WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» (СГУГиТ) УТВЕРЖДАЮ Проректор по УР В.И. ...»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный университет геосистем и технологий»

(СГУГиТ)

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по УР

____________________ В.И. Обиденко

«28» июня 2016 г .

ПРОГРАММА

кандидатского экзамена по дисциплине Оптика направление подготовки 03.06.01 Физика и астрономия профиль подготовки Оптика Новосибирск, 2016 Программа кандидатского экзамена составлена на основе базового комплекта Программ, утвержденного приказом Минобрнауки России от 08.10.2007 г. № 274 (зарег. в Минюсте России 19.10.2007 г., рег. № 10363) и паспорта специальности 05.11.15 - Метрология и метрологическое обеспечение .

Программа обновлена с учетом Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия, утвержденным приказом Минобрнауки России от 30 июля 2014 г. №867 (зарегистрирован Минюстом России 25 августа 2014 г., регистрационный № 33836) .

Составители программы:

зав. кафедрой наносистем и оптотехники, кандидат технических наук Чесноков Д.В .

профессор кафедры наносистем и оптотехники, кандидат технических наук Тымкул В.М .

зав. кафедрой специальных устройств и технологий, доктор технических наук Айрапетян В.С .



Программа обсуждена на заседании кафедры наносистем и оптотехники. Протокол № 16 от 16 мая 2016 г .

зав. кафедрой наносистем и оптотехники, кандидат технических наук _______________________ Д.В. Чесноков Программа одобрена на заседании Ученого совета Института оптики и оптических технологий (ИОиОТ). Протокол № 6 от 21 июня 2016 г .

Председатель Ученого совета ИОиОТ, доктор экономических наук _______________________ А.В. Шабурова

Программа согласована:

зав. отделом аспирантуры и докторантуры, кандидат физико-математических наук _______________________ О.В. Григоренко Цель и задача сдачи кандидатского экзамена 1 .

Кандидатский экзамен сдается в рамках направления подготовки 03.06.01 Физика и астрономия по окончанию изучения дисциплины «Оптика» в конце 5 семестра обучения .

Цель экзамена - установить глубину профессиональных знаний обучающегося, уровень его подготовленности к самостоятельной научно - исследовательской деятельности .

Задача кандидатского экзамена - определение уровня освоения компетенций, сформированных у обучающегося в процессе изучения специальных дисциплин:

– способность к критическому анализу и оценке современных научных достижений, генерированию новых идей при решении исследовательских и практических задач, в том числе в междисциплинарных областях (УК-1);

– способность проектировать и осуществлять комплексные исследования, в том числе междисциплинарные, на основе целостного системного научного мировоззрения с использованием знаний в области истории и философии науки (УК-2);

– готовность участвовать в работе российских и международных исследовательских коллективов по решению научных и научно-образовательных задач (УК-3);

– готовность использовать современные методы и технологии научной коммуникации на государственном и иностранном языках (УК-4);

– способность планировать и решать задачи собственного профессионального и личностного развития (УК-5);



– способность самостоятельно осуществлять научно-исследовательскую деятельность в соответствующей профессиональной области с использованием современных методов исследования и информационно-коммуникационных технологий (ОПК-1);

– готовность к преподавательской деятельности по основным образовательным программам высшего образования (ОПК-2);

– способность использовать знания физических законов при решении научноисследовательских задач в области оптики (ПК-1);

– способность ставить научные теоретические и практические задачи, возникающие в ходе профессиональной деятельности при решении современных проблем в области оптики (ПК-2);

– способность к созданию основ новых технологий регистрации и обработки изображений, передачи информации и энергии, диагностики природных и техногенных объектов и процессов, изучения фундаментальных свойств материи (ПК-3);

– способность использовать знания новейших достижений оптики в самостоятельной научно-исследовательской деятельности (ПК-4) .

Порядок допуска обучающегося к кандидатскому экзамену 2 .

При условии успешного освоения программы кандидатского экзамена обучающийся рекомендуется выпускающей кафедрой к сдаче кандидатского экзамена по дисциплине «Оптика». На заседании кафедры утверждается дополнительная программа кандидатского экзамена .

Не позднее, чем за 2 недели до начала экзаменационной сессии, сроки которой установлены календарным учебном графиком, обучающийся представляет в отдел аспирантуры утвержденную дополнительную программу и рекомендацию кафедры (Приложение 1). Допуск обучающегося к кандидатскому экзамену утверждается приказом ректора .

–  –  –

1. Задания, включенные в дополнительную программу по дисциплине, должны в полном объеме соответствовать направлению (профилю) подготовки обучающегося .

2. Задания необходимо формулировать с учетом полноценного отражения содержания области научного исследования обучающегося .

3. Перечень заданий должен быть не менее 15-20 .

4. Дополнительная программа не должна дублировать основную программу кандидатского экзамена .

–  –  –

Экзамен проводятся без билетов .

