ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Томский государственный университет систем управления и

радиоэлектроники

(ТУСУР)

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

Л.А.Боков

“_“_ 2009 г.

Рабочая программа по курсу “Волоконно - оптические системы и устройства технологического назначения и управления” для специальности 210401 (071700) Физика и техника оптической связи Учебный план набора 2005 г.

Факультет – радиотехнический Кафедра – Сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧиКР) Курс – четвертый, пятый Семестр – 8, 9 (зачет – 8 семестр, экзамен - 9 семестр) Учебный план набора 2001 года Распределение учебного времени Лекции – 47 часов (24 часа - 8 семестр и 23 часа - 9 семестр) Практика – 8 часов (8 семестр) Лабораторные занятия – 15 часов (9 семестр) Самостоятельная работа – 35 часов Всего – 105 часов 2009 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Рабочая программа составлена с учетом требований Государственного 1.

образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста – «Телекоммуникации» для специальности 210401 (071700) - Физика и техника оптической связи, утвержденного 10.03.2000 г. рег. номер 20тех/дс.

Рабочая программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры 2.

СВЧ и КР, протокол № 5 от 6 февраля 2009 г.

3. Разработчик, проф. каф. СВЧиКР _ В.М.Шандаров Зав. обеспечивающей.каф. СВЧиКР, _ С.Н.Шарангович 4. Рабочая программа согласована с факультетом, профилирующей и выпускающей кафедрой специальности, соответствует действующему плану занятий Декан РТФ, профессор _ А.С. Задорин Зав. каф. СВЧиКР, доцент _ С.Н. Шарангович Срок действия рабочей программы – 06.02.2012 г.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. Цель и задачи преподавания дисциплины.

Целью преподавания дисциплины является изучение студентами основных принципов построения волоконно - оптических устройств и систем сбора, передачи и распределения измерительной информации; физических основ измерения возмущений различной природы с помощью волоконно - оптических датчиков; вопросов расчета характеристик таких датчиков и путей улучшения этих характеристик.

Дисциплина “Волоконно-оптические системы и устройства технологического назначения” содержит 7 основных разделов: классификация волоконно-оптических систем сбора и распределения измерительной информации; оптические компоненты волоконнооптических датчиков; волоконно-оптические датчики с волокном в качестве линии передачи; волоконно-оптические датчики с волокном в качестве чувствительного элемента;

волоконно-оптические гироскопы; примеры реализации волоконно-оптических систем технологического назначения. В результате их изучения студенты должны знать принципы классификации волоконно-оптических систем, основные типы и принципы работы оптических компонентов волоконно-оптических датчиков, основные принципы преобразования входных воздействий в измеряемую величину в волоконно-оптических датчиках, основные схемы волоконно-оптических датчиков для измерения различных физических воздействий; иметь представление о методах расчетов характеристик таких датчиков, об особенностях построения волоконно-оптических систем технологического назначения, об особенностях методов кодирования информации в таких системах, о современном состоянии и характеристиках подобных систем.

1.2. Требования к уровню освоения дисциплины Студенты должны:

- знать основные законы и соотношения волновой оптики и оптики диэлектрических волноводов;

- знать современное состояние в области волоконно-оптических элементов, пассивных и активных элементов и устройств волоконной и интегральной оптики;

- знать физические основы и принципы построения оптических и волоконно-оптических датчиков физических воздействий;

- получить навыки практической работы с лазерами и волоконно-оптическими элементами, освоить технику оптических экспериментов.

1.3. Перечень обеспечивающих дисциплин.

Данная дисциплина базируется на знаниях, полученных студентами в процессе изучения дисциплин: «Физика», «Электромагнитные поля и волны», «Основы физической и квантовой оптики», «Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства».

1.4. Объем дисциплины и виды учебной работы.

1.5. Разделы дисциплины и виды занятий Введение, основные соотношения для описания оптического излучения; классификация волоконно – оптических систем и волоконно-оптических Оптические компоненты волоконно-оптических Волоконно-оптические датчики с волокном в Волоконно-оптические датчики с волокном в

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Содержание лекций 2.1.1. Введение - 0,5 часа.

Цель и содержание курса, его связь с другими дисциплинами, основная и дополнительная литература.

2.1.2. Классификация волоконно - оптических систем сбора и распределения измерительной информации - 1,5 часа.

Основные соотношения для описания плоских световых волн и световых пучков в безграничной диэлектрической среде; основные характеристики оптического излучения.

Классификация волоконно-оптических систем. Классификация волоконно-оптических датчиков по функциональному назначению волоконно-оптического тракта и методам модуляции оптического излучения. Основные характеристики волоконно-оптических датчиков.

Методические указания.

Этот раздел является вводным. Здесь необходимо обратить внимание на основную функциональную схему преобразований физической величины в волоконно-оптических датчиках.

2.1.3. Оптические компоненты волоконно-оптических датчиков - 4 часа.

Волоконные световоды: многомодовые, одномодовые, световоды с двойным лучепреломлением; фотонно-кристаллические, фотополимерные и некварцевые волоконные световоды, особенности физических свойств и характеристик световодов для волоконно-оптических датчиков.

Расщепители световых пучков, сумматоры, направленные ответвители, поляризаторы, оптические вентили, фазовые пластинки. Интегрально-оптические интерферометры, модуляторы интенсивности света и фазовые модуляторы, элементы для сдвига частоты света.

Методические указания.

Необходимо усвоить физику работы перечисленных элементов. Рекомендуемая литература - [2, 3].

2.1.4. Волоконно-оптические датчики с волокном в качестве линии Датчики амплитудного типа для измерения температуры, механических величин, концентрации химических веществ. Датчики поляризационного типа для измерения характеристик магнитного поля, электрического поля, давления и ускорения. Датчики на основе сдвига частоты света для измерения скорости твердых тел, микроколебаний, скорости сыпучих или жидких веществ. Схемы построения, основные характеристики, функции преобразования, области применения датчиков с волокном в качестве линии передачи.

Методические указания.

Материал лучше изучать, используя источники [1, 2].

2.1.5. Волоконно-оптические датчики с волокном в качестве чувствительного элемента - 10 часов.

Функции и структуры волоконно-оптических чувствительных элементов. Датчики с амплитудной модуляцией для измерения микроперемещений, ускорения, температуры, характеристик радиоактивного излучения. Использование волн утечки и эффектов люминесценции в датчиках амплитудного типа. Волоконно-оптические брэгговские решетки и датчики на их основе. Датчики на основе нелинейно-оптических эффектов в волоконных световодах. Датчики на основе интерференции света. Интерферометрические схемы Маха - Цендера, Майкельсона, Фабри – Перо. Схемы построения, основные характеристики, функции преобразования и области применения датчиков с волокном в качестве чувствительного элемента.

Методические указания.

Необходимо обратить внимание на физику процессов преобразования входных воздействий в измеряемую величину, а также на методики расчета характеристик световодных чувствительных элементов. Рекомендуемая литература - [1 – 3].

2.1.6. Волоконно - оптические гироскопы - 6 часов.

Эффект Саньяка, основные схемы лазерных и волоконно – оптических гироскопов, основные характеристики и методы их улучшения, методы повышения чувствительности и снижения шумов. Примеры реализации волоконно-оптических гироскопов, основные особенности и характеристики реальных приборов.

Методические указания.

Рекомендуемая литература - [2, 3].

2.1.7. Примеры реализации волоконно-оптических устройств и систем технологического назначения - 17 часов.

Основные классы волоконно-оптических устройств и систем, не относящихся к системам связи. Волоконно-оптические лазеры и усилители. Рамановские волоконнооптические лазеры, их характеристики, области использования и перспективы.

Распределенные волоконно-оптические измерительные системы: классификация, методы мультиплексирования чувствительных элементов, методы и алгоритмы обработки данных в распределенных системах, примеры и характеристики реально действующих систем.

Волоконно-оптические системы для охраны периметра объектов. Волоконно-оптические системы контроля состояния зданий, сооружений и строительных объектов. Основные особенности, схемы и характеристики бортовых самолетных и судовых волоконнооптических систем и систем управления параметрами технологических процессов, перспективы использования волоконно-оптических систем и устройств в производстве и технике.

Методические указания.

Необходимо уяснить особенности принципов организации волоконно-оптических систем технологического назначения по сравнению с системами связи. Рекомендуемая литература - [2, 3].

3. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

3.1. Освоение методик расчета характеристик дискретных оптических элементов волоконно-оптических устройств: поляризаторов, фазовых пластинок, оптических изоляторов.

3.2. Освоение методик расчета характеристик фотоупругих и электрооптических элементов.

3.3. Освоение методик расчета характеристик фазовой чувствительности волоконных световодов и характеристик оптических интерферометров.

4. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

1. Исследование волоконно-оптического датчика микроперемещений на основе полимерного оптического волокна - 4 часа.

2. Исследование оптического датчика линейного перемещения объекта, построенного по схеме оптического зонда - 4 часа.

3. Исследование поляризационных свойств планарного оптического волновода в ниобате лития, полученного методом ионной имплантации - 4 часа.

4. Исследование электрооптического фазового модулятора – чувствительного элемента оптического датчика электрических полей.

5. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

выполнение отчетов заданий (рефераты)

6. КОНТРОЛЬ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Осуществляется путем применения рейтинговой системы оценки успеваемости и включает текущий контроль выполнения элементов объема дисциплины по элементам контроля с подведением текущего рейтинга.

Итоговый контроль освоения дисциплины осуществляется на экзамене. Для получения допуска к экзамену необходим рейтинг больший или равный 50. При этом баллы, полученные студентом по текущему рейтингу, конвертируются (без сдачи экзамена) в семестровую экзаменационную оценку. При количестве баллов 80..99 автоматически может быть поставлена оценка "хор", при количестве баллов 100..120 - оценка "отл".

Оценка "удовл" автоматически выставлена быть не может, поэтому при текущем рейтинге ниже 80 баллов сдача экзамена является обязательной.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Дисциплина “Волоконно-оптические устройства и системы технологического назначения” обеспечена в полной мере учебной литературой, охватывающей все разделы программы. Электронные версии источников, перечисленных в списке рекомендуемой литературы, имеются в электронной библиотеке кафедры и доступны студентам при работе в локальной компьютерной сети кафедры. Лабораторный практикум обеспечен разработанными на каф. СВЧиКР учебно-методическими пособиями.

8. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЫ

Таблица распределения максимального рейтинга по элементам контроля в 8 семестре избранным темам PPT презентации) работы конспектов, Процедуры контроля и их распределение по неделям 8 -го семестра Элементы рейтингового задания Дата контроля Кол-во баллов 1-я контрольная точка 2-я контрольная точка Зачетная неделя Таблица распределения максимального рейтинга по элементам контроля в 9 семестре конспектов, Процедуры контроля и их распределение по неделям 9 -го семестра Элементы рейтингового задания Дата контроля Кол-во баллов 1-я контрольная точка 2-я контрольная точка Зачетная неделя Темы творческих заданий (рефератов):

1. Современные волоконно-оптические датчики интерферометрического типа 2. Волоконно-оптические датчики медицинского назначения 3. Волоконно-оптические датчики для анализа химического состава веществ 4. Волоконно-оптические датчики для обнаружения ядовитых веществ 5. Волоконно-оптические датчики для обнаружения взрывчатых веществ 6. Волоконно-оптические датчики для защиты объектов 7. Волоконно-оптические датчики для дистанционного измерения температуры 8. Волоконно-оптические усилители и лазеры 9. Распределенные волоконно-оптические системы контроля состояния объектов 10. Распределенные волоконно-оптические системы геофизического назначения 11. Волоконно-оптические системы автономных транспортных средств Темы контрольных работ:

Расчет характеристик фотоупругих элементов оптических датчиков Расчет характеристик электрооптических элементов оптических датчиков Расчет характеристик поляризационных элементов оптических датчиков Современное состояние волоконно-оптических датчиков и измерительных

9. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Фриман, Роджер. Волоконно-оптические системы связи : Пер. с англ. / Р. Фриман ; ред.

пер. Н. Н. Слепов. - 3-е изд., доп. - М. : Техносфера, 2006. - 495[1] с. : ил., табл. - (Мир связи ; IX-03). (14) 2. В.М.Шандаров. Волоконно-оптические устройства технологического назначения: учеб.

пособие. – Томск : Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2007. – 190с. ISBN 978-5-86889-377-3. (40 экз.) 3. Ю.Н.Кульчин. Распределенные волоконно – оптические измерительные системы. – М.:

Физматлит, 2001 г., 272 с.

2. В.И.Бусурин, Ю.Р.Носов. Волоконно - оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990 г.

3. Т.Окоси и др.Волоконно - оптические датчики / Под ред. Т.Окоси. Л.: Энергоатомиздат, 1990 г.

3. Б.А.Красюк, Г.И.Корнеев. Оптические системы связи и световодные датчики (вопросы технологии). - М.: Радио и связь, 1985. - 192 с.