Рабочая программы дисциплины Оптика композитных сред. Лектор



Дата15.07.2016
өлшемі136.8 Kb.
#200563
Рабочая программы дисциплины
1. Оптика композитных сред.

2. Лекторы.

2.1. Доктор физико-математических наук, доцент, Мурзина Татьяна Владимировна, кафедра квантовой электроники физического факультета МГУ, murzina@mail.ru, (495)939-36-69.

2.2. Кандидат физико-математических наук, доцент Никулин Александр Александрович, кафедра квантовой электроники физического факультета МГУ, nikulin@shg.ru, (495)939-36-69.

3. Аннотация дисциплины.

Курс посвящен вопросам оптических свойств широкого круга композитных сред – наночастиц, наногранулярных пленок, фрактальных кластеров, периодических наноструктур, метаматериалов, фотонных кристаллов на основе металлов, магнетиков и полупроводников. Рассматриваются основные модели и приближения, применяемые для описания эффективного отклика композитных сред. Анализируются оптические эффекты, обусловленные наноструктурированностью среды, а также возбуждением локальных или распространяющихся поверхностных плазмонов.



4. Цели освоения дисциплины.

Получить представление о базовых понятиях, методах и приближениях, используемых при описании оптических свойств регулярных и случайно-неоднородных композитных структур.



5. Задачи дисциплины.

  1. Изучение основ статистического описания локальных полей в случайно-неоднородных средах.

  2. Изучение базовых приближений эффективной среды для композитных структур.

  3. Изучение основных механизмов резонансного и нерезонансного усиления локальных полей в регулярных и случайно-неоднородных композитных структурах.

6. Компетенции.

7.1. Компетенции, необходимые для освоения дисциплины.

ПК-1


7.2. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины.

ПК-2
7. Требования к результатам освоения содержания дисциплины



В результате освоения дисциплины студент должен

  • знать базовые модели и приближения оптики композитных сред;

  • уметь применять эти модели и приближения для описания основных оптических эффектов в регулярных и случайно-неоднородных композитных структурах;

  • уметь оценивать порядок физических величин, характеризующих оптические свойства композитных сред;


8. Содержание и структура дисциплины.


Вид работы

Семестр

Всего




7




Общая трудоёмкость, акад. часов



72



72

Аудиторная работа:



36



36

Лекции, акад. часов



36



36

Семинары, акад. часов









Лабораторные работы, акад. часов









Самостоятельная работа, акад. часов



36



36

Вид итогового контроля (зачёт, зачёт с оценкой, экзамен)



зачет








N
раз-
дела


Наименование
раздела
Разделы могут объединять несколько лекций

Трудоёмкость (академических часов) и содержание занятий

Распределение общей трудоёмкости по семестрам указано в рабочих планах (приложение 7)



Форма
текущего
контроля


Аудиторная работа

Самостоятельная работа

Содержание самостоятельной работы должно быть обеспечено, например, пособиями, интернет-ресурсами, домашними заданиями и т.п.



Лекции

Семинары

Лабораторные работы

1

Рэлеевское рассеяние

1. 2 часа.

Функция Грина скалярного волнового уравнения. Тензорная функция Грина электромагнитного поля в вакууме, ее связь со скалярной функцией Грина. Предельные случаи: электростатическое поле точечного диполя, поле излучения точечного диполя на больших расстояниях.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

2. 2 часа

Базовые понятия теории рассеяния. Амплитуда и сечение рассеяния.

Рассеяние света одиночной сферической частицей малого диаметра. Индикатрисы рэлеевского рассеяния одиночной сферой для линейно и циркулярно поляризованной волны и естественного света.








2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

3. 2 часа

Рэлеевское рассеяние неупорядоченным массивом частиц. Базовое уравнение для локального поля. Статистические моменты рассеянного поля, проблема расцепления корреляторов. Пространственная эргодичность. Картина рассеяния двумерным массивом частиц в борновском приближении. Когерентные эффекты, обусловленные многократным рассеянием.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

2

Уравнение переноса излучения

1. 2 часа.