Экзамен состоит из ответов на три вопроса:

– первый вопрос – соответствует I (базовому) разделу программы

– второй вопрос – соответствует II (вузовскому) разделу программы

– третий вопрос – из дополнительной программы обучающегося При проведении кандидатского экзамена используется уровневая модель контрольно-измерительных измерительных материалов, представленная в трех взаимосвязанных блоках .

Первый раздел – задания на уровне «знать», в которых очевиден способ решения, усвоенный аспирантом при изучении дисциплины. Задания этого раздела выявляют в основном знаниевый компонент по дисциплине и оцениваются по бинарной шкале «правильнонеправильно» .





Второй раздел – задания на уровне «знать» и «уметь», в которых нет явного указания на способ выполнения, и аспирант для их решения самостоятельно выбирает один из изученных способов. Задания данного раздела позволяют оценить не только знания по дисциплине, но и умения пользоваться ими при решении стандартных, типовых задач. Результаты выполнения этого блока оцениваются с учетом частично правильно выполненных заданий .

Третий раздел – задания на уровне «знать», «уметь», «владеть». Он представлен заданиями, содержание которых предполагает использование комплекса умений и навыков, для того чтобы аспирант мог самостоятельно сконструировать способ решения, комбинируя известные ему способы и привлекая знания из разных дисциплин. Выполнение аспирантом заданий третьего раздела требует решения поставленной проблемы (ситуации) в целом и проявления умения анализировать конкретную информацию, прослеживать причинноследственные связи, выделять ключевые проблемы и методы их решения. В отличие от первых двух блоков задания третьего блока носят интегральный (summative) характер и позволяют формировать нетрадиционный способ мышления, характерный и необходимый для современного человека .

Выполнение аспирантами подобного рода нестандартных практико-ориентированных заданий свидетельствует о степени влияния процесса изучения дисциплины на формирование универсальных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций в соответствии с требованиями ФГОС .

Для подготовки ответа экзаменующийся использует экзаменационные листы, которые сохраняются после приема экзамена в личном деле обучающегося .

На подготовку к ответу, экзаменующемуся отводится не менее 45 минут .

Экзаменационная комиссия вправе задать экзаменующемуся дополнительные вопросы .

Письменные ответы на дополнительные вопросы не предусмотрены .

На каждого экзаменующегося заполняется протокол приема экзамена, в который вносятся основные и дополнительные (при наличии) вопросы, заданные членами экзаменационной комиссии .

Оценка объявляется в конце экзамена после обсуждения комиссией ответов каждого из экзаменуемых .

Критерии оценки знаний во время кандидатского экзамена 5 .

Знания, показанные на экзамене, оцениваются на «отлично», «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно» .

Оценка «отлично» выставляется аспиранту, обнаружившему всесторонние, систематические и глубокие знания учебного материала, предусмотренного программой; усвоившему основную литературу и знакомому с дополнительной литературой по программе; усвоившему взаимосвязь основных понятий дисциплины и умеющему применять их к анализу и решению практических задач; умеющему сопоставить данные и обобщить материал .

Оценки «хорошо» заслуживает аспирант, обнаруживший хорошие знания учебного материала, предусмотренного программой и успешно выполнивший все задания, но допустивший незначительные погрешности при изложении теории и формулировке основных понятий .

Оценка «удовлетворительно» выставляется аспиранту, обнаружившему знания основного учебного материала, предусмотренного программой, в объеме, необходимом для дальнейшей учебы и работы по направлению (профилю) подготовки, но допустившему значительные ошибки. Оценка может быть снижена за: непоследовательное изложение материала;

неполное изложение материала; неточности в изложении фактов или описании процессов;

неумение обосновывать выводы, оперировать основными терминами и понятиями, что вызвало необходимость помощи в виде поправок и наводящих вопросов преподавателя .

Оценка «неудовлетворительно» выставляется аспиранту: если присутствуют ошибки при изложении ответа на основные вопросы программы, свидетельствующие о неправильном понимании предмета; материал изложен беспорядочно и неуверенно, допущены принципиальные ошибки в выполнении предусмотренных программой заданий; не выполнены отдельные задания, предусмотренные формами текущего контроля .

Обучающимся может быть в трехдневный срок подано заявление на имя ректора о несогласии с решением экзаменационной комиссии .

При проведении экзамена используется модель оценки результатов обучения, в основу которой положена методология В.П. Беспалько .

–  –  –

Предложенные показатели оценки результатов обучения позволяют сделать выводы об уровне обученности каждого отдельного аспиранта и дать ему рекомендации для дальнейшего успешного продвижения в обучении .

–  –  –

Раздел 1. Электромагнитная теория света Уравнения Максвелла .

Вектор Умова-Пойнтинга. Волновое уравнение. Плоские и сферические волны. Параболическое приближение. Моды свободного пространства. Фазовая и групповая скорости света .

Поляризация света. Вектор Джонса. Параметры Стокса. Сфера Пуанкаре. Расчетные методы Джонса и Мюллера. Типы поляризационных устройств .

