  РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
И.о. проректора-начальник
управления по научной работе
_______________________ Г.Ф. Ромашкина
__________ _____________ 2011 г.
радиофизика
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 01.04.03 «Радиофизика»
очной и заочной формы обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _____________________________/Табарин В.А./
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры радиофизики 29.08.2011года. Протокол № 1. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 21стр.
Зав. кафедрой _____________________________/Михеев В.А./
«______»___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ ____.____.2011года. Протокол №____.
Соответствует ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура)
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК ________________________/Глухих И.Н./
«______»___________ 2011 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Нач. отдела аспирантуры
и докторантуры _____________М.Р. Сорокина
«______»___________ 2011 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных технологий Кафедра радиофизики
Табарин В.А.
Радиофизика
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для аспирантов специальности 01.04.03 Радиофизика
очной и заочной форм обучения
Тюменский государственный университет
2011
Табарин В.А. Радиофизика. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 01.04.03 Радиофизика очной и заочной форм обучения. Тюмень, 2011, 21 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура).
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Радиофизика [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой Радиофизики. Утверждено и.о. проректора-начальника управления по научной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой радиофизики Михеев В.А. (согласно Инструкции о порядке утверждения УМКД ОПППО ГОУ ВПО «Тюменский государственный университет», утвержденной приказом ректора от 02.07.2008 №618)
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Табарин Валерий Андреевич, 2011.
Пояснительная записка
Цели и задачи дисциплины:
Целью данной дисциплины является приобретение аспирантами знаний о методах фотомикрофлюидики и современных приборах, умение применять их в промышленной практике и научных исследованиях.
Задачами дисциплины «Радиофизика» являются:
формирование современного понимания фототермических явлений, возникающих при взаимодействии излучения с веществом и их применение в различных фототермических методах лазерной диагностики и фотомикрофлюидики.
привитие навыков самостоятельного поиска, анализа и выбора методов исследования в конкретной области науки или техники.
Место дисциплины в структуре ОПППО.
«Радиофизика» является дисциплиной основного цикла подготовки аспирантов специальности 01.04.03 Радиофизика.
Содержание курса «Радиофизика» базируется на знаниях, приобретённых при изучении следующих дисциплин: разделов «Электричество, магнетизм, оптика, атомная и ядерная физика» курса общей физики, «Квантовая электроника», «Техника лазеров», «Физика сплошных сред», «Теория колебаний», раздела «Линейные и нелинейные уравнения» методов математической физики. Математической основой курса являются «Теория колебаний» и «Ассимтотические методы в теории нелинейных колебаний».
Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
общекультурных:
– способность к овладению базовыми знаниями в области математики и естественных наук, их использованию в профессиональной деятельности;
– способность самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии;
– способность к правильному использованию общенаучной и специальной терминологии;
профессиональных:
– способность использовать базовые теоретические знания (в том числе по дисциплинам профилизации) для решения профессиональных задач;
– способность применять на практике базовые профессиональные навыки;
– способность понимать принципы работы и методы эксплуатации современной радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования;
– способность к профессиональному развитию и саморазвитию в области радиофизики и электроники.
В области воспитания личности целью подготовки является формирование социально-личностных качеств аспирантов: целеустремленности, организованности, коммуникативности.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: историю развития радиофизики и вклад отечественных и зарубежных ученых в ее становление, последние достижения и перспективы развития; анализ современного состояния радиофизики с точки зрения инноваций, качественные и количественные стороны процессов, происходящих в приборах и устройствах радиофизики при взаимодействии электромагнитных излучений с различными элементами устройства для успешного и грамотного решения инженерных задач.
Уметь: анализировать линейные и нелинейные эффекты, возникающие при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом в твердой, газообразной и жидкой фазах, выяснить основной механизм конкретного явления; составить дифференциальные уравнения, определить граничные условия и оценить степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных или теоретических методов исследований.
Владеть: приемами и навыками решения конкретных задач из разных областей радиофизики, помогающих в дальнейшем решать инженерные задачи; основами знаний в создании новых радиофизических приборов и устройств.
Таблица 1
Вид учебной работы
|
Всего часов
|
Семестры
|
1
|
|
Аудиторные занятия (всего)
|
44
|
44
|
|
В том числе:
|
-
|
-
|
-
|
Лекции
|
22
|
22
|
|
Практические занятия (ПЗ)
|
22
|
22
|
|
Семинары (С)
|
|
|
|
Лабораторные работы (ЛР)
|
|
|
|
Самостоятельная работа (всего)
|
100
|
100
|
|
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
|
экз.
|
экз.
|
|
Общая трудоемкость час
зач. ед.
|
144
|
144
|
|
4
|
4
|
|
1.Тематический план.
Таблица 2
Тематический план
№
|
Тема
|
Всего часов
|
виды учебной работы и самостоятельная работа, в час.
|
2.из них в интерактивной форме
|
Фор-мы конт-роля
|
лекции*
|
семинарские (практические) занятия*
|
лабораторные занятия*
|
самостоятельная работа*
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
8
|
6
|
7
|
8
|
1
|
Линейные колебательные системы с одной степенью свободы. Силовое и параметрическое воздействие на линейные и слабонелинейные колебательные системы.
Автоколебательная система с одной степенью свободы. Энергетические соотношения в автоколебательных системах. Методы расчета автоколебательных систем.
Воздействие гармонического сигнала на автоколебательные системы. Синхронизация. Явления затягивания и гашения колебаний. Применение затягивания для стабилизации частоты. Аналитические и качественные методы теории нелинейных колебаний. Анализ возможных движений и бифуркаций в фазовом пространстве: метод малого параметра, метод Ван-дер-Поля, метод Крылова— Боголюбова. Укороченные уравнения.
|
14
|
2
|
2
|
|
10
|
|
|
2
|
Колебательные системы с двумя и многими степенями свободы. Нормальные колебания. Вынужденные колебания. Автоколебательные системы с двумя и более степенями свободы. Взаимная синхронизация колебаний двух генераторов. Параметрическое усиление и параметрическая генерация. Параметрические усилители и генераторы. Деление частоты.
Собственные и вынужденные колебания линейных распределенных систем. Собственные функции системы (моды). Разложение вынужденных колебаний по системе собственных функций. Распределенные автоколебательные системы. Лазер как пример такой системы. Условия самовозбуждения. Одномодовый и многомодовый режимы генерации.
|
16
|
4
|
2
|
|
10
|
|
|
3
|
Плоские однородные и неоднородные волны. Плоские акустические волны в вязкой теплопроводящей среде, упругие продольные и поперечные волны в твердом теле, электромагнитные волны в среде с проводимостью. Поток энергии. Поляризация. Распространение сигнала в диспергирующей среде. Простейшие физические модели диспергирующих сред. Волновой пакет в первом и втором приближении теории дисперсии. Фазовая и групповая скорости. Свойства электромагнитных волн в анизотропных средах. Оптические кристаллы, уравнение Френеля, обыкновенная и необыкновенная волны. Магнитоактивные среды. Приближение геометрической оптики. Уравнения эйконала. Дифференциальное уравнение луча. Лучи и поле волны в слоисто-неоднородных средах.
|
16
|
2
|
4
|
|
10
|
|
|
4
|
Электромагнитные волны в металлических волноводах. Диэлектрические волноводы, световоды. Линзовые линии и открытые резонаторы. Гауссовские пучки. Метод Кирхгофа в теории дифракции. Дифракция в зоне Френеля и Фраунгофера. Характеристики поля в фокусе линзы. Волны в нелинейных средах без дисперсии. Генерация гармоник исходного монохроматического сигнала, эффекты нелинейного поглощения, насыщения и детектирования. Понятие о солитонах . Взаимодействие плоских волн в диспергирующих средах. Генерация второй гармоники. Параметрическое усиление и генерация. Самовоздействие волновых пучков. Самофокусировка света. Приближения нелинейной квазиоптики и нелинейной геометрической оптики. Обращение волнового фронта.
|
26
|
2
|
4
|
|
20
|
|
|
5
|
Случайные величины и процессы, способы их описания. Стационарный случайный процесс. Статистическое усреднение и усреднение во времени. Эргодичность. Измерение вероятностей и средних значений.
