Оптические инфокоммуникационные системы

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс по выбору (Инфокоммуникационные технологии и системы связи)

Направление: 11.03.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 4-й курс, 2, 3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Елизаров Андрей Альбертович

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 40

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Задачей освоения дисциплины «Оптические инфокоммуникационные системы» является обучение студентов основам квантовой и электронной оптики, процессов фотоэлектронной и вторично-электронной эмиссий, конструкциям и характеристикам фотоэлектронных и квантовых приборов и систем, включая особенности их применения в различных областях науки, техники и промышленного производства. Формы контроля знаний студентов: активность на семинарах, выполнение и защита курсовой работы, экзамен.

Цель освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Оптические инфокоммуникационные системы» является приобретение студентом следующих компетенций: • способен понимать освоенные способы деятельности • способен анализировать, верифицировать, оценивать полноту информации в ходе профессиональной деятельности ; • способен к поиску, сбору, анализу и систематизации отечественной и зарубежной научно-технической информации по тематике исследований в области ИКТСС на русском и иностранном языке; • способен выполнять экспериментальные исследования объектов профессиональной деятельности в области ИКТСС по заданным методикам и обрабатывать результаты исследований с применением современных информационных технологий и технических средств; • способен анализировать и систематизировать результаты экспериментальных и научных исследований и делать обоснованные выводы при установлении данных для решения задач проектирования технологий и изделий инфокоммуникационной техники; • способен участвовать в разрешении мировоззренческих, социальных и личностно значимых проблем).

Планируемые результаты обучения

Знать: основы волновой и квантовой оптики, их место и роль в развитии передовых отраслей современной науки и техники.
Уметь: классифицировать оптическое излучение по диапазонам волн и спектру.
Владеть: навыками работы с научно-технической информацией.
Знать: особенности управления световыми и электронными потоками в оптических и квантовых приборах
Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование световых и электронных потоков в оптических системах.
Владеть: методами определения параметров оптических и электронных линз различных типов.
Знать: базовые соотношения и модели, описывающие процессы фотоэлектронной и вторично-электронной эмиссий, основные типы катодных структур.
Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование эмиссионных процессов для различных технических задач.
Владеть: методами измерений параметров фотокатодов с использованием современного метрологического оборудования.
Знать: принципы действия, характеристики, параметры и схемы включения вакуумных и полупроводниковых фотоэлементов.
Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование параметров и характеристик фотоэлементов для различных технических задач.
Владеть: методами измерений параметров фотоэлементов с использованием современного метрологического оборудования.
Знать: принципы действия, характеристики, параметры и схемы включения фотоэлектронных умножителей.
Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование параметров и характеристик фотоэлектронных умножителей для различных технических задач.
Владеть: методами измерений параметров фотоэлектронных умножителей с использованием современного метрологического оборудования.
Знать: принципы действия, характеристики, параметры и схемы включения электронно-оптических преобразователей.
Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование параметров и характеристик электронно-оптических преобразователей для различных технических задач.
Владеть: методами измерений параметров электронно-оптических преобразователей с использованием современного метрологического оборудования.
Знать: особенности оптических резонаторов, их основные характеристики и параметры, устройства связи оптических мод, модуляторы и дефлекторы.
Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование оптических резонаторных систем для различных технических задач.
Владеть: методами измерений параметров оптических модуляторов с использованием современного метрологического оборудования.
Знать: особенности квантовых усилителей и генераторов радиочастотного диапазона, мазеров, парамагнитных усилителей бегущей волны, пучковых генераторов.
Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование различных систем мазеров, парамагнитных усилителей бегущей волны, пучковых генераторов
Владеть: методами измерений характеристик и параметров мазеров, парамагнитных усилителей бегущей волны, пучковых генераторов с использованием современного метрологического оборудования.
Знать: принципы действия, характеристики, параметры и схемы включения оптических систем на основе газовых лазеров.
Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование параметров и характеристик оптических систем на основе газовых лазеров для различных технических задач.
Владеть: методами измерений параметров оптических систем на основе газовых лазеров с использованием современного метрологического оборудования.
Знать: принципы действия, характеристики, параметры и схемы включения оптических систем на основе полупроводниковых и твердотельных лазеров.
Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование параметров и характеристик оптических систем на основе полупроводниковых и твердотельных лазеров для различных технических задач.
Владеть: методами измерений параметров оптических систем на основе полупроводниковых и твердотельных лазеров с использованием современного метрологического оборудования.
Знать: принципы действия, характеристики, параметры и схемы включения оптических систем на основе жидкостных лазеров.
Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование параметров и характеристик оптических систем на основе жидкостных лазеров для различных технических задач.
Владеть: методами измерений параметров оптических систем на основе жидкостных лазеров с использованием современного метрологического оборудования.
Знать: основы применения оптоэлектронных и квантовых приборов в системах связи, информационное и энергетическое применение лазеров, голографические инфокоммуникационные системы, основы лазерной диагностики в медицине и измерительной технике.
Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование параметров и характеристик оптоэлектронных и квантовых систем для различных технических задач и применений.
Владеть: методами измерений параметров и характеристик оптоэлектронных и квантовых систем с использованием современного метрологического оборудования.