Отражение и преломление света на границе раздела изотропных сред. Формулы Френеля. Полное внутреннее отражение. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Отражение света от поверхности проводника. Глубина проникновения .

Распространение света в анизотропных и гиротропных средах. Волновые поверхности в кристаллах. Лучи и волновые нормали. Эллипсоид Френеля. Оптические свойства одноосных и двуосных кристаллов. Двойное лучепреломление. Коническая рефракция. Электрооптические эффекты Керра и Поккельса. Оптическая активность. Эффект Фарадея .

Оптика движущихся сред. Опыты Физо и Майкельсона. Преобразования Лоренца. Продольный и поперечный эффекты Доплера .

Раздел 2. Геометрическая оптика Асимптотическое решение волнового уравнения .

Геометро-оптическое приближение .

Уравнение эйконала. Область применения лучевого приближения. Принцип Ферма, Гомоцентрические пучки .

Понятие оптического изображения. Параксиальное приближение. Преломление на сферической поверхности. Сферические зеркала и линзы. Образование каустик в оптических системах. Геометрические аберрации третьего и более высоких порядков. Хроматическая аберрация. Типы оптических приборов .

Раздел 3. Интерференция и дифракция световых волн Интерференция частично-когерентного излучения .

Комплексная степень когерентности. Теорема Ван-Циттерта - Цернике .

Двухлучевая и многолучевая интерференция, Сдвиговая и спекл-интерферометрия .

Многослойные покрытия .

Дифракция. Дифракционные интегралы Кирхгофа - Гюйгенса. Дифракция Френеля и Фраунгофера. Эффект Тальбо. Влияние дифракции на разрешающую силу систем, образующих изображение. Дифракционная решетка. Параболическая теория дифракции; гауссов пучок. АВСD - метод; комплексный параметр кривизны. Особенности дифракции некогерентного излучения. Основы векторной теории дифракции .

Обратные задачи теории дифракции. Синтез оптических элементов. Киноформная оптика .

Раздел 4. Теория излучения и взаимодействия световых волн с веществом Классическая теория взаимодействия излучения с веществом .

Резонансное приближение. Дисперсионные соотношения Крамерса - Кронига. Оптические нутации. Оптический эффект Штарка. Фотонное эхо и самоиндуцированная прозрачность. Солитоны. Релаксационные процессы. Уравнение для матрицы плотности. Самосогласованные уравнения для ноля, поляризации и разности заселенностей. Эффект насыщения .

Законы теплового излучения. Формула Планка. Фотоэффект .

Квантование поля. Операторы рождения и уничтожения фотонов. Гамильтониан квантованного поля. Коммутационные соотношения для операторов поля .

Однофотонные и многофотонные процессы. Вероятности спонтанных и вынужденных переходов. Коэффициенты Эйнштейна. Квадрупольные и магнито-дипольные переходы. Кооперативные эффекты. Сверхизлучение. Когерентное и комбинационное рассеяния .

Нелинейные восприимчивости. Распространение волн в нелинейной среде. Метод медленно меняющихся амплитуд. Условие синхронизма. Генерация оптических гармоник. Трехволновое взаимодействие. Параметрическое преобразование частоты. Самофокусировка света. Вынужденное и комбинационное рассеяние. Вынужденное рассеяние МандельштамаБриллюэна. Четырехволновое взаимодействие. Обращение волнового фронта. Вещество в сверхсильном световом поле .

Раздел 5. Статистическая оптика Временная и пространственная когерентность световых полей; корреляционные функции первого и высших порядков .

Спектральное представление. Теорема Винера-Хинчина .

Интерферометрия интенсивностей. Опыт Брауна-Твисса .

Квантовые свойства световых полей. Фоковское, когерентное и сжатое состояние поля .

Распределение Бозе-Эйнштейна, Параметр вырождения поля. Пуассоновская, субпуассоновская и суперпуассоновская статистика фотонов. Связь статистик фотонов и фотоотсчетов, формула Манделя для распределения фотоотсчетов. Дробовой шум .

Статистические свойства лазерного излучения .

Закон Кирхгофа и шумы квантовых усилителей света. Флуктуационно-диссипационная теорема .

Корреляционная спектроскопия, Эффекты группировки и антигруппировки фотонов .

Спонтанное параметрическое рассеяние света. Бифотоны. Перепутанные состояния света. Оптическая реализация кубитов и их преобразования. Состояния Белла, Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена. Неравенства Белла .

Статистика частично поляризованного излучения. Поляризационная матрица .

Распространение волн в случайно неоднородной среде. Корреляционные и структурные функции амплитуды и фазы. Оптические модели атмосферной турбулентности .

Рассеяние света в дисперсной среде; уравнение переноса, диффузионное приближение .

Рассеяние света в биоткани .

Раздел 6. Спектроскопия Спектры атомов .

Систематика спектров многоэлектронных атомов. Типы связей электронов. Определение набора термов. Исходные гермы. Мультиплетная структура. Правила отбора. Взаимодействие конфигураций .

Спектры молекул. Адиабатическое приближение. Группы симметрии молекул. Колебательные спектры. Классификация нормальных колебаний по типам симметрии. Вырождение .

Резонанс Ферми. Правила отбора в колебательных спектрах поглощения и комбинационного рассеяния. Вращательная структура колебательных полос. Электронные спектры молекул .

Классификация электронных состояний двухатомных молекул. Принцип Франка-Кондона .

Типы связи электронного движения и вращения .

Спектроскопия твердого тела. Переходы под действием света в идеальном кристалле .

Поглощение в инфракрасной области спектра и взаимодействие света с фононной подсистемой. Переходы в электронной подсистеме. Поглощение света в металлах. Запрещенная зона и область прозрачности в диэлектриках. Экситоны Ванье-Мотта и Френкеля. Область фундаментального поглощения. Переходы с остовных уровней. Эффекты Оже и Фано. Эффекты на краях остовного поглощения: ЕХАР8 и ХАКЕ8. Понятие о поляритонах. Спектроскопия дефектных состояний в кристаллах. Автолокализация экситонов и дырок в диэлектриках .

Вторичные эффекты в кристаллах: люминесценция, фотоэмиссия, дефектообразование под действием света .

Люминесценция. Классификация люминесценции по длительности свечения и способу ее возбуждения. Молекулярная и рекомбинационная люминесценция. Закон СтоксаЛоммеля. Правило зеркальной симметрии спектров поглощения и люминесценции Левшина и универсальное соотношение между ними Степанова. Закон Вавилова. Триплетные состояния молекул и их роль в процессах деградации и миграции энергии электронного возбуждения. Схема Теренина-Льюиса. Тушение (температурное, концентрационное, посторонними веществами) люминесценции. Безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения. Люминесценция молекулярных кристаллов. Теория Давыдова. Кооперативные процессы в люминесценции .

Зонная модель люминесценции диэлектриков. Размножение электронных возбуждений в твердом теле. Термовысвечивание и инфракрасная стимуляция. Применение люминесцентных кристаллов в науке, технике и медицине .

Раздел 7. Экспериментальная и прикладная оптика Источники оптического излучения .

Тепловые, газоразрядные и лазерные источники .

Синхротронное излучение. Оптические материалы .

Характеристики приемников излучения: спектральная и интегральная чувствительность, шумы, инерционность. Приборы с зарядовой связью (ПЗС) - линейки, матрицы .

Техника спектроскопии. Светофильтры, призменные и дифракционные спектральные приборы, интерферометры. Фурье-спектроскопия. Основные характеристики приборов: аппаратная функция, разрешение, светосила, дисперсия. Лазерная спектроскопия .

Запись и обработка оптической информации. Механизм записи и воспроизведения волновых полей с помощью двумерных и трехмерных голограмм. Цифровые голограммы. Переходные и передаточные функции оптических систем обработки информации. Изопланарность. Использование методов Фурье-оптики для оптической фильтрации и распознавания образов. Коррекция и реконструкция изображений. Методы компьютерной оптики .

Волоконная оптика. Типы волоконных световодов. Моды оптических волокон. Затухание и дисперсия мод. Направленные ответвители. Волоконные линии связи. Нелинейные эффекты в оптических волокнах .

Раздел 8. Оптика лазеров Принцип работы лазера .

Схемы накачки. Теория Лэмба. Эффекты затягивания частоты и выгорания дыр. Лэмбовский провал .

Оптические резонаторы. Моды оптических резонаторов. Свойства лазерных пучков .

Типы лазеров. Твердотельные лазеры. Газовые лазеры: лазеры на нейтральных атомах, ионные лазеры, молекулярные лазеры, лазеры на самоограниченных переходах. Химические лазеры. Полупроводниковые лазеры. Лазеры на центрах окраски .

Режимы работы лазеров. Непрерывные и импульсный режимы. Пичковый режим. Модуляция добротности. Синхронизация мод. Генерация сверхкоротких импульсов .

Принципы адаптивной оптики; коррекция волнового фронта лазерных пучков .

ЧАСТЬ II

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ ПРОГРАММЫ

КАНДИДАТСКОГО ЭКЗАМЕНА

(ВУЗОВСКАЯ) Раздел 1. Введение Роль оптических и оптико-электронных приборов и комплексов в развитии науки и техники. Философские концепции развития современной оптики. Краткий исторический обзор развития оптики и оптико-электронного приборостроения. Перспективы и тенденции развития оптики, оптических и оптико-электронных приборов и комплексов, оптических микро- и нанотехнологий и систем .

Основные термины и определения в измерительной технике (ГОСТ 16263-70): измерение, физическая величина (параметр сигнала), единицы физической величины, основные и производные единицы физических величин, значение физической величины, истинное и действительное значение физической величины, результат измерения, точность результата измерения и почетность измерения .

Раздел 2. Волновая (физическая) оптика Интерференция, дифракция, поляризация, когерентность света .

Формирование световых пучков. Материальность света, зависимость свойств излучения от его количественных характеристик, единство противоречивых свойств света .