Корреляционные и спектральные характеристики стационарных случайных процессов. Теорема Винера— Хинчина. Белый шум и другие примеры спектров и корреляционных функций. Модели случайных процессов: гауссовский процесс, узкополосный стационарный шум, импульсные случайные процессы, дробовой шум. Отклик линейной системы на шумовые воздействия; функция Грина, интеграл Дюамеля. Действие шума на колебательный контур, фильтрация шума. Нелинейные преобразования (умножение частоты и амплитудное детектирование узкополосного шума).
|
16
|
4
|
2
|
|
10
|
|
|
6
|
Марковские и диффузионные процессы. Уравнение Фоккера—Планка. Броуновское движение. Флуктуационно-диссипационная теорема. Тепловой шум; классический и квантовый варианты формулы Найквиста. Тепловое излучение абсолютно черного тела. Генерация второй оптической гармоники, самофокусировка и самомодуляция частично когерентных волн. Преобразование спектров шумовых волн в нелинейных средах без дисперсии.
|
10
|
|
|
|
10
|
|
|
7
|
Принцип работы, устройство и параметры лазеров (примеры: гелий-неоновый лазер, лазер на рубине, полупроводниковый лазер).
Оптические резонаторы. Резонатор Фабри—Перо, конфокальный и концентрический резонаторы. Неустойчивый резонатор. Продольные и поперечные типы колебаний. Спектр частот и расходимость излучения. Добротность. Режимы работы лазеров: непрерывный режим генерации, режим модуляции добротности резонатора, режим синхронизации мод. Сверхкороткие импульсы. Шумы лазеров, формула Таунса и предельная стабильность частоты. Оптические компрессоры и получение фемтосекундных импульсов. Молекулярный генератор. Квантовые стандарты частоты (времени).
|
28
|
4
|
4
|
|
20
|
|
|
8
|
Волноводы, длинные линии и резонаторы. Критическая частота и критическая длина волновода. ТЕ-, ТН- и ТЕМ-волны. Диэлектрические волноводы. Волновое сопротивление. Генерация волн в СВЧ-диапазоне. Принцип работы и устройство магнетрона и клистрона. Отрицательное дифференциальное сопротивление и генераторы и усилители СВЧ на полевых транзисторах, туннельных диодах, диодах Ганна и лавиннопролетных диодах. Эффект Джозефсона.
Взаимодействия света со звуком. Дифракция Брэгга и Рамана—Ната. Принципы работы устройств акустооптики (модуляторы и дефлекторы света, преобразователи свет-сигнал, акустооптические фильтры), анализаторы спектра и корреляторы.
Линейный электрооптический и магнитооптический эффекты и их применение для управления светом.
|
9
|
2
|
2
|
|
5
|
|
|
9
|
Задачи оптимального приема сигнала. Апостериорная плотность вероятности. Функция правдоподобия. Статистическая проверка гипотез. Критерии Байеса, Неймана—Пирсона и Вальда проверки гипотез. Априорные сведения о сигнале и шуме. Наблюдение и сообщение. Линейная фильтрация Колмогорова—Винера на основе минимизации дисперсии ошибки. Принцип ортогональности ошибки и наблюдения. Реализуемые линейные фильтры и уравнение Винера-Хопфа. Выделение сигнала из шума. Согласованный фильтр.
|
9
|
2
|
2
|
|
5
|
|
|
|
Итого:
|
144
|
22
|
22
|
|
100
|
|
экзамен
|
|
из них часов в интерактивной форме
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.
