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 “Волоконная оптика (по выбору)” Направление подготовки бакалавров 200600

ФОТОНИКА И ОПТОИНФОРМАТИКА

Факультет – Электронной техники Кафедра - ЭП Курс - четвертый Семестр – 8 (зачет) Распределение учебного времени Лекции - 39 часов Лабораторные занятия - 13 часов Самостоятельная работа - 28 часов Всего - 80 часов 2009 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. Рабочая программа составлена с учетом требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для направления подготовки бакалавров 200600 - ФОТОНИКА И ОПТОИНФОРМАТИКА, утвержденного 05.12.2005 г.

Степень (квалификация) выпускника - бакалавр техники и технологии 2. Рабочая программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры СВЧ и КР, протокол № 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 ФЭТ, доцент _ В.М. Герасимов Зав. каф. ЭП, профессор _ С.М. Шандаров Срок действия рабочей программы – февраль 2012 г.

1. Цель и задачи дисциплины 1.1. Цель преподавания дисциплины Дисциплина “Волоконная оптика (по выбору)” относится к блоку специальных дисциплин, читаемых для студентов направления подготовки бакалавра 200600 ФОТОНИКА И ОПТОИНФОРМАТИКА, и является региональной компонентой ГОС.

Цель преподавания дисциплины состоит в подготовке студентов в области физических принципов функционирования, типовых схем построения, технологии изготовления современных волоконно-оптических и интегрально-оптических элементов и устройств.

Основной задачей дисциплины является изучение фундаментальных положений оптики диэлектрических волноводов, методов модуляции параметров световых волн в волоконно-оптических элементах, особенностей проявления нелинейно-оптических эффектов в волоконных световодах, методов изготовления волоконных световодов, основных принципов построения волоконно-оптических устройств и приборов.

В результате изучения дисциплины студенты получат знания, имеющие не только самостоятельное значение, но и являющиеся фундаментом для практической работы специалистов в области проектирования, технологии и эксплуатации волоконно-оптических элементов, устройств и приборов.

1.2. Требования к уровню освоения дисциплины Студенты должны:

- знать основные законы и соотношения волновой оптики и оптики направляющих диэлектрических структур;

- знать основы технологии производства волоконно-оптических световодов и световодных элементов;

- знать основы физики взаимодействия света со средой и основы нелинейной оптики в приложении к оптическим направляющим структурам;

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

1.3. Перечень обеспечивающих дисциплин Данная дисциплина базируется на знаниях, полученных студентами в процессе изучения дисциплин: «Оптическая физика», «Основы фотоники», «Оптическое материаловедение», «Когерентная и нелинейная оптика», «Физические основы квантовой и оптической электроники».

1.4. Объем дисциплины и виды учебной работы.

1.5. Разделы дисциплины и виды занятий Волоконные световоды Методы изготовления волоконных Нелинейно-оптические эффекты в волоконных световодах Волоконно-оптические датчики Волоконно-оптические лазеры 2.1. Введение - 1 час.

Цель и содержание курса, его связь с другими дисциплинами, историческая справка о возникновении и развитии волоконной оптики, основная и дополнительная литература.

2.2. Основные соотношения для описания плоских световых волн и световых пучков – 3 часа.

Система уравнений электромагнитного поля для диэлектрической среды. Волновое уравнение. Структура поля плоской световой волны в безграничной среде. Поляризация света. Поляризационные элементы.

Отражение света от плоской границы. Полное внутреннее отражение света.

Параболическое уравнение теории дифракции. Гауссов световой пучок.

Методические указания.

Этот раздел является вводным. Он напоминает основные соотношения оптики световых волн и пучков, необходимые при изучении последующего материала. Рекомендуемая литература – [2, 1д].

2.3. Волоконные световоды – 10 часов.

Планарный оптический волновод, моды и дисперсионное уравнение планарного волновода. Волоконные световоды, скалярное волновое уравнение, поля мод для световода со ступенчатым профилем показателя преломления, лучевая модель. Числовая апертура и число мод волоконного световода. Дисперсия: материальная и модовая дисперсия, искажения импульса в волоконном световоде. Механизмы потерь света в волоконных световодах: потери на рассеяние, поглощение, потери на микроизгибах и макроизгибах. Типы волоконных световодов: многомодовые, одномодовые;

световоды со ступенчатым и градиентным профилем показателя преломления; световоды с двойным лучепреломлением; фотоннокристаллические световоды. Кварцевые, некварцевые и полимерные волоконные световоды, особенности физических свойств и характеристик световодов для волоконно-оптических устройств и приборов разного назначения.

Методические указания.

Материал данного раздела лучше изучать, используя [1, 3, 2д, 3д].

2.4. Волоконно-оптические элементы - 4 час.

Волоконно-оптические соединители и разветвители, волоконнооптические поляризаторы и деполяризаторы, волоконно-оптические разъемы, волоконно-оптические брэгговские и длиннопериодные решетки.

Методические указания.

Данный раздел посвящен знакомству с пассивными волоконнооптическими элементами. Его материал изложен в учебных пособиях и книгах [1, 3, 2д].

2.5. Методы изготовления волоконных световодов и волоконнооптических элементов – 5 часов Основные материалы волоконной оптики: стекла, кристаллические и полимерные материалы. Подготовка заготовок для производства волоконных световодов; вытягивание оптического волокна.

Методические указания.

Материал данного раздела лучше изучать, используя [1, 3, 2д].

2.6. Нелинейно-оптические эффекты в волоконных световодах - 6 часов Поляризация диэлектрика в электрическом поле. Среды с квадратичной и кубичной оптической нелинейностью – возможные нелинейно-оптические эффекты в таких средах. Уравнение нелинейных волн. Нелинейно оптические материалы. Генерация второй гармоники. Самомодуляция.

Самовоздействие световых пучков в нелинейной среде. Временные и пространственные оптические солитоны. Вынужденное комбинационное рассеяние и вынужденное рассеяние Мандельштама - Бриллюэна. Оптические солитоны в волоконном световоде. Эффекты генерации суперконтинуума в фотонно-кристаллических волоконных световодах.

Методические указания.

При изучении материала данного раздела необходимо обратить особое внимание на физическую суть рассматриваемых эффектов и особенности их проявления в направляющих структурах - волоконных световодах. Его лучше изучать, используя [2, 1д - 4д].

2.6. Волоконно-оптические датчики - 6 часов Классификация волоконно-оптических датчиков по назначению волоконно-оптического тракта и методам модуляции оптического излучения.

Датчики амплитудного типа для измерения температуры, механических величин, концентрации химических веществ. Датчики поляризационного типа для измерения характеристик магнитного поля, электрического поля, давления и ускорения. Интерферометрические волоконно-оптические датчики. Датчики на основе волоконно-оптических брэгговских решеток.

Интегрально-оптические датчики.

Методические указания.

При изучении материала данного раздела необходимо обратить особое внимание на физические принципы построения волоконно-оптических датчиков разного назначения и современное состояние в данной области. Его лучше изучать, используя [3, 2д].

2.7. Волоконно-оптические лазеры - 4 часа Активные волоконные световоды. Преимущества волоконнооптических лазеров. Волоконно-оптические лазеры: типовые схемы, характеристики, области применения. Рамановские волоконно-оптические лазеры: принцип работы, характеристики, области использования и перспективы.

Методические указания.

В данном разделе необходимо обратить внимание на различие подходов при построении волоконно-оптических лазеров разного назначения Его лучше изучать, используя [3].

3. Лабораторный практикум (13 часов) п.п. раздела Исследование планарных оптических волноводов, оптически индуцированных в фоторефрактивном Исследование эффективности ввода света в волоконный Исследование волоконно-оптического датчика микроперемещений на основе полимерного оптического 4. Самостоятельная работа (28 часов) 6. Контроль освоения дисциплины Контроль осуществляется применением рейтинговой системы оценки успеваемости (см. раздел 7) и включает текущий контроль выполнения элементов объема дисциплины по элементам контроля с определением текущего рейтинга.

Итоговый контроль освоения дисциплины осуществляется при сдаче студентами зачета. Для получения допуска к зачету необходим рейтинг больший или равный 50. Итоговый рейтинг по дисциплине учитывает активность студентов в выполнении творческих заданий в виде докладовпрезентаций по избранным темам и результаты индивидуального собеседования с лектором в рамках коллоквиума.

7. Применение рейтинговой системы Таблица распределения рейтинга по элементам контроля в 8 семестре 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 1. Оптические бистабильные элементы 2. Оптические солитоны в фотонно-кристаллических волоконных световодах 3. Перемещение материальных частиц лазерным лучом (оптический пинцет) 4. Применение волоконных лазеров в медицине 7. Сверхмощные волоконно – оптические лазеры 5. Современные твердотельные лазеры с умножением частоты 6. Интегрально-оптические элементы в системах оптической связи 7. Лазерные системы в технологии и обработке материалов 8. Рамановские лазеры 8. Учебно - методическое обеспечение Учебно-методическое обеспечение дисциплины «Волоконная оптика (по выбору)» для подготовки бакалавров по направлению 200600 Фотоника и оптоинформатика находится на уровне, соответствующем нормативным требованиям. В процессе обучения следует пользоваться учебниками и учебными пособиями [1 - 3]. Для углубленного изучения дисциплины можно пользоваться книгами [1д – 4д].

9. Рекомендуемая литература 9.1.Литература основная 1. Фриман, Роджер. Волоконно-оптические системы связи : Пер. с англ. / Р.

Фриман ; ред. пер. Н. Н. Слепов. - 3-е изд., доп. - М. : Техносфера, 2006. с. : ил., табл. - (Мир связи ; IX-03). (14) 2. В.М. Шандаров. Основы физической и квантовой оптики. – Томск: Томск.

гос. Ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2005. – 258 с. (20) 3. 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) 9.2.Литература дополнительная 1д. А.Ярив, П.Юх. Оптические волны в кристаллах. - М.: Мир, 1987. - 616 с.

2д. Ю.Н.Кульчин. Распределенные волоконно – оптические измерительные системы. – М.: Физматлит, 2001 г., 272 с.

3д. Гончаренко, Андрей Маркович. Основы теории оптических волноводов / А. М. Гончаренко, В. А. Карпенко. - 2-е изд., испр.. - М. : Едиториал УРСС, 2004. - 236[4] с. : ил. - Библиогр.: с. 6-7. - Библиогр. в конце глав. - ISBN 5р.

4д. Фоторефрактивные эффекты в электрооптических кристаллах :

монография / С. М. Шандаров [и др.] ; Федеральное агентство по образованию, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - Томск : ТУСУР, 2007. - 241[1] с.