x1010.00 Основы лазерной техники

В предлагаемом курсе изучаются основные принципы генерации и усиления лазерного излучения, а также оптотехника твердотельных лазерных систем. Курс содержит видеолекции, сопровождаемые опросами по текущему материалу, электронное пособие, интерактивные задания и упражнения. Материал курса рассчитан на десять недель обучения.

О курсе

Курс посвящен изучению физических процессов, связанных с генерацией и усилением лазерного излучения, нелинейно-оптическим преобразованием частоты лазерного излучения, а также изучению оптотехники твердотельных лазерных систем. Цель курса – получение базовых знаний в области лазерной физики, достаточных для специалистов в области лазерной техники и лазерных технологий, а также для всех желающих познакомиться с основами лазерной техники и получить опыт в решении задач лазерной оптики. При изучении разделов курса используются онлайн-опросы, а также интерактивные задания, соответствующие повседневным задачам, возникающим в ходе создания всевозможных типов лазерных излучателей. После прохождения этого курса вы получите как теоретические знания, так и практические навыки по исследованию и проектированию лазерных систем.

Формат

В состав курса входят видеолекции, упражнения и интерактивные задания. Длительность курса составляет 10 недель. Трудоемкость курса – 4 зачетных единицы. Средняя недельная нагрузка на обучающегося – 13 часов.

Информационные ресурсы

1. Звелто О. Принципы лазеров. Изд-во Лань, 2008. – 720 с.
2. Качмарек Ф. Введение в физику лазеров. – М.: Мир, 1981.
3. Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А. Основы лазерной техники. – Л.: Машиностроение, 1990.
4. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. – М.: Радио и связь, 1981.
5. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения. – М.: Наука, 1979.
6. Альтшулер Г.Б., Дульнева Е.Г., Карасев В.Б., Храмов В.Ю. Генерация и усиление света. Учебное пособие по дисциплине «Теория приборов квантовой электроники». – Л.: ЛИТМО, 1986.
7. Климков Ю.М. Прикладная лазерная оптика. – М.: Машиностроение, 1982.
8. Тарасов Л.В. Физика лазеров. Изд. 2-е, испр. и доп. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010. – 456 с.
9. Агошков В. И., Дубовский П. Б., Шутяев В. П. Методы решения задач математической физики. — М.: Физматлит, 2002. — 320 с.
10. Голоскоков Д. П. Уравнения математической физики. Решение задач в системе Maple. Учебник для вузов— СПб.: Питер, 2004.— 539 с.
11. Электронно-библиотечная система. Издательство «Лань» [Электронный ресурс] Емельянов В. М. Уравнения математической физики. Практикум по решению задач .— СПб.: Лань, 2008 .— 212c. Режим доступа: http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=140.

Требования

Знание разделов физики: оптика, физика атомов и молекул, колебания и волны, квантовые и волновые явления, спонтанное и вынужденное излучение, интерференция и дифракция электромагнитных волн. Знание разделов математики: алгебра, основы математического анализа, дифференциальное и интегральное исчисление. Знание основных законов физики, принципов построения математических моделей рассматриваемого физического явления. Знание основ теории дифференциальных уравнений, владение математическим аппаратом на уровне высшей математики. Владение современными математическими программными пакетами, современными информационными технологиями и основными поисковыми системами. Умение планировать и организовывать свои занятия и самостоятельно осваивать в соответствии с программой обучения необходимый материал. Для прохождения курса требуется SciLab (свободный доступ).

Программа курса

В курсе рассматриваются следующие темы:

1. Принципы усиления оптического излучения
2. Принципы действия лазеров различных типов
3. Основы теории лазерной генерации
4. Лазерные резонаторы и пространственные характеристики лазерного излучения
5. Фемтосекундные и пикосекундные лазеры
6. Нелинейнооптическое преобразование частот лазерного излучения
7. Оптотехника мощных полупроводниковых и волоконных лазеров

Каждая тема предполагает изучение в течение одной недели. На 2-й неделе запланировано упражнение по пройденному материалу, на 4-й, 5-й, 7-й, 9-й неделях запланированы виртуальные лаборатории.

В курсе имеется два типа дедлайна (предельного срока выполнения оценивающих мероприятий):
– мягкий дедлайн, при котором необходимо выполнить все оценивающие мероприятия текущей недели до ее завершения;
– жесткий дедлайн, при котором на выполнение оценивающих мероприятий после мягкого дедлайна дополнительно выделяется еще две недели, по окончании которых доступ к соответствующим мероприятиям закрывается.

Результаты обучения

• способность к выбору, анализу и применению моделей лазеров для расчета энергетических и временных характеристик лазерной генерации и прогнозирования изменения характеристик лазерного излучения при изменении параметров лазера (РО-1);
• способность к анализу типовых схем лазерных резонаторов для определения пространственных характеристик лазерного излучения (РО-2);
• способность к определению углов фазового синхронизма при анализе процессов смешения частот, генерации гармоник и процессов параметрической генерации в нелинейно-оптических кристаллах (РО-3);
• готовность к анализу и расчету параметров волоконно-оптических систем для доставки лазерного излучения к объекту (РО-4).

Формируемые компетенции

• 16.03.01 Техническая физика
  1. Способность применять методы математического анализа, моделирования, оптимизации и статистики для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ОПК-2)
  2. Способность к теоретическим и экспериментальным исследованиям в избранной области технической физики, готовность учитывать современные тенденции развития технической физики в своей профессиональной деятельности (ОПК-3)
  3. Готовность составить план заданного руководителем научного исследования, разработать адекватную модель изучаемого объекта и определить область ее применимости (ПК-6)
• 12.03.05 Лазерная техника и лазерные технологии
  1. Способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения, способностью владеть культурой мышления (ОК-1)
  2. Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-1)
  3. Готовность моделировать процессы и объекты на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований разрабатывать, отладить и настроить компьютерные программы и их отдельные блоки для решения задач лазерной техники и лазерных технологий (ПК-10)
  4. Готовность и способность рассчитывать, проектировать и конструировать в соответствии с техническим заданием типовых схем, приборов, деталей и узлов на схемотехническом и элементном уровнях, в том числе с использованием стандартных средств компьютерного проектирования (ПК-16)