Понятие о когерентности. Интерференция колебаний и волн. Основные параметры интерференционных схем. Пространственная и временная когерентность. Полная и частичная когерентность. Роль поляризации при интерференции поперечных волн. Оптическая длина пути. Интерференция частично когерентного излучения. Комплексная степень когерентности .

Стоячие световые волны. Цвета тонких пластинок. Кольца Ньютона. Интерференция в плоскопараллельных пластинках. Двухлучевая и многолучевая интерференция. Сдвиговая и спекл-интерферометрия. Многослойные покрытия. Интерференционные приборы и применение интерференции .

Дифракция. Принцип Гюйгенса - Френеля. Зоны Френеля. Зонная пластинка как линза .

Амплитудные и фазовые дифракционные рештки. Дифракция на многомерных структурах и ультразвуковых волнах. Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах. Рентгеноструктурный анализ .

Голография. Голографирование плоской и сферической волны. Голограммы Френеля трхмерных объектов. Голограмма как элемент идеальной оптической системы. Голограммы Фурье. Разрешающая способность голографических систем. Качество голографических изображений. Объмные голограммы (метод Денисюка). Цветные топографические изображения. Применение голографии .

Обратные задачи теории дифракции. Синтез оптических элементов. Киноформная оптика .

Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация при отражении и преломлении света на границе двух диэлектриков. Закон Малюса. Двойное лучепреломление и поляризация света в некоторых кристаллах. Эллиптическая и круговая поляризация света. Вектор Джонса. Параметры Стокса. Сфера Пуанкаре. Расчетные методы Джонса и Мюллера. Типы поляризационных устройств .

Основы металлооптики. Характеристика оптических свойств металлов и определение их оптических постоянных. Элементы теории взаимодействия излучения с металлическими тонкими плнками .

Формирование и обработка оптических изображений, топография. Спектральное описание пространственной структуры светового поля. Линза как элемент, выполняющий пространственное преобразование Фурье. Формирование оптического изображения. Теория Аббе. Метод тмного поля. Метод фазового контраста. Разрешающая способность микроскопа и телескопа. Фурье-спектроскопия. Спектроскопия светового смешения .

Преобразование сигналов в оптико-электронных приборах и системах. Пространственное, временное, пространственно-частотное и частотно-временное представление сигналов с помощью рядов и интегралов Фурье. Многомерные оптические сигналы, теорема Котельникова. Вероятностное описание случайных оптических фонов, их корреляционные функции и пространственные спектры. Модели оптических фонов. Методы анализа линейных систем .



Пространственно-частотный анализ оптических систем. Преобразование сигналов линейными и нелинейными оптическими элементами .

Пространственно-передаточная функция анализатора изображения .

Модель приемника излучения. Пространственная передаточная функция и частотная характеристика приемника излучения. Спектр сигналов на выходе приемника излучения .

Методика расчта отношения сигнал/шум на выходе оптико-электронного прибора .

Оптическая фильтрация в оптико-электронных системах. Спектральная, пространственная и поляризационная фильтрация в оптико-электронных системах .

Методы выделения сигналов в оптико-электронных приборах. Оптимальная пространственная фильтрация при когерентном и некогерентном освещениях. Сигнал и помеха на выходе оптимального фильтра. Вероятность обнаружения оптического сигнала на фоне помех. Синтез оптимальных фильтров .

Математические операции, осуществляемые с помощью оптических систем. Оптические анализаторы спектра. Оптические корреляторы .

Раздел 3. Геометрическая (лучевая) оптика Распространение и преобразование световых пучков .

Основные законы геометрической оптики. Связь геометрической оптики с волновой. Понятие гомоцентрического и астигматического пучков лучей. Понятия оптической системы, предмета и изображения. Правило знаков в геометрической оптике .

Модель идеальной оптической системы. Понятие линейного увеличения. Кардинальные точки, главные и фокальные плоскости, фокусные расстояния. Построение изображений идеальной оптической системой. Основные формулы для сопряжнных точек. Формулы Ньютона и Гаусса. Инвариант Лагранжа-Гельмгольца. Линейное, угловое, продольное, видимое увеличения. Узловые точки. Расчет хода луча через идеальную систему. Формулы произвольных тангенсов .

Оптическая система из двух компонентов. Частные случаи системы из двух компонентов: телескопическая, микроскоп, два вплотную расположенных компонента, телеобъектив .

Оптическая система из трх и более компонентов. Изображение наклонных предметов .

Действительные лучи. Условие образования идеального изображения преломляющей поверхностью. Овалы Декарта. Закон косинусов. Условие Гершеля. Закон синусов Аббе .

Уравнение действительного луча для преломляющей сферической поверхности. Инвариант Аббе для действительных лучей. Понятие сферической аберрации. Апланатические точки .

Преломление лучей плоскими поверхностями. Плоскопараллельная пластинка. Отражение действительных лучей от сферической поверхности .

Теория аберраций оптических систем. Хроматические аберрации. Монохроматические аберрации. Гауссова теория изображения и эйконелы. Аберрации III порядка. Сферическая аберрация; кома. Условие синусов и изопланатизма; астигматизм и кривизна поля; дисторсия. Аберрация высших порядков. Преобразование сумм Зейделя. Выражение сумм Зейделя для оптической системы, состоящей из тонких компонентов. Применение асферических поверхностей в оптических системах .

Апертурная диафрагма, входной и выходной зрачки. Полевая и виньетирующая диафрагма в оптических системах .

Оценка качества изображения, даваемого оптической системой. Геометрические и волновые аберрации. Оценка состояния коррекции оптической системы в линейной и угловой диоптрийной мере. Вычисление оптической передаточной функции (ОПФ) .

Новые принципы построения оптических систем и инструментов .

Геометрическая и волновая концепции формирования изображения в оптических системах. Изображение как свертка яркости предмета и ОПФ оптической системы. Преобразование Фурье в теории изображений .

Явления па границах сред .

Отражение и преломление света на границе раздела изотропных сред. Формулы Френеля. Полное внутреннее отражение. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Просветление. Отражение света от поверхности проводника .

Фотометрия .

Основные понятия. Энергетические сила излучения, яркость, светимость, освещнность. Фотометрические величины: световой поток, яркость, светимость, освещенность. Световая экспозиция. Переход от энергетических величин к световым .

Раздел 4. Молекулярная оптика Дисперсия, поглощение .

Основы теории дисперсии света. Поглощение света. Ширина спектральных линий поглощения и затухание излучения .

Рассеяние света. Прохождение света через оптически неоднородную среду. Модель элементарного рассеивателя. Закон Рэлея. Молекулярное рассеяние света и его поглощательные спектры. Рассеяние Ми. Рассеяние Мандельштама - Бриллюэна. Комбинационное рассеяние .

Оптическая активность сред и структур. Вращение плоскости поляризации в кристаллах и аморфных веществах. Сахариметрия. Жидкие кристаллы .

Оптика сред при внешних воздействиях. Магнитное вращение плоскости поляризации .

Явление Зеемана: сущность, элементарная теория, аномальный и обратный эффекты, связь с эффектом Фарадея. Явление Штарка .

Раздел 5. Люминесценция Источники света .

Законы теплового излучения. Закон Кирхгофа и понятие абсолютно черного тела. Излучение нечрных тел. Формула Рэлея - Джинса. Закон Стефана - Больцмана. Закон смещения Вина. Формула излучения Планка. Оптическая пирометрия .

Лазерная спектроскопия, оптические прецизионные измерения и стандарты, спектроскопия одиночных атомов. Основные положения спектроскопии. Основные квантовые законы. Уровни энергии и переходы между ними. Спектры поглощения, испускания и рассеяния .

Вероятности переходов и правила отбора. Вероятности спонтанных и вынужденных переходов. Время жизни возбужденных состояний. Дипольное излучение. Силы осцилляторов .

Естественная ширина линии. Доплеровская ширина. Столкновительное уширение спектральных пиний. Однородное и неоднородное уширение линий .

Основные характеристики спектральных приборов. Призменный спектрометр. Спектрометр с дифракционной решткой. Основные понятия интерферометров .

Методы измерения длины электромагнитной волны .

Раздел 6. Действие света Передача энергии-импульса, динамические процессы при взаимодействии света с веществом, процессы выделения энергии веществом при световом воздействии .

Эффект Комптона как свидетельство квантования света. Давление света. Момент импульса световой волны. Оптическое охлаждение .

Тепловое действие света. Оптический нагрев поглощающей среды. Быстрый нагрев поверхности металла лазерным импульсом. Лазерный отжиг полупроводников. Светореактивное давление. Лазерное сверхсжатие вещества .

Световое управление движением и квантовым состоянием атомов. Оптическая левитация. Световое давление в лазерных пучках. Оптическая левитация малых прозрачных частиц. Оптическая ловушка. Давление света в процессах отражения и преломления .

Однофотонные и многофотонные процессы. Вероятности спонтанных и вынужденных переходов. Коэффициенты Эйнштейна. Кооперативные эффекты. Сверхизлучение. Когерентное и комбинационное рассеяния .

Фотоэлектрические явления. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Внутренний фотоэффект. Фотоэлементы и их применение .

Фотохимические процессы. Основные законы фотохимии. Сенсибилизированные фотохимические реакции. Основы фотографии. Восприятие света глазом .

Детектирование излучения. Характеристики примников излучения: спектральная и интегральная чувствительность, шумы, инерционность. Приборы с зарядовой связью (ПЗС) линейки, матрицы .

Самовоздействие света в среде. Фотонное эхо и самоиндуцированная прозрачность .

Солитоны. Релаксационные процессы. Уравнение для матрицы плотности. Самосогласованные уравнения для поля, поляризации и разности заселнностей. Эффект насыщения .