Вывод уравнения переноса излучения, анализ условий его применимости.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР




3

Приближения эффективной среды

1. 2 часа.

Концепция эффективной диэлектрической проницаемости. Формулы Клаузиуса−Моссотти и Лорентца – Лоренца. Формула Гарнетта.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

2. 2 часа.

Эффективная диэлектрическая проницаемость бинарной смеси частиц в приближении когерентного потенциала (приближении Бруггемана). Анализ условий применимости формулы Бруггемана.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

3. 2 часа.

Приближение когерентного потенциала для оптического отклика бинарной смеси частиц в виде плоского монослоя.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

4

Оптический отклик фрактальных кластеров

1. 2 часа.

Понятие фрактальной размерности. Примеры фрактальных объектов. Корреляционная функция плотности.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

2. 2 часа.

Особенности оптического отклика фрактальных кластеров. Расчет локального поля в бинарном приближении.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

5.

Оптические свойства плазмонных структур

1. 2 часа.

Отклик шарообразного включения на внешнее электромагнитное поле. Модель эллипсоида. Локальное оптическое поле в эллипсоиде. Усиление оптических и нелинейно-оптических эффектов в плазмонных структурах.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

2. 2 часа.

Поверхностные плазмон-поляритоны. Методы возбуждения поверхностных плазмонов. Схема Отто. Схема Кречманна. Возбуждение плазмонов на дифракционной решетке. Дисперсионное условие резонансного возбуждения плазмон-поляритонов.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

3. 2 часа.

Метаматериалы. Понятие отрицательного показателя преломления. Примеры оптических метаматериалов. Магнитодипольный резонанс в метаматериалах.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

6.

Оптика фотонных кристаллов.

1. 2 часа

Определение фотонного кристалла. Типы фотонных кристаллов. аналогия между фотонными и электронными кристаллами. Зона Бриллюэна. Закон дисперсии фотонных кристалллов. Фотонная запрещенная зона.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

2. 2 часа.

Плотность мод электромагнитного поля. Пространственное распределение электромагнитного поля в фотонном кристалле. Усиление поля в оптическом фотоннокристаллическом микрорезонаторе.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

3. 2 часа.

Распространение света в фотонных кристаллах. Расчет спектра фотонных кристаллов с использованием метода матриц распространения. Перестраиваемые фотонные кристаллы.









2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

  1. 2 часа.

Оптические эффекты в фотонных кристаллах. Медленный свет. Двумерные и трехмерные фотонные кристаллы, примеры экспериментально реализуемых структур. Усиление нелинейно-оптических эффектов в фотонных кристаллах и микрорезонаторах.







2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР

7.

Оптические микрорезонаторы

Моды шепчущей галереи и методы их описания. Примеры высокодобротных оптических микрорезонаторов. Реокрдное значение добротности микрорезонаторов. Связанные микрорезонаторы.







2 часа.

Работа с лекционным материалом.



КР


Семинары и лабораторные работы указываются только при их наличии в учебном плане (приложение 6). Остальные позиции заполняются в обязательном порядке.

Предусмотрены следующие формы текущего контроля успеваемости.

1. Защита лабораторной работы (ЛР);

2. Расчетно-графическое задание (РГЗ);

3. Домашнее задание (ДЗ);

4. Реферат (Р);

5. Эссе (Э);

6. Коллоквиум (К);

7. Рубежный контроль (РК);

8. Тестирование (Т);

9. Проект (П);

10. Контрольная работа (КР);

11. Деловая игра (ДИ);

12. Опрос (Оп);

15. Рейтинговая система (РС);

16. Обсуждение (Об).


9. Место дисциплины в структуре ООП ВПО

  1. Обязательная.

  2. Вариативная часть, профессиональный блок, дисциплина профиля.

  3. Является основой для чтения дисциплин кафедры квантовой электроники. Необходимо знание материала курсов математического цикла и общей физики, а также курса электродинамики.

    1. Математический анализ, линейная алгебра, дифференциальные уравнения, теория вероятностей и математическая статистика, общая физика, электродинамика.

    2. Введение в нелинейную оптику, нелинейная оптика.


10. Образовательные технологии

  • включение студентов в проектную деятельность,

  • дискуссии,

  • использование средств дистанционного сопровождения учебного процесса,


11. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации
Образцы контрольных вопросов:

  1. Условия применимости первого борновского приближения для рэлеевского рассеяния.

  2. Какими свойствами симметрии обладают индикатрисы рэлеевского рассеяния одиночной сферой для (а) линейно поляризованного, (б) циркулярно поляризованного, (в) естественного света?

  3. Определите зависимость спектрального положения фотонной запрещенной зоны одномерного фотонного кристалла от угла падения зондирующего излучения.

  4. Как лучевая интенсивность связана с вектором Пойнтинга?

  5. Какие приближения используются при выводе формулы Гарнетта?


Полный список вопросов к зачету:

  1. Определения дифференциального и полного сечения рассеяния.

  2. Что такое рэлеевское рассеяние?

  3. Условие применимости первого борновского приближения для рэлеевского рассеяния.

  4. Выражение для электрического поля внутри сферической частицы из однородного диэлектрика с проницаемостью ε.

  5. Выражение для линейной поляризуемости сферической частицы из однородного диэлектрика с проницаемостью ε.

  6. Локальное электрическое поле внутри эллипсоида из однородного диэлектрика с проницаемостью ε: какими вкладами оно определяется?

  7. Условие пространственной эргодичности.

  8. Формула для электростатического поля точечного диполя d.

  9. Формула для электрического поля, создаваемого в дальней зоне точечным диполем d, осциллирующим на частоте ω.

  10. Формула для магнитного поля, создаваемого в дальней зоне точечным диполем d, осциллирующим на частоте ω.

  11. Приближение дифракции Фраунгофера.

  12. Формула Клузиуса–Моссотти.

  13. Формула Лорентца–Лоренца

  14. Формула Гарнетта.

  15. Формула Бруггемана.

  16. Какова структура тензора эффективной поляризуемости отдельной частицы в приближении когерентного потенциала для бинарной смеси сферических частиц, образующих плоский монослой?

  17. Что такое лучевая интенсивность?

  18. Простейший случай композитной среды: модель диэлектрика.

  19. Выражение для интенсивности излучения , проходящего по вогнутому сферическому зеркалу (геометрическое приближение).

  20. Методы возбуждения мод шепчущей галереи в сферическом микрорезонаторе.

  21. Чем определяется добротность мод шепчущей галереи в микрорезонаторе.

  22. Нарисуйте характерный спектр отражения фотонного кристалла вблизи фотонной запрещенной зоны.

  23. Плотность мод электромагнитного поля.

  24. Получите выражение для закона дисперсии одномерного фотонного кристалла.

  25. Нарисуйте дисперсионные кривые в фотонном и электронном кристаллах.

  26. Как распределено электромагнитное поле в фотонном кристалле?

  27. Какие примеры двумерных и трехмерных фотонных кристаллов Вы можете привести?

  28. Какова зависимость спектрального положения центра фотонной запрещенной зоны одномерного фотонного кристалла от угла падения излучения?

  29. Как ведет себя групповая скорость света в фотонном кристалле вблизи края фотонной запрещенной зоны?

  30. Каковы механизмы усиления нелинейно-оптических эффектов в фотонных кристаллах?


12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература


  1. Ч. Киттель. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. [Гл. 13]

  2. А.П. Виноградов. Электродинамика композитных материалов. М.: Эдиториал УРСС, 2001. [Гл. 2, 3]

  3. А. Исимару. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. М.: Мир, 1981. [Том 1, гл. 7]

  4. Дж. Займан. Модели беспорядка. М.: Мир, 1982. [Гл. 9]

  5. B.N.J. Persson, A. Liebsch. Optical properties of two-dimensional systems of randomly distributed particles. Phys. Rev. B, 1983, vol. 28. No 8, pp. 4247–4254.

  6. Б.М. Смирнов. Физика фрактальных кластеров. М.: Наука, 1991.


13. Материально-техническое обеспечение

Компьютер и проектор для демонстрации слайдов.





Стр. из




Достарыңызбен бөлісу:




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет