Программа содержит перечень вопросов по дисциплинам базой части

профессионального цикла учебного плана подготовки бакалавров по

направлению 200400 «Оптотехника», вошедших в содержание билетов

вступительных испытаний в магистратуру.

Составитель: доцент каф. ЛИСТ И.Ю. Зыков

Программа рассмотрена и рекомендована к изданию методическим

семинаром кафедр общей физики, протокол № от «» 2012 г.

Руководитель ООП В.М. Лисицын Зав. обеспечивающей кафедрой В.М. Лисицын 2

1. ДИСЦИПЛИНЫ, ВКЛЮЧЁННЫЕ В ПРОГРАММУ

ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ В МАГИСТРАТУРУ

№ Дисциплины Баллы 1. Основы оптики. Электромагнитное поле и волны, параметры волн, их взаимодействие, прохождение света через границу раздела двух сред, распространение в неоднородных средах, поляризация, элементы фотометрии, голография, тепловое излучение.

2. Основы квантовой электроники. Элементы физики лазера. Понятия накачки, инверсной заселенности, отрицательной температуры, КПД лазера, когерентности излучения, резонаторы.

3. Оптические материалы и технологии. Классификация, строение и свойства оптических материалов, поглощение и люминесценция, стекло – свойства, строение и технология производства.

4. Прикладная оптика. Идеальные оптические системы, их кардинальные точки и плоскости, построение изображения, аберрации, диафрагмы, телескопические системы.

5. Источники и приемники излучения. Механизмы возникновения электромагнитного излучения оптического диапазона, тепловые и газоразрядные источники излучения, схемы питания.

Приемники излучения. Измерение характеристик оптических материалов.

6 Оптические измерения. Измерение силы света, светового потока, яркости. Измерение оптических характеристик материалов (пропускания, поглощения, рассеяния). Измерение фокусного расстояния, фокальных отрезков, толщины линз, радиусов кривизны.

ИТОГО

2. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНЫХ ДИСЦИПЛИН

ОСНОВЫ ОПТИКИ

1. Электромагнитная волна: конфигурация, скорость распространения, переносимая энергия.

2. Интерференция: сложение колебаний, наложение волн, классические интерференционные схемы.

3. Интерференция при разделении световой волны по амплитуде; - полосы равной толщины и равного наклона, просветляющие и отражающие покрытия.

4. Отражение и преломление на границе двух диэлектрических сред; характерный вид зависимости коэффициента отражения от угла падения, формула Френеля для нормального падения, закон Брюстера, скользящее падение света.

5. Рэлеевское рассеяние света; причины возникновения, типы неоднородностей, закономерности.

6. Поляризованный свет; виды поляризации, явления, приводящие к возникновению поляризации – дихроизм, двулучепреломление, френелевское отражение, закон Малюса.

7. Световые и энергетические единицы; их отличие.

8. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело; законы Стефана-Больцмана, смещения Вина. Модель АЧТ. Серые тела.

9. Запись и восстановление голограмм. Технические сложности при голографическом эксперименте.

Виды фотоэффекта, фотоэлектронная эмиссия, фотопроводимость, барьерный 10.

фотоэффект, законы внешнего фотоэффекта.

Литература для подготовки 1. Г.С. Ландсберг. Оптика. М., Наука, 1967.

2. И.В. Савельев. Курс общей физики, т. III. М., Наука, 1971.

3. Е.И. Бутиков, Оптика. М., Изд-во "Высшая школа", 1986, 512 с.

4. Р.В. Поль, Оптика и атомная физика. М., Изд-во "Наука", 1966, 552 с.

5. Физический энциклопедический словарь. М., Изд-во "Советская энциклопедия", 1984, с.

6. М. Борон, Э. Вольф, Основы оптики. М., Изд-во "Наука", 1978, 720 с.

7. Д.В. Сивухин, Курс общей физики, т. IV. Оптика, М. Физматлит МФТИ, 2002, 791 с.

ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.

1. Индуцированные и спонтанные переходы (постулат Бора, понятие когерентности).

Коэффициенты Эйнштейна вывод взаимосвязи между коэффициентами.

2. Ширина линии излучения (поглощения). Соотношение неопределенности Гейзенберга энергия-время, естественная ширина линии, факторы, влияющие на ширину линии, однородное и неоднородное уширение, Лоренцева и Гауссова форма линии.

3. Понятие "инверсии населенности уровней", закон Больцмана. Отрицательная температура, методы создания инверсной населенности (кратко).

4. Генерация лазерного излучения - оптическая обратная связь, лазерный резонатор, превращение усилителя в генератор, условие самовозбуждения.

5. Открытый резонатор. Резонаторы в электронике, добротность резонатора, переход к коротковолновому излучению, объемный резонатор, применимость последнего в оптическом диапазоне, резонатор Фабри-Перо, моды резонатора.

6. Классификация оптических резонаторов. Резонатор с двумя сферическими зеркалами, безразмерные параметры, характеризующие его устойчивость, условие устойчивости резонатора, диаграмма устойчивости, преимущества и недостатки устойчивых и неустойчивых резонаторов, основные конфигурации резонаторов (плоский, концентрический, конфокальный).

7. Моды активного резонатора, Понятие моды, Линия усиления активного вещества, уровни потерь для различных мод, спектр собственных частот незаполненного резонатора, конкуренция мод, одномодовая и многомодовая генерация селекция продольных и поперечных мод.

8. Получение коротких лазерных импульсов. Цели получения коротких лазерных импульсов, Режим свободной генерации, режим модулированной добротности, синхронизация мод, получение и предельные характеристики сверхкоротких лазерных импульсов.

9. Твердотельные лазеры. Особенности твердотельных лазеров, требования, предъявляемые к матрицам активных сред, квантрон, виды твердотельных лазеров особенности различных видов лазеров, источники излучения для накачки.

Полупроводниковые лазеры. Особенности полупроводников как активных сред, 10.

способы накачки полупроводниковых лазеров, Области применения инжекционных лазеров, квантоскопы, светодиоды.

Газовые лазеры. Классификация и основные особенности газовых лазеров, методы 11.

накачки, краткая характеристика основных типов газовых лазеров, характерные конструкции ГРК и ГРТ.

Литература для подготовки 1. Пихтин, Александр Николаевич. Оптическая и квантовая электроника: Учебник / А. Н.

Пихтин.—М.: Высшая школа, 2001.—573 с.

2. Дудкин Валентин Иванович. СПбГТУ. Основы квантовой электроники: Учебное пособие / СПбГТУ.—СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999.—307 с 3. Справочник по лазерной технике, Пер. с немецкого, М. «Энергоатомиздат», 1991 г. 544с.

ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ

1. Классификация оптических материалов по типу взаимодействия с излучением, строению и области применения. Спектральные и интегральные характеристики оптических материалов.

2. Зонное строение и оптические свойства металлических, полупроводниковых и диэлектрических материалов.

3. Оптическое поглощение и люминесценция в модели конфигурационных кривых. Правило Стокса; антистоксова люминесценция. Энергетический и квантовый выход люминесценции.

4. Стеклообразное и кристаллическое состояние вещества. Определение стекла. Понятие интервала превращения.

5. Оптическое бесцветное стекло. Определение, состав, классификация промышленных стекол по их оптическим постоянным.

6. Показатели качества оптического стекла и методы их определения. Связь качества стекол с допусками на их оптические свойства.

7. Физико-химические свойства стекол. Показатели твердости, химической стойкости стекла.

8. Варка оптического стекла. Виды стекловаренных печей. Этапы технологического процесса варки.

9. Способы разделки стекла и производства заготовок оптических деталей путем термической и механической обработки.

Типы оптических деталей. Допуски на чистоту полированных поверхностей.

10.

Основные, вспомогательные и специальные операции обработки стекла. Способы обработки свободным и связанным абразивом.

Литература для подготовки 1. В.Г.Зубаков, М.Н. Семибратиков, С.К. Штандель. Технология оптических деталей. – М.:"Машиностроение".-1985.-368 с.,ил.

2. Бардин А.Н. Технология оптического стекла. - М.:Высшая школа.-1963.-520 с.

3. Справочник технолога-оптика: Справочник/. И.Я. Бубис, В.А. Вейденбах и др. Под общей ред. с.М.Кузнецова и М.А. Окатова. Л-д.:"Машиностроение",Лен.отд-е.-1983.- с.,ил.

4. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела./Пер. с англ. – М.: Наука.- 1978.-792 с.

5. Яковлев В.Ю. Метод.указ. по курсу ОМиТ.-Изд.ТПУ,1998.-Рег.№№ 145-152.

ПРИКЛАДНАЯ ОПТИКА

1. Экспериментальные законы геометрической оптики.

Сформулировать законы, кратко изложить суть каждого закона.

2. Законы преломления и отражения в векторной форме.

Показать вывод законов в векторной форме.

3. Матрица преобразования лучей оптической системой. Физический смысл матричных элементов.

Показать:

- как вычисляется матрица преобразования лучей оптической системой через матрицы преломления-отражения и перемещения;

- как вычисляется матрица преобразования лучей оптической системой между сопряженными плоскостями;

- физический смысл матричных элементов A, B, C, D.

4. Что такое главные плоскости, фокусные расстояния и фокальные отрезки?

Дать определение, показать на рисунке с учетом знаков, вывести формулы по расчету фокусных расстояний и фокальных отрезков через матричные элемпенты.

5. Декартовые поверхности: определение и примеры использования.

Дать определение декартовых поверхностей. Указать конкретные типы декартовых преломляющих и отражающих поверхностей. Привести примеры использования декартовых поверхностей в оптических системах.

6. Геометрическая глубина резкости в пространстве предметов при наблюдении невооруженным глазом.

Дать определение глубины резкости, пояснить с помощью рисунка. Объяснить:

- чем обусловлено наличие глубины резкости;

- что такое передний план, задний план и “начало бесконечности”;

Чему равно “начало бесконечности” для нормального глаза?

7. Бинокулярное и стереоскопическое зрение. Порог стереоскопического восприятия.

Дать определение бинокулярного и стереоскопического зрения. Объяснить с помощью рисунка, что такое угол параллакса, угол конвергенции, глазная база. Рассчитать радиус стереоскопического зрения для нормального глаза.

8. Зрачки и люки оптической системы. Определение и общее правило построения зрачков и люков.

Дать определение, что такое апертурная диафрагма, входной и выходной зрачки, полевая диафрагма, входной и выходной люки. Рассказать общую методику построения зрачков и люков оптической системы.

9. Фотообъектив: назначение, основные характеристики, принципиальная оптическая схема, расположение диафрагм.

Микроскоп: назначение, основные характеристики, принципиальная оптическая 10.

схема, расположение диафрагм.

Хроматизм положения и увеличения: понятие и методика расчета. Хроматизм 11.

положения тонкой линзы.

Что такое “хроматизм” и чем обусловлено его появление. Рассказать, что такое хроматическая аберрация положения и увеличения; привести формулы для расчета.

Изложить общую методику расчета хроматизма положения тонкой линзы.

Монохроматические аберрации третьего порядка: название и описание фигуры 12.

изображения.

Общие причины возникновения монохроматических аберраций. Назвать монохроматические аберрации третьего порядка. Показать на рисунке фигуры изображения, сформированные оптической системой, обладающей каждым видом аберрации в отдельности. От каких параметров зависят аберрации третьего порядка?

Литература для подготовки 1. Прикладная оптика/А.С.Дубовик, М.И.Апенко, Г.В.Дурейко и др. М.: Недра, 1982. 612 с.

2. Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Расчет и проектирование оптических систем: Учебник для вузов – М.: Логос, 2000.-584 с.:ил.

3. Прикладная оптика/Апенко М.И., Дубовик А.С. М.:Наука.-1971.- 392 с.

4. Апенко М.И., Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Задачник по прикладной оптике: Учеб.

Пособие для вузов.- М.: Недра, 1987.- 310 с.: ил.

5. Апенко М.И., Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Задачник по прикладной оптике: Учеб.

Пособие.- М.: Высш. шк., 2003.- 591 с.: ил.

6. Ландсберг Г.С. Оптика-М.:Высшая школа.-1976.-928 с.

ИСТОЧНИКИ И ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

1. Тепловое излучение. Законы Стефана – Больцмана и Вина. Закон М.Планка, зависимость энергетической светимости от температуры, спектр излучения абсолютно черного и реального нагретых тел.

2. Принцип работы тепловых источников света, основные характеристики ламп накаливания и их виды, обоснование выбора материала для изготовления тела накала, конструкция лампы накаливания, спирали и биспирали, основные характеристики - световая отдача, срок службы, спектр излучения. Галогеновые лампы, перспективы совершенствования.

3. Принципы работы люминесцентных ламп. Обоснование выбора ртути в качестве излучающей среды, фотолюминисценция, квантовый и энергетический выход, спектр люминесценции, конструкция и схемы включения, основные характеристики, перспективы развития.

4. Принципы работы газоразрядных ламп высокого давления. Особенности излучения газового разряда высокого давления, газовые среды, конструкция и схемы включения ламп, основные характеристики и перспективы развития.

5. Принципы работы импульсных источников света. Газовые среды, конструкция, схемы включения, области применения, основные параметры и перспективы развития.

6. Приемники излучения на внешнем фотоэффекте. Законы внешнего фотоэффекта, вакуумный фотоэлемент, фотокатод, выбор материала для фотокатода, основные характеристики вакуумного фотоэлемента - чувствительность, спектральная характеристика, вольтамперная и световая характеристики, порог чувствительности.

7. Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Принцип работы, фотокатод, вторичная электронная эмиссия, диноды, основные характеристики ФЭУ - чувствительность, спектральная характеристика, вольтамперная и световая характеристики, порог чувствительности.

8. Приемники излучения на внутреннем фотоэффекте. Виды и законы внутреннего фотоэффекта, фотодиод, фотосопротивление, схемы включения, основные характеристики фотосопротивления и фотодиода - чувствительность, спектральная характеристика, вольтамперная и световая характеристики, порог чувствительности.

9. Тепловые приемники излучения. Принцип работы, болометры, термопары, основные характеристики тепловых приемников излучения - чувствительность, спектральная характеристика, вольтамперная и световая характеристики, порог чувствительности.

Литература для подготовки 1. Справочная книга по светотехнике.Под ред.Ю.Б. Айзенберга.-М. Энергоатомиздат, 1983.с.

2. Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света.-М.Энергоатомиздат, 1983.- 384с.

3. Рохлин Г.Н. Разрядные источники света.-М.Энергоатомиздат, 1991.-720с.

Импульсные источники света. Под ред. И.С.Маршака.-М.Энергия,1978, -472с.

7. Ишанин Г.Г., Панков Э.Д., Андреев А.Л.,Польщиков Г.В. Источники и приемники излучения -СПб. Политехника, 1991.- 240с.

8. Жигарев А.А., Шамаева Г.Г. Электронно-лучевые и фотоэлектрические приборы. М.Высшая школа, 1982. -463с.

9. Аксеенко М.Д.,Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения. Справочник.

М.Радио и связь,1987.-296с.

10. Лисицын В.М., Никитин В.Д. Источники излучения. Учебное пособие. Электронная версия. - Томск: 2004. (На сервере кафедры).

11. Лисицын В.М. Световые измерения. Определения. Термины. Методическое пособие.

ИПФ ТПУ. 1999.-26с.

12. Гуторов М.М. Сборник задач по основам светотехники. М. Энергоатомиздат,1988, 128с.

13. Евтушенко Г.С., Лисицын В.М. Оптоэлектроника: Учебное пособие для вузов. Томск.:

изд.ТПУ, 2003.- 150с., ил.

ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

1. Измерение силы света. Что такое сила света, единицы измерения, принципы измерения, фотометрическая скамья, фотометрическая головка, метод измерения, ошибки измерения.

2. Измерение светового потока. Определение, единицы измерения, принципы измерения, фотометрический шар, методы измерения, ошибка измерения.

3. Измерение яркости. Определение, единицы измерения, принипы и методы измерения, яркомер, ошибка измерения.

4. Измерение пропускания, поглощения, отражения. Определение пропускания, поглощения, отражения, коэффициент и показатель поглощения, методы измерения пропускания, поглощения, рассеяния, спектры пропускания и поглощения.

5. Измерение показателя преломления с помощью гониометра. Схема измерения, принцип измерения, погрешность.

6. Монохроматор. Схема, принцип работы, назначение элементв, особенности дифракционных и дисперсионных приборов, угловая и линейная дисприя, разрешающая способность.

7. Измерение фокусного расстояния и фокальных отрезков. Принцип и схема измерения на оптической скамье и с помощью гониометра.

8. Методы измерения толщины линзы. Механические и оптические методы, принципы измерения, их достоинства и недостатки.

9. Оптические методы измерения радиуса кривизны, сферичности. Интерференционный метод измерения радиуса кривизны, сферичности длиннофокусных линз, измерение радиуса кривизны с помощью автоколлиматора

3. ПРИМЕР ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО БИЛЕТА

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ВСТУПИТЕЛЬНОЕ ИСПЫТАНИЕ

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №

1. Кардинальные точки и плоскости оптических систем. Графическое построение изображения предмета. (17 баллов) 2. Оптическое поглощение и люминесценция в модели конфигурационных кривых. Правило Стокса; антистоксова люминесценция. Энергетический и квантовый выход люминесценции.

(17 баллов) 3. Принципы работы газоразрядных ламп высокого давления, их основные характеристики (17 баллов).

4. Электромагнитная волна: конфигурация, скорость распространения, переносимая энергия (15 баллов).

5. Индуцированные и спонтанные переходы (постулат Бора, понятие когерентности).

Коэффициенты Эйнштейна вывод взаимосвязи между коэффициентами. (17 баллов) 6. Измерение силы света. Что такое сила света, единицы измерения, принципы измерения, фотометрическая скамья, фотометрическая головка, метод измерения, ошибки измерения.

(17 баллов)

ПРОГРАММА

вступительного испытания (междисциплинарного экзамена) для поступающих в магистратуру по направлению Составитель: доцент каф. ЛИСТ И.Ю. Зыков Формат 60х84/16. Бумага офсетная Издательство ТПУ. 634050, Томск, пр. Ленина, 30.