Нелинейная оптика. Распространение волн в нелинейной среде. Основы теории нелинейной дисперсии. Условие синхронизма. Генерация оптических гармоник. Трхголовое взаимодействие. Параметрическое преобразование частоты. Самофокусировка света. Вынужденное и комбинационное рассеяние. Вынужденное рассеяние Мандельштама - Бриллюэна .

Распространение оптических импульсов сверхвысоких мощностей и сверхмалых длительностей. Генерация фемтосекундных световых импульсов. Твердотельные фемтосекундные лазеры. Фемтосекундные лазерные импульсы в спектроскопии. Управление амплитудой и фазой молекулярных колебаний с помощью фемтосекундных лазерных импульсов .

Перечень вопросов для подготовки к кандидатскому экзамену

1. Оптический диапазон электромагнитных волн. Ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный (ближний, средний и дальний) диапазоны спектра в длинах волн. Фотометрия:

энергетические и световые величины и единицы измерения, связь между ними .

2. Прохождение излучения через толщину среды: закон Бугера-Ламберта-Бера. Рассеяние излучения. Диффузное и направленное отражение излучения. Закон Ламберта. Индикатрисы рассеяния, излучения и отражения. Ламбертовская поверхность .

3. Отражение и преломление света на границе между диэлектриками: соотношение между углами падения, отражения и преломления; формула Френеля, угол Брюстера .

4. Поляризации света: круговая, эллиптическая и линейная поляризация, степень поляризации, вращение плоскости поляризации, эффект Фарадея, фазовые пластинки. Способы получения поляризованного света, сущность явления двулучепреломления. Матрица Мюллера. Вектор-параметр Стокса .

5. Интерференция: двухлучевая интерференция, осуществляемая делением амплитуд или фронта, типы соответствующих интерферометров .

6. Интерференционные фильтры и отражающие покрытия, сущность просветления оптики; линия равного наклона и равной толщины; цвета тонких пленок. Кольца Ньютона, параметры интерференционной картины .

7. Дифракция: дифракция Френеля и Фраунгофера, дифракция на щели, на круглом отверстии, на прямоугольном отверстии, на решетке. Предел разрешающей способности оптических приборов, критерии Релея .

8. Основные характеристики спектральных приборов: дисперсия, светосила, разрешающая способность, принцип монохроматизации излучения на основе явлений дисперсии и дифракции .

9. Основные понятия и положения геометрической оптики: луч, пучок лучей, гомоцентрический и астигматический пучки лучей, действительное и мнимое изображение; пространство предметов и изображений; центрированная оптическая система и оптическая ось, фокус и фокусное расстояние, фокальные и вершинные отрезки, главные и узловые точки оптической системы, правило знаков .

10. Основные формулы идеальной оптической системы: параксиальный (нулевой) луч;

увеличения оптической системы (линейное, угловое, продольное) и связь между ними, формулы Ньютона и Гаусса, формулы расчета хода нулевого луча через систему, заданную главными плоскостями; формулы системы, состоящей из двух компонент; графические методы построения изображения .

11. Ограничение пучков лучей в оптическом приборе: зрачки входа и выхода, числовая апертура и апертурная диафрагма, полевая диафрагма .

12. Относительное отверстие и светосила оптического прибора. Видимое увеличение микроскопа (лупы) и телескопической системы .

13. Виды аберраций и их геометрическая интерпретация. Функция рассеяния точки и модуляционная передаточная функция - связь между ними .

14. Условные обозначения, применяемые на чертежах и системах, их физический смысл. Оформление рабочих чертежей оптических деталей: линзы, призмы, зеркала, пластины. Таблицы параметров: требования к материалам, требования к изготовлению, расчетные данные. Физический смысл и влияние на качество. Оформление чертежа оптических узлов (сборочные единицы типа склейки). Оформление оптических схем. Параметры, задаваемые в поле чертежа .

15. Излучение абсолютно черного тела; законы теплового излучения; законы Планка, Зина, Стефана-Больцмана, Кирхгофа, Голицина-Вина .

16. Спектральные лампы, основные типы, параметры, характеристики. Светодиоды .

17. Принципы работы лазера: когерентность. Газовые, твердотельные и полупроводниковые лазеры,

18. Приемники излучения: фоторезисторы, фотодиоды, фотоумножители, ЭОП; тепловые болометры, термоэлементы; оптико-акустические. Параметры и характеристики приемников оптического излучения: интегральная чувствительность, пороговый поток, удельная обнаружительная способность. Коэффициент использования излучения фотоприемником .

19. Назначение и классификация ОЭП и С .

20. Методика энергетического расчета оптико-электронных радиометров и измерительных ОЭС .

21. Спектральная, поляризационная и пространственно-частотная фильтрация в ОЭС .

22. Поглощение и рассеяние оптического излучения в атмосфере. Выбор спектральных диапазонов работы ОЭС с учетом окон прозрачности атмосферы .

23. Принципы работы и оптико-электронная схема лазерного светодальномера СТ5 .

24. Изображение как свертка яркости объекта и функции рассеяния оптической системы ОЭП. ПЧХ оптической системы ОЭП .

