Программа вступительного экзамена в магистратуру по направлению 200600 «Фотоника и оптоинформатика»



жүктеу 80.8 Kb.
Дата29.08.2018
өлшемі80.8 Kb.
түріПрограмма

Программа

вступительного экзамена в магистратуру по направлению

200600 «Фотоника и оптоинформатика»
«Основы фотоники»

Данная программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 200600 «Фотоника и оптоинформатика», а также в соответствии с методическими рекомендациями УМС по направлению подготовки «Фотоника и оптоинформатика» УМО по образованию в области приборостроения и оптотехники.

Программа определяет уровень, необходимый для последующего обучения в магистратуре Томского государственного университета по направлению 200600 «Фотоника и оптоинформатика».

ОСНОВЫ ФОТОНИКИ


  1. Классификация, параметры, характеристики и области применения фотоприемников.

Типы фотоприемников. Фотонный эффект: внутренний и внешний. Тепловой эффект. Эффект волнового взаимодействия Типы фотонных эффектов: фотопроводимость: собственная и примесная. Фотопроводимость в СВЧ электрическом поле. Фотогальванический эффект: p-n переход, лавинно-пролетный диод, р-i-n-структура, барьеры Шоттки, гетеропереходы, МДП-структуры, квантовые ямы и сверхрешетки, фототранзистор, фоторезистор, структуры на объемном фотогальваническом эффекте. Фотоэлектромагнитный эффект, эффект Дембера. Фотоэффекты на основе эффекта поглощения свободными носителями. Фотонное увлечение носителей заряда, болометр на горячих носителях, детектор Патли. Эффекты преобразования в видимый свет: ИК квантовый преобразователь, фосфоры, фотопленки. Внешний фотоэффект. Фотокатоды: металлические, полупроводниковые с отрицательным и положительный сродством к электрону. Фотоумножители: динодные, газонаполненные, многоканальные. Оптроны. Внутренний фотоэмиссионный эффект. Фотодиодные приемники.

Тепловые эффекты. Болометрический эффект: термисторы, металлические болометры, сверхпроводящие болометры, сверхиндукционные болометры, криогенные болометры. Пироэлектрический эффект: пироприемники. Термоэлектрический эффект: термопары. Приемник Голея, газонаполненный конденсорный микрофон. Пиромагнитный эффект. Эффект Нернста. Жидкие кристаллы. Приемник на температурной зависимости края поглощения. Эффекты волнового взаимодействия. Оптический гетеродинный прием, оптические параметрические эффекты. Фотоэффект на переходах Джозефсона. Структуры типа металл-диэлектрик-металл.

Основные параметры и характеристики приемников излучения. Чувствительность, спектральная характеристика, частотная характеристика, инерционность, световая характеристика, квантовая эффективность, угол зрения. Пороговые характеристики: пороговая мощность, эквивалентная мощность шума, обнаружительная способность, удельная эквивалентная мощность шума. Сравнения характеристик различных типов фотоприемников.

Шумы приемников излучения. Собственные шумы: генерационно-рекомбинационные, дробовые, тепловые, избыточные, шумы предусилителя. Шумы фотоэмиссионный и тепловых приемников. Шумы приемников в режиме ограничения флуктуациями фонового излучения и сигнального излучения. Обнаружительная способность фотоприемника при различных режимах ограничения чувствительности.

Области применения приемников излучения. Системы тепловидения, теплопеленгации, радиометрии, обнаружения, дальнометрии.


  1. Основные типы фотонных приемников.

Фотоэмиссионные детекторы. Фотоэмиссионные процессы. Пороговые характеристики. Типы фотоэмиссионный приемников.

Фоторезисторные приемники. Фотопроводимость полупроводников. Монополярная и биполярная фотопроводимость. Собственный фоторезистор. Коэффициент усиления, спектральная плотность шумов, сигнальная и шумовая характеристики. Условия достижения предельной фоточувствительности. Частотная характеристика. Пороговые характеристики. Примесной фоторезистор. Коэффициент усиления, спектральная плотность шумов. Сигнальная и шумовая характеристики. Частотная характеристика. Пороговые характеристики. Оптимальные параметры примесного фоторезистора, квантовая эффективность. Фоторезисторы с СВЧ смещением: коэффициент усиления, шумы. Одноканальные ФПУ на основе фоторезисторов. Блок-схема ФПУ, схемы предусилителей, автоматическое регулирование усиления. Элементы практического расчета параметров ФПУ. Эквивалентные схемы замещения. Выходные параметры.

Фотодиодные приемники. Основные параметры, пороговые характеристики. PIN-фотодиоды. Инерционность, частотная характеристика, квантовая эффективность. Фотодиод на барьерах Шоттки. Инерционность, спектральные характеристики. Лавинные фотодиоды. Переходная характеристика, шумы, особенности характеристик. Фотоприемные устройства на фотодиодах.

Фотоприемники на множественных квантовых ямах и сверхрешетках. Принципы размерного квантования, плотности состояний в квантово-размерных структурах. Ситтема электронных переходов и оптическое поглощение в квантовых ямах и сверхрешетках. Конструкции фотодетекторов на множественных квантовых ямах и сверхрешетках. Элементы оптической связи. Характеристики фотодетекторов на квантоворазмерных структурах.



  1. Тепловые и пироэлектрические приемники. Тепловые характеристики. Фоточувствительность, постоянная времени. Пороговые характеристики. Рабочая температура, спектральная характеристика. Термоэлектрические приемники. Термопары. Болометры. Дополнительные шумы тепловых приемников. Пироэлектрические приемники. Чувствительность, шумы, эквивалентная схема приемника.

  2. Многоэлементные и координатные приемники. Схемы включения. ИК приемники изображения на приборах с переносом заряда. Основные принципы рботы. Характеристики МДП-структур: идеальная и реальная. Вольтфарадная характеристика, эквивалентные схемы. Особенности характеристик реальных МДП-структур. Фотоприемники на МДП-элементах. Эквивалентная схема, пороговые характеристики, сигнальная и шумовая характеристики. Импульсный режим работы фотоприемников на МДП-структурах. Время накопления, шумовые токи, эффективность переноса. Режим накопления сигнала. Приборы с зарядовой связью. Принципы переноса заряда. Схема формирования видеосигнала на линейке и матрице МДП-структур. Способы повышения эффективности переноса заряда. ПЗС со скрытым каналом, приборы с инжекцией заряда (ПЗИ). Шумы ПЗС-приемника. СЧитывание заряда в ПЗС-приемнике.

Типы приемников ИК изображения. Методы последовательно-параллельного сканирования: фоточувствительный ИК ПЗС, гибридная матрица, монолитная матрица, ИК ПЗИ, примесный ПЗИ. Режим временной задержки и накопления сигнала. Потери при переносе заряда. Считывание сигнала в ПЗИ приемнике. Ограничения на предельные параметры ПЗИ приемников изображения. Детекторы типа СПРАЙТ - приемники с накоплением заряда. Координатные фотоприемники.

5. Тепловые излучатели. Черное тело и его модели. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, смещения Вина, Ламберта, Планка. Расчет спектральной плотности энергетической светимости черного тела. Расчет излучения черного тела в заданном спектральном интервале. Свойства излучения нечерных тел.

6. Когерентные источники излучения

Твердотельные лазеры. Активная среда, способ создания инверсной заселенности, принципиальные особенности. Лазер на стекле с неодимом. Лазер на рубине. Атомные лазеры. Строение атома. Атомные орбитали. Квантовые числа электрона. Сложение векторных моментов в атоме. Типы связей Электронные конфигурации атомов. Идентификация уровней. Молекулярные лазеры. Основные типы движений в молекулах. Электронные, колебательные и вращательные уровни. Идентификация уровней Оптические переходы в молекулах. Разрешенные и запрещенные переходы. Элементы теории групп для анализа симметрии перехода. Вероятность переходов.



Лазер на углекислом газе. Принципы возбуждения. Технические решения и особенности конструкций СО2 лазеров (продольная, поперечная накачка, газодинамический лазер). Лазер на оксиде углерода как пример ангармонической накачки и каскадного излучения.

Эксимерные лазеры Кривые потенциальной энергии в верхних и нижних состояниях. Галогениды инертных газов. Состояние с переносом заряда. Лазеры на красителях. Энергетическая структура молекулы красителя. Синглет – триплетная конверсия.


7. Физические процессы в полупроводниковых лазерах и светодиодах. Поглощение света полупроводниками Собственное поглощение света. Зависимость края собственного поглощения от внешних факторов. Прямые и непрямые переходы. Поглощение света свободными носителями заряда. Эффект фотонного увлечения. Примесное поглощение света. Влияние уровня легирования на спектр поглощения полупроводников. Связь спектров поглощения и излучения. Теория Ван Русбрека-Шокли. Излучательные и безизлучательные переходы. Способы возбуждения люминесценции в полупроводниках. Инжекционные светодиоды: параметры и характеристики, основные конструкции. Источники излучения для ВОЛС. Светодиод Барраса. Способы повышения эффективности светоизлучающих приборов. Проблемы деградации. Инжекционные лазеры. Полупроводниковые лазеры с оптической и электронной накачкой.

Литература

    1. А. Рогальский. ИК детекторы. Перевод с английского под ред. А.В. Войцеховского. Новосибирск: Наука, 2003 г.

    2. А.С. Петров. Основы приема оптических сигналов. ТГУ, Томск, 1982.

    3. Фотоприемники видимого и ИК диапазонов. Под ред. Р. Дж. Киеса. М. Радио и связь, 1985.

    4. И.Д. Анисимов, И.М. Викулин, Ф.А. Заитов, М.Д. Курмашев. Полупроводниковые фотоприемники: УФ, видимый и ближний ИК диапазон спектра. М. Радио и связь, 1984.

    5. С. Зи. Физика полупроводниковых приборов, Т. 1, 2, М. "Мир", 1984

    6. Техника оптической связи. Фотоприемники. Под ред. У. Тсанга. М. "Мир", 1988.

    7. П.А. Богомолов, В.И. Сидоров, И.Ф. Усольцев. Приемные устройства ИК-систем. М. Радио и связь, 1987.

    8. М.Д. Аксеенко, М.Л. Баранчиков, О.В. Смолин. Микрофотоэлектронные приемные устройства. М. "Энергоатомиздат", 1984.

    9. А.В. Войцеховский, В.Н. Давыдов. Фотоэлектрические МДП-структуры на узкозонных полупроводниках. Томск: М. Радио и связь, 1990.

    10. Ю.Р. Носов, В.А. Шилин. Основы физики приборов с зарядовой связью, М. Наука, 1986.

    11. Приборы с зарядовой связью. Под ред. Д.Ф. Барба, М. Мир, 1982.

    12. Войцеховский А. В., Петров А.С., Потахова Г.И. Оптика полупроводников: Учеб. Пособие.- Томск: Изд-во Томск. Ун-та, 1987.

    13. Чувашев С.Н., Протасов Ю.С. Твердотельная электроника. – М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003.

    14. Берг А., Дин П. Светодиоды.- М.: Мир, 1979.

    15. Физика полупроводниковых лазеров. / Под ред. Х. Такумы. - М.: Мир, 1989. 310 с.

    16. Коган Л.М. Полупроводниковые светоизлучающие диоды.- М.: Энергоатомиздат, 1983.

    17. Источники и приемники излучения. Учебное пособие для студентов оптических специальностей вузов /Г.Г.Ишанин, Э.Д.Панков, А.Л.Андреев, Г.В.Польщиков. - СПб.: Политехника, 1991.

    18. О.Звелто. Принципы лазеров. М., Мир,1984.

    19. Войцеховская О.К. Теоретические вопросы физики лазеров.2-е изд. - Томск: ИД «СКК-Пресс», 2006. - 252 с.

    20. Пойзнер Б.Н. Физические основы лазерной техники. 2-е изд. - Томск: ИД «СКК-Пресс», 2006. - 210 с.



Вопросы билетов

  1. Пороговые характеристики фоторезисторного приемника на собственном фотоэффекте.

  2. Шумы фотоприемников оптического диапазона.

  3. Режим работы ФПУ при ограничении флуктуациями сигнала.

  4. Пороговые характеристики фотодиодного приемника.

  5. Режим работы ФПУ при ограничении флуктуациями фонового излучения.

  6. Фотоприемники на болометрическом эффекте.

  7. Принцип работы ПЗИ-приемника излучения.

  8. Типы фотоэмиссионных приемников.

  9. Параметры пироэлектрического приемника.

  10. Расчет характеристик тепловых приемников. (Общий подход)

  11. Приемники на термоэлектрическом эффекте.

  12. Характеристики болометрического приемника излучения.

  13. Причины деградации инжекционных лазеров и светодиодов.

  14. Преимущества гетероструктур в инжекционных излучателях.

  15. Основные причины потерь в светоизлучающих приборах и способы их уменьшения.

  16. Преимущества и недостатки полупроводниковых светодиодов.

  17. Преимущества и недостатки полупроводниковых лазеров.

  18. Законы излучения абсолютно черного тела.

  19. Вынужденное и спонтанное излучение.

  20. Методы создания инверсной заселенности.

  21. Принципы генерации лазера на азоте.

  22. Принципы генерации лазера на красителях.

  23. Принципы генерации лазера на эксимерах.

  24. Принципы генерации лазера на углекислом газе.

  25. Принципы генерации лазера на стекле с неодимом.

  26. Принципы генерации лазера на парах металлов.

  27. Принципы генерации лазера на рубине.



Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет