1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский физико-технический институт (государственный университет)» кафедра «Радиоэлектроники и прикладной информатики» ФРТК «УТВЕРЖДАЮ» Проректор по учебной работе _ О.А. Горшков «____»______________ 2012 г. РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА по дисциплине: «Оптические информационные технологии» по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика» магистерские программы: все факультет: радиотехники и кибернетики кафедра «Радиоэлектроники и прикладной информатики» ФРТК курс: 1 курс (магистратура) семестры: 2 (весенний) диф. зачет 2 семестр Трудоёмкость в зач. ед.: вариативная часть – 2 зач. ед. в т.ч.: лекции: вариативная часть – 32 час. практические (семинарские) занятия: нет лабораторные занятия: нет мастер классы, индивид. и групповые консультации: нет самостоятельная работа: вариативная часть – 32 час. курсовые работы: нет подготовка к экзамену: вариативная часть – нет ВСЕГО АУДИТОРНЫХ ЧАСОВ 32 Программу составил д.ф.-м.н. профессор Астапенко В.А. Программа обсуждена на заседании кафедры «Радиоэлектроники и прикладной информатики» ФРТК «____» ___________ 2012 г. Заведующий кафедрой Ю.И. Борисов 2 ОБЪЁМ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ И ВИДЫ ОТЧЁТНОСТИ. Вариативная часть, в т.ч. : 2 зач. ед. Лекции 32 часа Практические занятия нет Лабораторные работы нет Индивидуальные занятия с преподавателем нет Самостоятельные занятия Итоговая аттестация ВСЕГО 32 часа Диф.зачет , 2 семестр 2 зач. ед. 64 часа 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ Цель курса – Целью курса является ознакомление с физическими основами и применением современными оптических информационных технологий. . Задачами данного курса являются: освоение студентами базовых знаний в области взаимодействия излучения с веществом; приобретение теоретических знаний в области оптических информационных технологий; оказание консультаций и помощи студентам в проведении собственных теоретических и прикладных исследований в области оптических информационных технологий; 2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ МАГИСТРАТУРЫ Дисциплина «Оптические информационные технологии» включает в себя разделы, которые могут быть отнесены к вариативной части цикла М.1 УЦ ООП. Дисциплина «Оптические информационные технологии» базируется на дисциплинах цикла Б.2 курса 3-4 базовой и вариативных частях. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Освоение дисциплины «Оптические информационные технологии» направлено на формирование следующих общекультурных и общепрофессиональных интегральных компетенций бакалавра: а) общекультурные (ОК): способность анализировать научные проблемы и физические процессы, использовать на практике фундаментальные знания, полученные в области естественных и гуманитарных наук (ОК-1); способность осваивать новые проблематику, терминологию, методологию и овладевать научными знаниями, владеть навыками самостоятельного обучения (ОК-2); способность логически точно, аргументировано и ясно формулировать свою точку зрения, владеть навыками научной и общекультурной дискуссией (ОК-3); готовность к творческому взаимодействию с коллегами по работе и научным коллективом, способность и умение выстраивать межличностное взаимодействие, соблюдая уважение к товарищам и проявляя терпимость к иным точкам зрения (ОК-4); 3 б) профессиональные (ПК): способность применять в своей профессиональной деятельности знания, полученные в области физических и математических дисциплин, включая дисциплины: общая физика, теоретическая физика, электродинамика, квантовая механика, статистическая физика, высшая математика (ПК-1); способность применять различные методы физических исследований в избранной предметной области: экспериментальные методы, статистические методы обработки экспериментальных данных, вычислительные методы, методы математического и компьютерного моделирования объектов и процессов (ПК-2); способность понимать сущность задач, поставленных в ходе профессиональной деятельности, использовать соответствующий физико-математический аппарат для их описания и решения (ПК-3); способность использовать знания в области физических и математических дисциплин для дальнейшего освоения дисциплин в соответствии с профилем подготовки (ПК-4); способность работать с современным программным обеспечением, приборами и установками в избранной области (ПК-5); способность представлять результаты собственной деятельности с использованием современных средств, ориентируясь на потребности аудитории, в том числе в форме отчетов, презентаций, докладов (ПК-6); готовность работать с исследовательским оборудованием, приборами и установками в избранной предметной области (ПК-7); 3. КОНКРЕТНЫЕ ЗНАНИЯ, УМЕНИЯ И НАВЫКИ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате освоения дисциплины «Оптические информационные технологии» обучающийся должен: 1. Знать: Основные типы оптических информационных технологий (ОИТ); физические основы ОИТ; технические способы создания различных типов ОИТ; особенности и специфические черты ОИТ, области практического использования ОИТ 2.Уметь: пользоваться своими знаниями для решения фундаментальных и прикладных задач и технологических задач; оценивать применимость различных типов ОИТ для решения конкретных задач; определять типы оптоволоконных датчиков для различных информационных систем; делать качественные выводы при переходе к предельным условиям в изучаемых проблемах; осваивать новые предметные области, теоретические подходы и экспериментальные методики; 2. Владеть: основными методами электродинамики сплошных сред; способами описания распространения электромагнитных волн в различных средах; навыками освоения большого объема информации; навыками самостоятельной работы и использования информации из баз знаний в Интернет; практикой исследования и решения теоретических и прикладных задач; 4 4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Структура дисциплины Перечень разделов дисциплины и распределение времени по темам № темы и название Количество часов 1. Физические основы оптических ИТ 12 2. Лазерные ИТ 12 3. Оптоволоконные ИТ 16 4. Плазмонные ИТ. 12 5. ИТ на основе метаматериалов 12 ВСЕГО (зач. ед.(часов)) 2 зач. ед. (64 часа) ВИД ЗАНЯТИЙ ЛЕКЦИИ: № Темы Количество часов п.п. 1 Взаимодействие излучения с атомами 2 2 Электромагнитное излучение в сплошной среде Электромагнитное излучение в структурированном веществе Лазерная дальнометрия и гироскопия 2 Сенсоры на основе рассеяния лазерного излучения Когерентные ЛИТ и ЛИТ в медицине 2 Распространение электромагнитных волн в диэлектрических волноводах и коммуникационные ИТ Оптоволоконные датчики и сенсорные системы на оптоволокне: построение и использование Поверхностные плазмоны и поверхностноусиленные электромагнитные процессы, сенсоры на ПВ и спектроскопия ПУРС Электромагнитные метаматериалы: теория и применение в ИТ ВСЕГО ( зач. ед.(часов)) 4 3 4 5 6 7 8 9 10 2 2 2 6 6 4 32 час (1 зач.ед.) 5 ВИДЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ № п.п. Темы изучение теоретического курса – выполняется самостоятельно каждым студентом по итогам каждой из лекций, результаты контролируются преподавателем на лекционных занятиях, используются конспект лекций, учебники, рекомендуемые данной программой, методические пособия. ВСЕГО (часов) 1. № п/п Количество часов Название модулей 1 I Физические основы ОИТ 2 II Лазерные ИТ. 3 III Оптоволоконные ИТ 4 IV Плазмонные ИТ 5 V СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Разделы и теСодержание мы лекционных занятий Взаимодействие излучения с атомами; ЭМ в сплошной среде: ЭМ в структурированном веществе Лазерные дальнометрия и гироскопия Распространение ЭМВ в оптоволокне, коммуникационные ИТ; оптоволоконные датчики и системы Поверхностные плазмоны и поверхностно-усиленные электромагнитные процессы; сенсоры на поверхностных плазмонах и ПУРС ИТ на основе Основные фотопроцессы на атомах: возбуждение, фотоионизация, рассеяние, фоторекомбинация. Макроскопические уравнения Максвелла, поляризация и намагниченность среды, комплексный показатель преломления вещества и особенности распространения излучения в различных средах. Физические принципы и реализация лазерных дальнометрии и гироскопии. Эффект Саньяка. Лазерные гироскопы и лидары. Особенности распространения ЭМВ в диэлектрических волноводах. Различные виды мод. Дисперсия. Окна прозрачности телекоммуникационного волокна. Типы оптоволоконных датчиков. Усиление электрон-фотонного взаимодействия в фотовольтаических приборах за счет плазмонного резонанса. Использование поверхностных плазмонов для генерации высоких гармоник лазерного излучения. Рамановская спектроскопия с участием поверхностных плазмонов. Биомедицинские применения Поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии. Спазеры Особенности электромагнитных про- 32 32 Объем Аудитор- Самостоная рабо- ятельная та работа (зачетные (зачетедининые цы/часы) единицы/часы) 6 6 6 6 8 8 6 6 6 6 6 метаматериалов № Вид занятия п/п 1 лекция 2 3 4 цессов в метаматериалах. Отрицательное преломление, «левые» среды, линза Веселаго. Принципы изготовления оптических метаматериалов. Применение метаматериалов в информационных технологиях 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Форма проведения занятий Цель изложение теоретического материала лекция изложение теоретического материала с помощью презентаций решение задач по задалекция нию (индивидуальному где требуется) преподавателя– решаются задачи, выданные преподавателем по итогам лекционных занятий и сдаются в конце семестра, используются конспект (электронный) лекций, учебники, рекомендуемые данной программой, а также учебно-методические пособия подготовка к зачету самостоятельная работа студента получение теоретических знаний по дисциплине повышение степени понимания материала осознание связей между теорией и практикой, а также взаимозависимостей разных дисциплин повышение степени понимания материала 6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ Контрольно-измерительные материалы Перечень контрольных вопросов для сдачи экзамена в 2-ом семестре. Контрольные вопросы 1. Физический смысл и описание основных атомных фотопроцессов 2. Уравнения Максвелла в среде. Поляризация и намагниченность вещества. 3. Распространение электромагнитных волн в веществе, комплексный коэффициент преломления. Фазовая и групповая скорость. 4. Распространение ЭМВ в искусственных структурах. 5. Специфические черты лазерного излучения и их физическая основа 6. Лидары: принцип действия и применения.. 7. Эффект Саньяка. 8. Основные черты лазерной гироскопии. 7 9. Моды электромагнитного поля в оптоволокне. 10. Основные свойства и параметры телекоммуникационного оптоволокна. 11. Оптоволоконные датчики: схемы построения и использование. 12. Эванесцентные электромагнитные волны и фотонный туннельный микроскоп. 13. Оптоволоконные информационные системы: составные части и принципы построения. 14. Поверхностные плазмоны: физический смысл и закон дисперсии. 15. Металлические наночастицы как оптические датчики параметров окружающей среды. 16. Поверхностно-усиленные оптические явления и их использование. 17. Поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия и ее применение в информационных системах. 18. Концепция освоения углеводородов на шельфе с использованием оптических информационных технологий. 19. Оптические метаматериалы и отрицательное преломление. Линза Веселаго. 20. Перспективы использования метаматериалов в оптических информационных технологиях. 7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Необходимое оборудование для лекций и практических занятий: компьютер и проектор Необходимое программное обеспечение: MS Office Power Point. 8. НАИМЕНОВАНИЕ ВОЗМОЖНЫХ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ –УЧЕБНЫМ ПЛАНОМ НЕ ПРЕДУСМОТРЕНЫ 9. ТЕМАТИКА И ФОРМЫ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ –УЧЕБНЫМ ПЛАНОМ НЕ ПРЕДУСМОТРЕНЫ 10. ТЕМАТИКА ИТОГОВЫХ РАБОТ –УЧЕБНЫМ ПЛАНОМ НЕ ПРЕДУСМОТРЕНЫ 11. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. В.А.Астапенко Взаимодействие излучения с атомами и наночастицами. Долгопрудный: Интеллект 2010, 492 с. 2. В.А.Астапенко. Наноплазмоника и метаматериалы Учебное пособие. Изд. МФТИ, Москва, 2011 г., 179 с. 3. В.А.Астапенко Электромагнитные процессы в среде, наноплазмоника и метаматериалы. Долгопрудный: Интеллект 2012, 583 с. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Л. Новотный, Б. Хехт Основы нанооптики. Москва, Физматлит 2009, 482 с.