Содержание учебной дисциплины

Раздел 1.1 Основы волновой и квантовой оптики. Оптическое излучение и спектры.
Понятие волновой и квантовой природы света. Энергия, масса и импульс фотона. Основные законы фотоэффекта. Явление Комптона. Давление света. Лучеиспускательная и поглощательная способность тела. Модели абсолютно черного тела. Гипотеза Планка. Оптическое излучение, его основные параметры и классификация по диапазонам длин волн. Понятие светового и лучистого потоков. Спектры источников лучистого потока.
Раздел 1.2 Управление световыми и электронными потоками. Оптические и электронные линзы.
Оптические и электронные линзы. Понятие оптико-механической аналогии. Электростатические и магнитные линзы и их типы. Иммерсионные линзы. Одиночные (симметричные) линзы. Диафрагмы. Иммерсионные объективы. Тонкие и толстые линзы. Основные параметры линз. Понятие апертурного угла. Формула Лагранжа-Гельмгольца. Аберрации и другие виды искажений в электронных линзах. Коррекция аберраций.
Раздел 1.3 Основы физики эмиссионных процессов.
Основы электронной теории твердого тела. Базовые соотношения и модели, описывающие процессы фотоэлектронной и вторично-электронной эмиссий. Основные типы катодных структур для указанных видов эмиссионных процессов, их конструктивные, технологические особенности и области применения. Параметры фотокатодов. Требования к полупроводниковым фотоэмиттерам.
Раздел 1.4 Вакуумные и полупроводниковые фотоэлементы.
Вакуумные фотоэлементы. Принцип действия. Характеристики и параметры, схемы включения. Газонаполненные фотоэлементы. Полупроводниковые фотоэлементы
Раздел 1.5 Фотоэлектронные умножители.
Вакуумные фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Принцип действия. Конструкции. Микроканальные пластины (МКП), их характеристики и параметры. Основы технологии изготовления оптоволоконных изделий.
Раздел 1.6 Электронно-оптические преобразователи.
Электронно-оптические преобразователи (ЭОП). Классификация и области применения. ЭОП с применением МКП. Параметры и характеристики ЭОП. Хроматические и геометрические аберрации электронно-оптических систем и методы их компенсации.
Раздел 2.1 Элементы и узлы лазерных устройств.
Элементы и узлы лазерных устройств. Оптические резонаторы, их основные характеристики и параметры, задачи анализа и синтеза. Устройства связи оптических мод. Модуляторы и дефлекторы. Оптические интегральные схемы.
Раздел 2.2 Квантовые усилители и генераторы радиочастотного и оптического диапазонов.
Квантовые усилители и генераторы радиочастотного диапазона. Мазеры. Парамагнитные усилители бегущей волны. Пучковые генераторы на аммиаке и водороде.
Раздел 2.3 Оптические инфокоммуникационные системы на основе газовых лазеров.
Оптические квантовые генераторы (ОКГ) на газовой среде. Газоразрядные лазеры. Гелий-неоновый и аргоновый лазеры. Газо- и плазмодинамические лазеры. Лазер на оксиде углерода. Химические и электроионизационные лазеры. Особенности применения газовых лазеров в инфокоммуникационных системах.
Раздел 2.4 Оптические инфокоммуникационные системы на основе твердотельных и полупроводниковых лазеров.
Оптические квантовые генераторы на твердом теле. Устройство и конструкция, основные характеристики и параметры. Промышленные твердотельные лазеры: на рубине, на стеклах и гранатах, активированные неодимом. Полупроводниковые оптические квантовые генераторы. Инжекционные лазеры. Устройство и конструкция, основные характеристики и параметры. Лазерные диоды и гетероструктуры. Лазерные электронно- лучевые трубки с продольной накачкой. Лазеры с оптической накачкой. Особенности применения твердотельных и полупроводниковых лазеров в инфокоммуникационных системах.
Раздел 2.5 Оптические инфокоммуникационные системы на основе жидкостных лазеров.
Жидкостные оптические квантовые генераторы. Лазеры на растворах органических и неорганических соединений. Устройство и конструкция, основные характеристики и параметры. Лазеры на красителях. Особенности применения жидкостных лазеров в инфокоммуникационных системах.
Раздел 2.6 Основы применения оптоэлектронных и квантовых инфокоммуникационных систем.
Квантовые стандарты частоты. Активные и пассивные реперы. Стандарты с оптической накачкой. Атомно-лучевые стандарты на основе цезия и рубидия. Основы применения оптоэлектронных и квантовых приборов в системах связи. Информационное применение лазеров. Голографические инфокоммуникационные системы. Лазерная диагностика в медицине и измерительной технике. Энергетическое применение лазеров и оптоэлектронных систем.

Элементы контроля

активность на семинарах
Дистанционный формат со 2-го модуля.
расчетная работа
Дистанционный формат со 2-го модуля.
экзамен
Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса). Экзамен проводится на платформе Jitsi (http://meet.miem.hse.ru/). К экзамену необходимо подключиться согласно расписанию ответов, высланному преподавателем на корпоративные почты студентов накануне экзамена. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка Jitsi. Для участия в экзамене студент обязан: явиться на экзамен согласно точному расписанию, при ответе включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам запрещено: выключать камеру, пользоваться конспектами и подсказками. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение связи менее минуты. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение минута и более. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (3 модуль)
0.25 * активность на семинарах + 0.25 * расчетная работа + 0.5 * экзамен

Программа дисциплины