Скачать 115.06 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФМОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ) ___________________________________________________________________________________________________________ Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика Программа подготовки магистров: Теплофизика и молекулярная физика Квалификация (степень) выпускника: магистр Форма обучения: очная РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ "ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ"
Москва - 2011 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целью дисциплины является создание у студентов теплофизиков ясного представления о лазерном излучении, принципах и механизмах его получения, особенностях распространения в различных веществах, методах управления и измерения его параметров для использования лазерного излучения в теплофизических исследованиях. По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
Задачами дисциплины являются научить использованию лазерного излучения в экспериментальных теплофизических исследованиях. 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО Дисциплина относится к вариативной части (дисциплина по выбору студента) профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров по профилю «Теплофизика и молекулярная физика» направления 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика». Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Физика", "Квантовая механика". Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении курсовых работ и также программы магистерской подготовки. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования: Знать:
Уметь:
Владеть:
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 часа.
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции 1 семестр 1. Введение Исторический обзор развития лазерной техники. Общая схема применения лазеров в теплофизических исследованиях. Оптическое излучение, методы описания. 2. Описание излучения и его взаимодействия с веществом на основе волновой теории Система уравнений Максвелла. Закон сохранения энергии электромагнитного поля. Волновые уравнения, волны в диэлектриках и металлах. Плотность потока энергии. Диэлектрики, поляризация, поляризуемость, диэлектрическая восприимчивость. Формула Клаузиуса-Мосотти. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Дисперсионная кривая, тангенс угла диэлектрических потерь. Классическая теория дисперсии света в диэлектриках и металлах. Комплексный показатель преломления. Глубина проникновения волны в вещество, поглощение излучения. Отражение и преломление излучения. Формулы Френеля. Энергетические соотношения при отражении и преломлении. Спектральная фильтрация. Просветление оптики. Поляризация. Когерентность. 3. Основы матричной оптики Геометрическая оптика. Основные идеи матричной оптики. Матрицы преобразования лучей. Матричное описание свойств оптической системы. Гауссовы пучки. 4. Фотоны и фотонные коллективы Фотоны и фотонные коллективы. Взаимодействие оптического излучения с веществом. Поглощение, спонтанное испускание, индуцированное испускание. Оптические переходы различной фотонной кратности. 5. Процессы, лежащие в основе лазерной генерации Возможность усиления излучения квантовыми системами. Активная среда. Линейный коэффициент поглощения активной среды. Зависимость заселенности рабочих уровней от плотности потока излучения. Эффект насыщения. Переход из режима усиления в режим генерации. Условие стационарной генерации. Способы получения инвертированных сред. Механизмы заселения и очищения уровней. Классификация лазеров с учетом различных методов накачки. Оптическая накачка. Твердотельные лазеры. Условие реализации стационарной инверсии при оптической накачке. Двухуровневая и трехуровневая схемы. Вопросы практической реализации оптической накачки. Рабочие схемы лазеров. Рубиновый лазер. Лазер на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом. Газовые лазеры. Аргоновый, гелий-неоновый, СО2 – лазеры. Лазеры на красителях. 6. Формирование поля излучения в резонаторе лазера Резонаторы. Формирование поля излучения в резонаторе лазера. Оптимальный коэффициент полезных потерь. Зависимость начального коэффициента усиления от частоты. Резонансные частоты. Принципы частотной селекции. Моды оптического резонатора. Пассивные и активные резонаторы. Устойчивые и неустойчивые резонаторы. Гауссовы пучки в устойчивых резонаторах. Динамика процессов в лазере. Причины нестационарности лазерной генерации. Режим свободной генерации. Генерация гигантских импульсов (активная и пассивная модуляция добротности). Режимы синхронизации продольных мод и разгрузки резонатора. Описание динамики процессов в лазерах. 7. Измерение параметров и управление лазерным излучением Измерение параметров лазерного излучения. Методы и средства измерения энергетических параметров. Методы измерения пространственного распределения, расходимости. Ослабители излучения, дефлекторы. Фокусировка лазерного излучения. Зеркальная и линзовая оптика. 8. Применение лазеров в теплофизических исследованиях Использование лазеров в теплофизических исследованиях. Общие принципы. Примеры использования. Метод вспышки для измерения температуропроводности твердых тел. Исследование оптических свойств материалов при высоких температурах. Изучение комплекса теплофизических свойств импульсным методом. 4.2.2. Практические занятия Практические занятия учебным планом не предусмотрены. 4.3. Лабораторные работы: Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены. 4.4. Расчетные задания 1 семестр Расчет поля температур при действии лазерного излучения на вещество. 4.5. Курсовые проекты и курсовые работы Курсовой проект учебным планом не предусмотрен. 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Лекционные занятия проводятся в традиционной форме. Самостоятельная работа включает решение задач, выполнение расчетного задания, подготовку к зачету. 6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Для текущего контроля успеваемости используются контрольный опрос, результаты самостоятельного решения задач, результаты выполнения расчетного задания. Аттестация по дисциплине – зачет. Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на зачете. 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Литература: а) основная литература: 1. Тарасов Л.В. Физические основы квантовой электроники. М.,Советское радио, 1976, 368 с. 2. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. М., Радио и связь, 1981, 440 с. 3. Прохоров А.М., Конов В.И., Урсу И., Михэилеску И.Н. Взаимодействие лазерного излучения с металлами. М., Наука, 1988, 538 с. 4. Иващенко П.А., Калинин Ю.А., Морозов Б.Н. Измерение параметров лазеров. М., Изд-во стандартов, 1982,168 с. 5. Под ред. Абильсиитова Г.А. Технологические лазеры. Справочник. М., Машиностроение, т.т. 1,2, 1991, 432 с. б) дополнительная литература: http://mt12navsegda.narod.ru/lastech.html 7.2. Электронные образовательные ресурсы: http://ru.wikipedia.org/wiki/Laser, http://www.nsu.ru/srd/lls/russian/lls-teach.htm. 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 140700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и программе подготовки магистров «Теплофизика и молекулярная физика». ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ: к.т.н., доц. Мирошниченко В.И. "УТВЕРЖДАЮ": Зав. кафедрой ИТФ д.т.н., с.н.с. Яньков Г.Г. |