Планирование самостоятельной работы аспирантов
№
|
Темы
|
Виды СРА
|
Объем часов
|
обязательные
|
дополнительные
|
1
|
Линейные колебательные системы с одной степенью свободы. Силовое и параметрическое воздействие на линейные и слабонелинейные колебательные системы.Автоколебательная система с одной степенью свободы. Энергетические соотношения в автоколебательных системах. Методы расчета автоколебательных систем.Воздействие гармонического сигнала на автоколебательные системы. Синхронизация. Явления затягивания и гашения колебаний. Применение затягивания для стабилизации частоты. Аналитические и качественные методы теории нелинейных колебаний. Анализ возможных движений и бифуркаций в фазовом пространстве: метод малого параметра, метод Ван-дер-Поля, метод Крылова— Боголюбова. Укороченные уравнения.
|
Реферат: Силовое и параметрическое воздействие на линейные и слабонелинейные колебательные системы.Автоколебательная система с одной степенью свободы. Энергетические соотношения в автоколебательных системах. Методы расчета автоколебательных систем
|
|
10
|
2
|
Колебательные системы с двумя и многими степенями свободы. Нормальные колебания. Вынужденные колебания. Автоколебательные системы с двумя и более степенями свободы. Взаимная синхронизация колебаний двух генераторов. Параметрическое усиление и параметрическая генерация. Параметрические усилители и генераторы. Деление частоты.
Собственные и вынужденные колебания линейных распределенных систем. Собственные функции системы (моды). Разложение вынужденных колебаний по системе собственных функций. Распределенные автоколебательные системы. Лазер как пример такой системы. Условия самовозбуждения. Одномодовый и многомодовый режимы генерации.
|
Реферат: Колебательные системы с двумя и многими степенями свободы.
|
|
15
|
3
|
Плоские однородные и неоднородные волны. Плоские акустические волны в вязкой теплопроводящей среде, упругие продольные и поперечные волны в твердом теле, электромагнитные волны в среде с проводимостью. Поток энергии. Поляризация. Распространение сигнала в диспергирующей среде. Простейшие физические модели диспергирующих сред. Волновой пакет в первом и втором приближении теории дисперсии. Фазовая и групповая скорости. Свойства электромагнитных волн в анизотропных средах. Оптические кристаллы, уравнение Френеля, обыкновенная и необыкновенная волны. Магнитоактивные среды. Приближение геометрической оптики. Уравнения эйконала. Дифференциальное уравнение луча. Лучи и поле волны в слоисто-неоднородных средах.
|
Контрольная работа: Распространение сигнала в диспергирующей среде. Простейшие физические модели диспергирующих сред. Волновой пакет в первом и втором приближении теории дисперсии.
|
|
15
|
4
|
Электромагнитные волны в металлических волноводах. Диэлектрические волноводы, световоды. Линзовые линии и открытые резонаторы. Гауссовские пучки. Метод Кирхгофа в теории дифракции. Дифракция в зоне Френеля и Фраунгофера. Характеристики поля в фокусе линзы. Волны в нелинейных средах без дисперсии. Генерация гармоник исходного монохроматического сигнала, эффекты нелинейного поглощения, насыщения и детектирования. Понятие о солитонах . Взаимодействие плоских волн в диспергирующих средах. Генерация второй гармоники. Параметрическое усиление и генерация. Самовоздействие волновых пучков. Самофокусировка света. Приближения нелинейной квазиоптики и нелинейной геометрической оптики. Обращение волнового фронта.
|
Реферат: Электромагнитные волны в металлических волноводах. Диэлектрические волноводы, световоды. Линзовые линии и открытые резонаторы. Гауссовские пучки.
|
|
10
|
5
|
Случайные величины и процессы, способы их описания. Стационарный случайный процесс. Статистическое усреднение и усреднение во времени. Эргодичность. Измерение вероятностей и средних значений.
Корреляционные и спектральные характеристики стационарных случайных процессов. Теорема Винера— Хинчина. Белый шум и другие примеры спектров и корреляционных функций. Модели случайных процессов: гауссовский процесс, узкополосный стационарный шум, импульсные случайные процессы, дробовой шум. Отклик линейной системы на шумовые воздействия; функция Грина, интеграл Дюамеля. Действие шума на колебательный контур, фильтрация шума. Нелинейные преобразования (умножение частоты и амплитудное детектирование узкополосного шума).
|
Реферат: Случайные величины и процессы, способы их описания. Стационарный случайный процесс. Статистическое усреднение и усреднение во времени. Эргодичность. Измерение вероятностей и средних значений.
|
|
15
|
6
|
Марковские и диффузионные процессы. Уравнение Фоккера—Планка. Броуновское движение. Флуктуационно-диссипационная теорема. Тепловой шум; классический и квантовый варианты формулы Найквиста. Тепловое излучение абсолютно черного тела. Генерация второй оптической гармоники, самофокусировка и самомодуляция частично когерентных волн. Преобразование спектров шумовых волн в нелинейных средах без дисперсии.
|
Контрольная работа: Тепловой шум; классический и квантовый варианты формулы Найквиста. Тепловое излучение абсолютно черного тела.
|
|
10
|
7
|
Принцип работы, устройство и параметры лазеров (примеры: гелий-неоновый лазер, лазер на рубине, полупроводниковый лазер).
Оптические резонаторы. Резонатор Фабри—Перо, конфокальный и концентрический резонаторы. Неустойчивый резонатор. Продольные и поперечные типы колебаний. Спектр частот и расходимость излучения. Добротность. Режимы работы лазеров: непрерывный режим генерации, режим модуляции добротности резонатора, режим синхронизации мод. Сверхкороткие импульсы. Шумы лазеров, формула Таунса и предельная стабильность частоты. Оптические компрессоры и получение фемтосекундных импульсов. Молекулярный генератор. Квантовые стандарты частоты (времени).
|
Реферат: Принцип работы, устройство и параметры лазеров (примеры: гелий-неоновый лазер, лазер на рубине, полупроводниковый лазер).
Оптические резонаторы. Резонатор Фабри—Перо, конфокальный и концентрический резонаторы. Неустойчивый резонатор.
|
|
10
|
8
|
Волноводы, длинные линии и резонаторы. Критическая частота и критическая длина волновода. ТЕ-, ТН- и ТЕМ-волны. Диэлектрические волноводы. Волновое сопротивление. Генерация волн в СВЧ-диапазоне. Принцип работы и устройство магнетрона и клистрона. Отрицательное дифференциальное сопротивление и генераторы и усилители СВЧ на полевых транзисторах, туннельных диодах, диодах Ганна и лавиннопролетных диодах. Эффект Джозефсона.
Взаимодействия света со звуком. Дифракция Брэгга и Рамана—Ната. Принципы работы устройств акустооптики (модуляторы и дефлекторы света, преобразователи свет-сигнал, акустооптические фильтры), анализаторы спектра и корреляторы.
Линейный электрооптический и магнитооптический эффекты и их применение для управления светом.
|
Реферат: Отрицательное дифференциальное сопротивление и генераторы и усилители СВЧ на полевых транзисторах, туннельных диодах, диодах Ганна и лавиннопролетных диодах. Эффект Джозефсона.
|
|
5
|
9
|
Задачи оптимального приема сигнала. Апостериорная плотность вероятности. Функция правдоподобия. Статистическая проверка гипотез. Критерии Байеса, Неймана—Пирсона и Вальда проверки гипотез. Априорные сведения о сигнале и шуме. Наблюдение и сообщение. Линейная фильтрация Колмогорова—Винера на основе минимизации дисперсии ошибки. Принцип ортогональности ошибки и наблюдения. Реализуемые линейные фильтры и уравнение Винера-Хопфа. Выделение сигнала из шума. Согласованный фильтр.
|
Контрольная работа: . Реализуемые линейные фильтры и уравнение Винера-Хопфа. Выделение сигнала из шума. Согласованный фильтр.
|
|
10
|
|
ИТОГО:
|
|
|
100
|
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п
|
Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
Темы дисциплины необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
|
1,2
|
3,4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
1.
|
Работа над кандидатской диссертацией
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
Содержание дисциплины.
|