25. Тепловизионные ОЭС. Назначение. Физические основы их работы. Нерешенные проблемы и тенденции развития тепловидения .

26. Теория чувствительности тепловизоров. Методика и критерий выбора параметров составных элементов при проектировании тепловизоров .

27. Энергетический расчет ПНВ. Критерий выбора параметров при проектировании ННВ активного и пассивного типа, математическая модель расчета дальности активных и пассивных ПИВ .

28. Температурно-частотная характеристика (ТЧХ) тепловизионных систем. Влияние ОПФ объектива, приемника излучения, электронного тракта, ВКУ и глаза на ТЧХ тепловизора .

29. Основные понятия волновой теории .

30. Полное внутреннее отражение. Основные соотношения .

31. Затухание и методы измерения .

32. Отражение и преломление света. Основные соотношения .

33. Профили волоконных световодов .

34. Ширина полосы пропускания, методы измерения .

35. Уравнения Максвелла, волновые уравнения .

36. Распределение ближнего поля, моды измерения .

37. Распределение дальнего поля, методы измерения .

38. Изготовление световодов .

39. Устройства для преобразования электрических сигналов в оптические и наоборот .

40. Волновое уравнение и его решение .

41. Интеграл Френеля-Кирхгофа .

42. Преобразование волнового фронта тонкой линзой .

43. Преобразование Фурье с помощью тонкой линзы, расположенной на расстоянии с1 от транспаранта .

44. Свойства преобразования Фурье и их интерпретация на примере оптических систем .

45. Пространственная фильтрация. Опыты Аббе-Портера .

46. Изобразительные свойства тонких голограмм. Запись голограмм, интерференционные полосы .

47. Пространственная фильтрация в когерентных оптических системах .

48. Оптическая корреляция в когерентном и некогерентном свете .

Рекомендуемая литература для подготовки к кандидатскому экзамену:

–  –  –

аспиранта ____________________________________________________________________

Ф.И.О. полностью направление подготовки _______________________________________________________

код и наименование в соответствии с ФГОС профиль ______________________________________________________________________

наименование в соответствии с номенклатурой специальностей научных работников научный руководитель: _________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Ф.И.О., ученая степень, ученое звание, место работы, должность Тема научных исследований: ____________________________________

________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

1 .

2 .

3 .

………. .

………. .

………. .

Аспирант ________________________ рекомендован к сдаче кандидатского экзамена по Ф.И.О .

дисциплине «Оптика» .

Дополнительная программа утверждена на заседании кафедры наносистем и оптотехники «____» ___________ 20___ г., протокол № _____ .

–  –  –






Похожие работы:

«КОНТРОЛЬНО-КАССОВАЯ ТЕХНИКА УМКА-01-ФА Исполнение STANDART РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ Содержание 1. Общие указания 1.1.Взаимодействие с ФНС через ОФД 2. Основные сведения о ККТ 3. Описание ККТ 4. Маркировка ККТ 5. Комплектность 6. Требования безопасности 7. Настройка ККТ Описание настроек...»

«РАСЧЁТНЫЙ АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ В БАКАХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ БИЛИБИНСКОЙ АЭС Научный руководитель – В.И. Каширин В.А. Афанасьев, Д.О . Дрягин ОАО "Ижорские заводы", Санкт – Петербург Введение. Билибинская АЭС – единственная в зоне вечной мерзлоты атомная электростанция. Она состоит и...»

«Белорусский государственный университет Биологический факультет Кафедра общей экологии и методики преподавания биологии Аннотация к дипломной работе "Ichthyophthirius multifiliis опасный паразит...»

«Юбилейная конференция, посвященная 75-летию ББС МГУ имени Н.А.Перцова "Морская биология, геология, океанология междисциплинарные исследования на морских стационарах" РАСПИСАНИЕ РАБОТЫ КОНФЕРЕНЦ...»

«Соколов Алексей Викторович СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПЛЕКСОВ ЦЕРУЛОПЛАЗМИНА С БЕЛКАМИ ЛЕЙКОЦИТОВ И ИХ РОЛЬ ПРИ ВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ 03.01.04 – Биохимия Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук Научные кон...»

«https://otvet.com.ru/kakaya-ryba-jivyot-tolko-v-ozere-baiykal.html Какая рыба живёт только в озере Байкал? Какая рыба живёт только в озере Байкал? Жареная? там много всякой рыбы. загрузка. короче, жри ее...»

«АНАЛИЗ спортивно-оздоровительной работы за 2016 – 2017 учебный год Цель методической работы: Развитие личности школьников в процессе овладения ими теоретическими знаниями, формирование у учащихся устойчивых...»

«АДМИНИСТРАЦИЯ ГОРОДА МУРМАНСКА КОМИТЕТ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ПРИКАЗ № 165 29.01.2018 О проведении муниципального этапа соревнований по флорболу среди команд общеобразовательных учреждений города Мурманска В соответствии с Концепцие...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.