. № 9/2018-2019
Срок действия программы: 2019-2020 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич


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 радиофизики и теоретической физики

Протокол от 06.06.2019 г. № 9/2018-2019
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Получение общих знаний о фундаментальных законах, физических процессах и явлениях, возникающих в квантовой радиофизике.
Знакомство с основными понятиями, законами и моделями квантовой радиофизики.
Знакомство с экспериментальными и теоретическими методами исследований систем квантовой радиофизики.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.Б

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1 способностью к овладению базовыми знаниями в области математики и естественных наук, их использованию в профессиональной деятельности
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.О современном состоянии, теоретических работах и результатах экспериментов в данной области исследований.
О перспективных направлениях исследований в области квантовой радиофизики.
3.2.Уметь:
3.2.1.Проводить научные исследования поставленных проблем.
Осваивать новые методы научных исследований в области кваетовой радиофизики.
Осваивать новые теории и модели.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.Обрабатывать полученные результаты научных исследований на современном уровне и проводить их анализ.
Работать с учебной и научной литературой.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Радиационные процессы в квантовой теории атома.
1.1. Спонтанные и индуцированные переходы. Вероятности переходов. Коэффициенты Эйнштейна и их вычисление. Лекции 7 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
1.2. Излучение электромагнитных волн совокупностью когерентных источников Сам. работа 7 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
Раздел 2. Методы создания инверсионной разности населенностей.Отклик среды на действие электромагнитного поля.Механизмы оптической нелинейности сред.
2.1. Поглощение и усиление излучения, распространяющегося в среде. Активная среда. Методы накачки. Сам. работа 7 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
2.2. Эффект насыщения.Механизмы оптической нелинейности сред. Лекции 7 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
2.3. Компьютерное моделирование создания инверсной заселенности в среде. Лабораторные 7 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
2.4. Компьютерное моделирование эффекта насыщения Лабораторные 7 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
Раздел 3. Принцип действия оптического квантового генератора.
3.1. Открытые резонаторы лазеров. Потери. Моды. Устойчивость резонаторов. Гауссовы пучки Сам. работа 7 4 ОПК-1 Л2.1, Л1.2
3.2. Непрерывная и импульсная лазерная генерация. Модуляция добротности. Лекции 7 4 ОПК-1 Л2.1, Л1.2
3.3. Компьютерное моделирование условий генерации лазерного излучения. Лабораторные 7 2 ОПК-1 Л2.1, Л1.2
Раздел 4. Основные типы лазеров.
4.1. Основные типы и разновидности лазеров, устройство, принцип действия, характеристики излучения. Лекции 7 4 ОПК-1 Л2.1, Л1.2
4.2. Рубиновый лазер Лекции 7 2 ОПК-1 Л2.1, Л1.2
4.3. Гелий-неоновый лазер. Лекции 7 2 ОПК-1 Л2.1, Л1.2
4.4. Элементы зонной теории полупроводников. Полупроводниковый лазер. Лекции 7 4 ОПК-1 Л2.1, Л1.2
4.5. Определение длины волны лазерного излучения по дифракционной картине. Лабораторные 7 2 ОПК-1 Л2.1, Л1.2
Раздел 5. Спектр излучения оптических квантовых генераторов.Лазерная спектроскопия.
5.1. Ширина и форма спектральной линии, виды уширения. Лекции 7 2 ОПК-1 Л2.1, Л1.2
Раздел 6. Квантовая теория свободного электромагнитного поля, квантовая теория взаимодействия электромагнитного поля с веществом, механизмы уширения спектральных линий, релаксация, квантовая кинетика, взаимодействие двухуровневой среды с резонансным электромагнитным полем.Многофотонные процессы.
6.1. Квантовая теория свободного электромагнитного поля. Сам. работа 7 6 ОПК-1 Л2.1, Л1.2
6.2. Квантовая теория взаимодействия электромагнитного поля с веществом. Многофотонные процессы. Сам. работа 7 10 ОПК-1 Л2.1, Л1.2
6.3. Квантовая кинетика. Сам. работа 7 8 ОПК-1 Л2.1, Л1.2

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
1. Принцип квантового усиления электромагнитных волн.
2. Описание квантовых ансамблей и процессов релаксации.
3. Термостатированный ансамбль. Безызлучательные переходы.
4. Описание процесса релаксации.
5. Общие уравнения для матрицы плотности.
6. Электрические и магнитные дипольные моменты и энергия взаимодействия микрочастиц с внешним полем.
7. Двухуровневая система микрочастиц во внешнем поле. Вероятности индуцированных переходов.
8. Анализ поглощения электромагнитного поля двухуровневой системой. Эффект насыщения.
9. Спонтанные переходы и балансные уравнения.
10. Элементарная теория открытых оптических резонаторов.
11. Добротность резонатора.
12. Волновая теория открытых резонаторов.
13. Классификация оптических резонаторов.
14. Селекция типов колебаний в оптических резонаторах.
15. Характеристики лазерного излучения.
16. Расходимость лазерных пучков.
17. Фокусировка лазерных пучков.
18. Уширение спектральных линий.
19. Общие принципы построения твердотельных лазеров.
20. Системы накачки твердотельных лазеров.
21. Балансные уравнения и режим непрерывной генерации в твердотельных лазерах.
22. Режим свободной генерации.
23. Лазеры с модуляцией добротности резонатора.
24. Синхронизация продольных мод и генерация ультракоротких импульсов.
25. Особенности газов как активного вещества для лазеров.
26. Механизмы возбуждения газоразрядных лазеров.
27. Атомарный гелий-неоновый лазер.
28. Физические принципы работы полупроводниковых инжекционных лазеров.
29. Инверися населенностей в полупроводниковых средах.
30. Прямые и непрямые переходы в полупроводниках.
31. Зонная диаграмма инжекционного лазера.
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Спонтанные и индуцированные переходы. Вероятности переходов. Коэффициенты Эйнштейна и их вычисление.
Поглощение и усиление излучения, распространяющегося в среде. Активная среда. Методы накачки.
Непрерывная и импульсная лазерная генерация. Модуляция добротности.
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
см. ФОС в приложении

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Щука А.А., Сигов А. С. Электроника в 4 ч. Часть 3 квантовая и оптическая электроника: учебник для академического бакалавриата Издательство Юрайт // ЭБС "Юрайт", 2018 biblio-online.ru
Л1.2 Шангина Л.И. Квантовая и оптическая электроника: учебное пособие Томск : Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники / ЭБС "Университетскаябиблиотека online", 2012 biblioclub.ru
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Гладуш Г. Г. , Смуров И. Ю. Физические основы лазерной обработки материалов: М. Физматлит / ЭБС "Университетская библиотека online", 2017 biblioclub.ru
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Сайт издательства «Лань» e.lanbook.com
Э2 Электронный курс "Квантовая радиофизика" portal.edu.asu.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
6.4. Перечень информационных справочных систем

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
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
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)
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)

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

см. ФОС в приложении