Квантова електроніка та лазерна техніка
Спеціальність: Електроніка
Код дисципліни: 6.171.00.O.031
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Електронна інженерія
Лектор: Д.ф-м.н., проф. Фітьо Володимир Михайлович
Семестр: 5 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Інтегральна компетентність: здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми, що характеризуються комплексністю та невизначеністю умов, під час професійної діяльності у галузі електроніки, або у процесі навчання, що передбачає застосування теорій та методів електроніки.
Загальні компетентності:
ЗК1. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях.
ЗК2. Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності.
ЗК5. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій.
Спеціальні (фахові, предметні) компетентності:
СК3. Здатність інтегрувати знання фундаментальних розділів фізики та хімії для розуміння процесів твердотільної, функціональної та енергетичної електроніки, електротехніки.
СК6. Здатність ідентифікувати, класифікувати, оцінювати і описувати процеси у приладах, пристроях та системах електроніки за допомогою аналітичних методів, засобів моделювання, дослідних зразків та результатів експериментальних досліджень.
СК9. Здатність визначати та оцінювати характеристики та параметри матеріалів електронної техніки, аналогових та цифрових електронних пристроїв для проектування мікропроцесорних та електронних систем, пристроїв функціональної, квантової та лазерної електроніки.
Результати навчання: Програмні результати навчання:
Р 6. Застосовувати експериментальні навички (знання експериментальних методів та порядку проведення експериментів) для перевірки гіпотез та дослідження явищ електроніки, вміти використовувати стандартне обладнання, планувати, складати схеми; аналізувати, моделювати та критично оцінювати отримані результати.
Р 17. Демонструвати навички проведення експериментальних досліджень, пов’язаних з професійною діяльністю; вдосконалювати методики вимірювання; контролювати достовірність отриманих результатів; систематизувати та аналізувати дані, отримані експериментальним шляхом.
К2. Використання комунікативної компетентності для ефективної взаємодії в різних сферах спілкування; відбір і систематизація інформаційних матеріалів з метою спілкування у професійній сфері.
АВ2. Відповідальне ставлення до професійних обов’язків та виконуваних робіт, самостійність у прийнятті і виконанні рішень в процесі подолання навчальних труднощів, спираючись на власний досвід творчого розв’язання поставлених проблем.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Пререквізити:
Фізика.
Вища математика.
Фізичні основи електронної техніки.
Функціональна електроніка, ч.1.
Кореквізити:
Функціональна електроніка, ч.2.
Лазери в медицині та біології.
Короткий зміст навчальної програми: Розглянуто квантові основи роботи лазерів та квантових підсилювачів. Описано поширення лазерних пучків. Наведено розрахунок відкритих оптичних резонаторів та його характеристик. На основі квантового опису атомів та класичного підходу до електромагнітного поля подано метод розрахунку ймовірностей вимушеного (індукованого) випромінювання та поглинання атомами квантів електромагнітного поля. На основі матриці густини проаналізовано лазерне середовище з точки зору взаємодії з електромагнітним полем. Отримано вирази для розрахунку показника підсилення активного середовища. Розглянуто взаємодію лазерного випромінювання з середовищем з однорідною та неоднорідною розширеною спектральною лінією. Знайдено умови виникнення генерації для чотири рівневої лазерної системи. Визначено умови максимальної вихідної потужності лазера. Розглянуто такі режими роботи лазерів: неперервний, релаксаційні коливання в лазерах, режим модульованої добротності, режим синхронізації мод. Описано різні типи лазерів: твердотільні, рідинні, газові, молекулярні, напівпровідникові. Розглянуто фізичні принципи їх роботи, характеристики, та області застосування.
Опис: Предмет і задачі курсу “Основи квантової електроніки та лазерної техніки”, зміст курсу і його зв’язок з іншими дисциплінами.
Історія становлення квантової електроніки та лазерної техніки.
Елементи квантової механіки.
Поширення пучків гауса.
Оптичні резонатори.
Взаємодія випромінювання з атомними системами.
Лазер. Режим генерації.
Типи лазерів.
Напівпровідникові лазери.
Елементи нелінійної оптики.
Методи та критерії оцінювання: • Поточний контроль: виконання практичних робіт, виконання контрольної роботи.
• Підсумковий контроль: екзамен.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль (30%): звіти з практичних занять; - підсумковий контроль (70%): іспит.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Фітьо В.М. Електронний конспект лекцій з дисципліни «Квантова електроніка та лазерна техніка. Ч.ІІ».
2. Григорук В. І., Коротков П. А., Хижняк А. І. Лазерна фізика. — Київ: МП «Леся», 1999.– 479с.
3. Фізичні основи електронної техніки: Підручник/ З.Ю.Готра, І.Є. Лопатинський, Б.А.Лукіянець, З.М.Микитюк, І.В.Петрович – Львів: Видавництво «Бескид Біт», 2004. – 880 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).
Квантова електроніка та лазерна техніка (курсовий проєкт)
Спеціальність: Електроніка
Код дисципліни: 6.171.00.O.035
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Електронна інженерія
Лектор: Д.ф-м.н., проф. Фітьо Володимир Михайлович
Семестр: 5 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Інтегральна компетентність: здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми, що характеризуються комплексністю та невизначеністю умов, під час професійної діяльності у галузі електроніки, або у процесі навчання, що передбачає застосування теорій та методів електроніки.
Загальні компетентності:
ЗК1. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях.
ЗК2. Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності.
ЗК5. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій.
Спеціальні (фахові, предметні) компетентності:
СК3. Здатність інтегрувати знання фундаментальних розділів фізики та хімії для розуміння процесів твердотільної, функціональної та енергетичної електроніки, електротехніки.
СК6. Здатність ідентифікувати, класифікувати, оцінювати і описувати процеси у приладах, пристроях та системах електроніки за допомогою аналітичних методів, засобів моделювання, дослідних зразків та результатів експериментальних досліджень.
СК9. Здатність визначати та оцінювати характеристики та параметри матеріалів електронної техніки, аналогових та цифрових електронних пристроїв для проектування мікропроцесорних та електронних систем, пристроїв функціональної, квантової та лазерної електроніки.
Результати навчання: Програмні результати навчання:
Р 6. Застосовувати експериментальні навички (знання експериментальних методів та порядку проведення експериментів) для перевірки гіпотез та дослідження явищ електроніки, вміти використовувати стандартне обладнання, планувати, складати схеми; аналізувати, моделювати та критично оцінювати отримані результати.
Р 17. Демонструвати навички проведення експериментальних досліджень, пов’язаних з професійною діяльністю; вдосконалювати методики вимірювання; контролювати достовірність отриманих результатів; систематизувати та аналізувати дані, отримані експериментальним шляхом.
К2. Використання комунікативної компетентності для ефективної взаємодії в різних сферах спілкування; відбір і систематизація інформаційних матеріалів з метою спілкування у професійній сфері.
АВ2. Відповідальне ставлення до професійних обов’язків та виконуваних робіт, самостійність у прийнятті і виконанні рішень в процесі подолання навчальних труднощів, спираючись на власний досвід творчого розв’язання поставлених проблем.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Пререквізити:
Фізика.
Вища математика.
Фізичні основи електронної техніки.
Функціональна електроніка, ч.1.
Кореквізити:
Функціональна електроніка, ч.2.
Лазери в медицині та біології.
Короткий зміст навчальної програми: Курсовий проект з дисципліни "Квантова електроніка та лазерна техніка" полягає у вивченні фізичних процесів приладів, які використовують вимушене випромінювання, ознайомлені з методами розрахунку і особливостями застосування квантових підсилювачів і генераторів; формуванні у студентів уяви про основні перспективи розвитку та вдосконалення квантової електроніки.
Опис: Етапи виконання курсового проекту:
1. Ознайомлення з завданням, методологією виконання курсового проекту (курсової роботи) та уточнення варіанту завдання
2. Розрахунок ймовірності вимушеного та спонтанного випромінювання між електронними переходами для лазерного середовища YAG:Nd3+
3. Розрахунок частоти генерації приладів квантової електроніки, які працюють на переходах між магнітними підрівнями
4. Розрахунок спектральних характеристик лазерного випромінювання
5. Розрахунок коефіцієнта підсилення активних середовищ
6. Розрахунок резонатора лазера та кута розходження лазерного променя.
7. Розрахунок енергетичних параметрів YAG:Nd3+ лазера
8. Захист курсової роботи.
Методи та критерії оцінювання: 1. Поточний контроль у формі перевірки викладачем частин курсового проекту згідно з описом етапів виконання курсового проекту.
2. Підсумковий контроль у формі захисту курсового проекту.
Критерії оцінювання результатів навчання: Максимальна оцінка в балах - 100 балів: поточний контроль - 40%;
перевірка тексту і графічної частини курсової роботи – 20%; захист курсової роботи – 40%.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Фітьо В.М. Електронний конспект лекцій з дисципліни «Квантова електроніка та лазерна техніка. Ч.ІІ».
2. Григорук В. І., Коротков П. А., Хижняк А. І. Лазерна фізика. — Київ: МП «Леся», 1999.– 479с.
3. Фізичні основи електронної техніки: Підручник/ З.Ю.Готра, І.Є. Лопатинський, Б.А.Лукіянець, З.М.Микитюк, І.В.Петрович – Львів: Видавництво «Бескид Біт», 2004. – 880 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).