ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

(ГОУ ВПО «СГГА»)

Программа утверждена

решением Ученого совета ГОУ ВПО «СГГА»

от «_» _ 20 г.

протокол № _ ректор _ А.П. Карпик

ПРОГРАММА

вступительного экзамена в аспирантуру по научной специальности «Оптика» – 01.01.05 Новосибирск Программа составлена на кафедре оптических приборов ГОУ ВПО «СГГА»

Заведующий кафедрой оптических приборов, канд.технич.наук _ О.К. Ушаков Настоящая программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности «Оптика» – 01.04.05 отражает современное состояние оптики, приборостроения и информационно-измерительных систем и включает их важнейшие разделы, знание которых необходимо высококвалифицированному специалисту, выполняющему в рамках подготовки диссертации научно-исследовательскую работу, содержащую новое решение актуальной научной задачи.

Экзаменующийся по специальности должен продемонстрировать высокий уровень теоретической и экспериментальной подготовки, знание общих физических концепций, методологических основ, истории возникновения и развития данной специальности, глубокое понимание основных разделов науки и техники по специальности «Оптика» – 01.04. Экзаменующийся также должен показать умение применять полученные знания для решения исследовательских и прикладных задач, для проведения необходимых инженерно-технических расчетов и оптимизации конструкции и технологии создания соответствующих приборов.

В основу программы положены следующие вузовские дисциплины: «Основы оптики», «Прикладная оптика», «Оптические измерения», «Оптико-электронные системы», «Системы оптотехники» и др.

ВВЕДЕНИЕ

Роль оптических и оптико-электронных приборов и комплексов в развитие науки и техники. Философские концепции развития современной оптики. Краткий исторический обзор развития оптики и оптико-электронного приборостроения.

Перспективы и тенденции развития оптики, оптических оптико-электронных приборов и комплексов.

1. ФИЗИЧЕСКАЯ ОПТИКА

Материальность света, зависимость свойств излучения от его количественных характеристик, единства противоречивых свойств света. Методы получения поляризованного света и его анализ. Тепловое излучение. Законы теплового излучения – Планка, Вина, Релея-Джинса, Стефана-Больцмана, Кирхгофа и Голицына-Вина. Излучение реальных источников. Нелинейные оптические явления.

Поляризация света. Вектор-параметрическое представление прохождения поляризованного излучения через оптические системы и среды. Вектор-параметр Стокса и матрица Мюллера. Описание интерференционных явлений и их использование. Тип интерференционных систем. Интерференционные и интерференционно-поляризационные устройства и приборы. Дифракция света.

Использование дифракционных и поляризационных явлений в оптических устройствах. Основы голографии.

2. ПРИКЛАДНАЯ ОПТИКА

Основные соотношения используемые при светоэнергетических расчетах оптических систем. Обобщенный закон Лагранжа - Гельмгольца. Инвариант Штраубеля. Основные расчетные формулы идеальной оптической системы и оптики параксиальных и нулевых лучей. Ограничение пучков в оптических системах.

Передача перспективы оптическими системами. Освещенность изображения. Яркость изображений предметов, наблюдаемых через оптическую систему.

Основные задачи, решаемые при габаритном расчете оптических систем.

Технические условия расчета оптической системы. Габаритный расчет и светоэнергетический расчет основных типов оптических систем: лупы и микроскопа, телескопической системы, фотографического объектива, объективов телевизионных систем, фотоэлектрических систем, проекционных систем, оптических систем для оптических квантовых генераторов и голографических приборов, анаморфных систем.

Монохроматические аберрации. Гауссова теория изображения и эйконелы.

Аберрации III порядка. Сферическая аберрация; кома. Условие синусов и изопланатизма; астигматизма и кривизна поля; дисторсия. Аберрация высших порядков. Преобразование сумм Зейделя. Выражение сумм Зейделя для оптической системы, состоящей из тонких компонентов. Применение асферических поверхностей в оптических системах.

Основные методы аберрационного расчета оптических систем. Выбор аберраций, подлежащих исправлению. Методы автоматического расчета оптических систем. Универсальные методы автоматического расчета и их различные модификации. Проблемы и перспективы автоматизации расчетов.

Аберрационный расчет основных типов оптических систем: объектив зрительной трубы, микрообъектив, окуляр. Телескопическая система и микроскоп, фотокинообъектив, проекционный объектив, панкратическая система, осветительная система и т.д.

Геометрические и волновые аберрации. Оценка состояния коррекции оптической системы в линейной и угловой диоптрийной мере. Вычисление оптической передаточной функции (ОПФ).

оптических системах. Изображение как свертка яркости предмета и ОПФ оптической системы. Преобразование Фурье в теории изображений.

Современные программы автоматизированного расчета оптических съемочных систем.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Основные термины и определения в измерительной технике (ГОСТ 16263-70):

измерение, физическая величина (параметр сигнала), размер физической величины, единицы физической величины, основные и производные единицы физических величин, значение физической величины, истинное и действительное значение физической величины, результат измерения, точность результата измерения и погрешность измерения.

Средства измерения (СИ) и их основные характеристики. Нормируемые метрологические характеристики СИ (ГОСТ 8.099-72):метрологические характеристики, способы нормирования и формы представления метрологических сравниваемых с нормированными значениями характеристик при контроле.

Классификация погрешностей СИ по: способу выражения, характеру проявления, зависимости от значения измеряемой величины, причине и условиям возникновения.

Классы точности СИ: общие положения, способы нормирования и формы выражения метрологических характеристик, обозначение классов точности. Нормирование и определение динамических характеристик аналоговых СИ: классификация динамических характеристик, формы проявления и способы нормирования динамических характеристик, основные требования к методам экспериментального определения динамических характеристик.

Погрешность измерений. Обработка прямых измерений. Систематизация окончательной записи погрешности измерения. Способы описания случайных погрешностей. Методы обработки результатов наблюдений в случае прямых измерений с многократными наблюдениями (ГОСТ 8.207-76): общие положения, результат измерения и оценка его среднего квадратического отклонения, доверительные границы не исключенной систематической погрешности результата измерений, граница погрешности результата измерений, форма записи результата измерений. Систематические погрешности измерений и их классификация. Методы борьбы с систематическими погрешностями. Оценка систематической погрешности результата измерений по ее составляющим. Показатели точности измерений и формы представления результатов измерений.

4. ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Теория ошибок и ее применение в оптических измерениях. Методы и приборы для измерения и контроля основных характеристик оптических материалов.

Проблемные вопросы: повышение точности измерений показателя преломления, контроль оптической однородности заготовок стекла большого диаметра (свыше мм), контроль качества, используемых в невидимых областях спектра.

Методы и приборы для контроля формы плоских, сферических и асферических поверхностей. Неравноплечие интерферометров для контроля формы сферических и асферических поверхностей. Теневой метод Фуко и его развитие Д.Д. Максутовым и М. Фильбергом. Компенсационный метод контроля асферических поверхностей и линз, выпуклых сферических поверхностей линз большого диаметра (свыше 400 мм).

Метод Гартмана и его применение для контроля астрономических зеркал.

Интерференционные методы контроля астрономических зеркал.

Методы и приборы для измерения и контроля преломляющих углов клиньев и призм, клиновидности и плоскопараллельных пластинок, толщин тонких слоев.

Контроль децентровки линз и склеенных блоков линз.

Измерение и контроль основных характеристик оптических приборов.

Измерение фокусных расстояний в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра. Измерение и контроль коэффициентов светорассеяния, светопропускания и распределения освещенности по полю изображения фотографических объективов.

Определение цветопередачи объективов.

Контроль качества оптических приборов. Методы и приборы для измерения параметров, характеризующих качество объективов (функции рассеяния, пограничной кривой, оптической передаточной функции). Геометрические и интерференционные методы измерения аберраций.

Фотометрия, ее принципы и основные типы фотометров.

Методы измерения мощности, временных и частотных характеристик излучения оптических квантовых генераторов.

5. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ

В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ И СИСТЕМАХ

Пространственное, временное, пространственно-частотное и частотновременное представление сигналов с помощью рядов и интегралов Фурье.

Многомерные оптические сигналы, теорема Котельникова. Вероятностное описание случайных оптических фонов. Их корреляционные функции и пространственные спектры. Модели оптических фонов. Методы анализа линейных систем.

Пространственно-частотный анализ оптических систем. Преобразование сигналов нелинейными оптическими элементами.

Пространственно-передаточная функция анализатора изображения.

Модель приемника излучения. Пространственная передаточная функция и частотная характеристика приемника излучения. Спектр сигналов на выходе приемника излучения.

Методика расчета отношения сигнал/шум на выходе оптико-электронного прибора.

Оптическая фильтрация в оптико-электронных системах. Спектральная, пространственная и поляризационная фильтрация в оптико-электронных системах.

Методы выделения сигналов в оптико-электронных приборах. Оптимальная пространственная фильтрация при когерентном и некогерентном освещениях. Сигнал и помеха на выходе оптимального фильтра. Вероятность обнаружения оптического сигнала на фоне помех. Синтез оптимальных фильтров.

Математические операции, осуществляемые с помощью оптических систем.

Оптические анализаторы спектра. Оптические корреляторы.

6. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ

Исследование взаимодействия излучения с веществом методом кинетических уравнений и методами, основанными на теории взаимодействия. Методы создания инверсной населенности в уровневых средах. Физико-химические свойства активных сред оптических квантовых генераторов (ОГК) и усилителей (ОКУ). Методы расчета и исследования оптических резонаторов.

Теоретические и экспериментальные методы исследования переходных и стационарных процессов в ОКГ. Методы расчета ОКГ по заданным характеристикам выходного излучения. Методы проектирования и расчета ОКГ и ОКУ по заданным техническим характеристикам оптико-электронных приборов, в которых применяются ОКГ и ОКУ. Методы создания ОКГ со стабилизированными параметрами.

7. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

Оптико-электронные приборы и системы (ОЭПиС) – перспективное средство автоматизации процессов контроля и управления в науке и технике. Новейшие сверхбыстродействующих вычислительных машин. Энергетический расчет оптикоэлектронных приборов и комплексов. Специфика энергетического расчета конкретных классов ОЭПиС: ПНВ, тапловизоров, дальнометров, локаторов, ОЭ радиометров.

Методы кардинального повышения качества ОЭПиС: точности, автоматизации, применения, технологичности в автоматизированном производстве, возможности быстрой разработки и выпуска на базе применения модульных серийных элементов и семейств типовых приборов. Методы учета влияния условий эксплуатации приборов на заводах, в медицинских учреждениях, в атмосфере, в космосе, на местности, под водой на технические характеристики ОЭПиС.

Методы разработки и освоения в производстве ОЭПиС, как системы на базе приемов системотехники и автоматизированного проектирования.

Использование в оптико-электронном приборостроении на всех этапах системотехники новейших достижений в области квантовой электроники оптического диапазона; оптической голографии, Фурье-оптики, теории преобразования оптических сигналов, разработки и создания приемников излучения, асферических оптических систем не поглощающих носителей оптической информации, оптических оптического производства, применения компьютерной техники.

Вопросы специальной технологии оптических деталей, сборки и выверки, экономической эффективности и охраны труда в производстве оптико-электронных приборов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дубовик А.С., Апенко М.И., Дурейко Г.В. и др. Прикладная оптика. - М.:

Недра, 1982.

2. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. – М.: Наука, 1970.

3. Вычислительная оптика: Справочник / М.М. Русинов, А.П. Грамматин и др. – Л.: Машиностроение, 1984.

4. Гуревич М.М. Фотометрия. – Л.: Энергоатомиздат, 1983.

5. Елизаренко А.С., Соломатин Б.А., Якушенков Ю. Г. Оптико-электронные системы в исследовании природных ресурсов. – М.: Недра, 1984.

6. Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем. – М.:

Машиностроение, 1992.

7. Заказнов Н.П., Горелик В.В. Изготовление асферической оптики. – М.:

Машиностроение, 1978.

8. Креопалова Г.В., Пуряев Д.Т. Исследование и контроль оптических систем. – М.: Машиностроение, 1987.

9. Климков Ю.М. Основы расчета оптико-электронных приборов с лазерами. – М.: Сов. Радио, 1978.

10. Кривовяз Л.М., Пуряев Д.Т., Знаменская М.А. Практика оптической измерительной лаборатории. – М.: Машиностроение, 1974.

11. Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. – М.:Сов. Радио, 1987.

12. Лазарев Л. П. Оптико-электронные приборы наведения летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 1984.

13. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. – М.: Машиностроение, 1983.

Машиностроение, 1974.

15. Основополагающие стандарты в области метрологического обеспечения.

– М.: Изд-во стандартов, 1981.

16. Проектирование оптических систем. Пер. с англ./Под ред. Р. Шенона.

Дж. Вайанто. – М.: Мир, 17. Проектирование спектральной аппаратуры / Под ред. К.И. Тарасова. - Л.:

Машиностроение, 1980.

18. Русинов М.М. Техническая оптика. – Л.: Машиностроение, 1979.

19. Справочник технолога-оптика / И. Я. Бубле, В.А. Вейденбах, И.И.

Духопел и др. – Л.: Машиностроение, 1983.

20. Технология оптических деталей / Под ред. М.Н. Семибратова. – М.:

Машиностроение, 1978.

21. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. – М.:

Логос, 2004. – 480 с.

22. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. ИК системы «смотрящего» типа. М.:

Логос, 2004. – 444 с.

23. Джерард А., Берч Дж. М. Введение в матричную оптику. М.: Мир, 1978.

24. Тымкул В.М., Тымкул Л.В. Оптико-электронные приборы и системы.

Теория и методы энергетического расчета. Новосибирск, СГГА, 2005, 215 с.