1 Загальні відомості

Курс «Квантова електроніка» є професійно-орієнтованою дисципліною освітньо-професійної програми базової вищої освіти (бакалавр) по професійному напряму - 0908 - «Електроніка». Вивчення дисципліни базується на знаннях, придбаних студентами в ході вивчення наступних дисциплін: спеціальні розділи фізики (квантова механіка, статистична фізика, фізика твердого тіла, теорія поля), вакуумна і плазмова електроніка, твердотіла електроніка.

При вивченні курсу студенти набувають необхідних знань про методи посилення і генерації електромагнітного випромінювання шляхом використання ефекту індукованого випромінювання в квантових системах, принципі дії і пристрої квантових приладів, а також про їх застосування.

Курс «Квантової електроніки» розглядає наступні теми:

Тема 1. Вступ. Історія розвитку квантової електроніки і оптоелектроніки. Основні поняття і визначення, особливості в квантовій електроніці.

Тема 2. Поняття про квантові системи та квантові переходи. Спонтанне і вимушене випромінювання. Коефіцієнти Ейнштейна та зв’язок між ними.

Тема 3. Поняття про дипольне випромінювання. Дозволені та заборонені переходи.

Тема 4. Уширення спектральних ліній. Поняття про однорідне і неоднорідне розширення. Розсіювання світла та двох фотонне поглинання.

Тема 5. Поняття про інверсну населеність. Показники підсилення та поглинання. Методи здійснення інверсної населеності.

Тема 6. Принципи роботи квантових підсилювачів та генераторів. Збудження активної речовини (накачка). Схеми роботи квантових підсилювачів і генераторів.

Тема 7. Основні поняття про оптичні резонатори в електроніці. Добротність резонатора. Поняття про моди резонатора. Втрати резонатора.

Тема 8. Типи резонаторів. Плоскопаралельний резонатор. Конфокальний резонатор. Діаграма умови стійкості оптичних резонаторів.

Тема 9. Генерація випромінювання в оптичних квантових генераторах. Умова самозбудження і насичення. Модуляція добротності лазера.

Тема 10. Властивості лазерного випромінювання. Монохроматичність, корегентність, спрямованість, яскравість. Особливості лазерного випромінювання.

Тема 11. Принцип роботи квантових приладів. Газові лазери. Основні характеристики газових лазерів. Види газових лазерів.

Тема 12. Твердотілі лазери. Загальна характеристика твердотілих лазерів. Рубіновий лазер. Лазер на іонах неодиму.

Тема 13. Напівпровідникові лазери. Загальна характеристика, принцип дії напівпровідникових лазерів.

Тема 14. Різновиди лазерів.

Тема 15. Лазери у зв’язку, у локації, у промисловості, в медицині. Міри безпеки при роботі з квантовими приладами.

При вивченні курсу рекомендується користуватися підручниками і навчальними посібниками, випущеними останніми роками.

Перелік рекомендованої літератури приведений нижче.

Вивчаючи курс необхідно скласти конспект, в який корисно виписувати основні закони, визначення і формули, він допоможе при виконанні домашніх завдань, при підготовці до практичних занять і іспиту.

Однією з форм вивчення даного курсу є проведення практичних занять.

На практичні заняття виносяться наступні теми:

1. Квантові системи та квантові переходи. Спонтанне і вимушене випромінювання. Коефіцієнти Ейнштейн.

2. Дипольне випромінювання. Дозволені та заборонені переходи.

3. Уширення спектральних ліній. Поняття про однорідне і неоднорідне розширення. Розсіювання світла та двох фотонне поглинання.

4. Поняття про інверсну населеність. Методи здійснення інверсної населеності.

5. Принципи роботи квантових підсилювачів та генераторів. Збудження активної речовини (накачка). Схеми роботи квантових підсилювачів і генераторів.

6. Основні поняття про оптичні резонатори в електроніці. Добротність резонатора. Поняття про моди резонатора. Втрати резонатора.

7. Типи резонаторів. Плоскопаралельний резонатор. Конфокальний резонатор. Діаграма умови стійкості оптичних резонаторів.

8. Генерація випромінювання в оптичних квантових генераторах. Умова самозбудження і насичення. Модуляція добротності лазера.

9. Властивості лазерного випромінювання. Особливості лазерного випромінювання.

10. Принцип роботи квантових приладів. Газові лазери. Основні характеристики газових лазерів. Види газових лазерів.

11. Твердотілі лазери. Загальна характеристика твердотілих лазерів. Рубіновий лазер. Лазер на іонах неодиму.

12. Напівпровідникові лазери. Загальна характеристика, принцип дії напівпровідникових лазерів.

13. Лазери у зв’язку, у локації, у промисловості, в медицині. Міри безпеки при роботі з квантовими приладами.

Метою проведення практичних занять є розгляд окремих теоретичних положень і формування певних практичних навиків рішення задач.

При рішенні задач слід керуватися наступними правилами:

- починаючи рішення задачі, необхідно вказати, які фізичні закони або розрахункові методи передбачається використовувати при рішенні, привести математичний запис цих законів і методів;

- кожне буквене позначення повинне мати пояснення;

- розрахунок кожної шуканої величини слід виконати спочатку в загальному вигляді, потім в отриману формулу необхідно підставити числові значення і привести остаточний результат з вказівкою одиниць вимірювання;

- при побудові кривих слід вибирати зручний масштаб, градуювання осей виконувати рівномірно, починаючи з нуля. Весь графік в цілому і окремі криві на нім повинні мати назви.

При вивчені курсу «Квантова електроніка» передбачається виконання індивідуального завдання (курсової роботи) відповідно методичним вказівкам до виконання індивідуально завдання (курсової роботи).

З впровадження кредитно-модульної системи організації навчального процесу велика увага приділяється самостійній роботі студента, самостійному вивченню дисципліни.

Самостійна робота студентів - це спланована пізнавальна, організаційно і методично направлена діяльність, яка здійснюється без прямої допомоги викладача, на досягнення результату.

Самостійна робота є основним засобом засвоєння студентом навчального матеріалу в час, вільний від обов’язкових навчальних занять.

Зміст самостійної роботи студентів з дисципліни „Квантова елеутроніка” визначається робочою програмою дисципліни.

Мета даних методичних рекомендацій – скоординувати роботу студентів під час практичного та самостійного вивчення дисципліни, навчити студентів самостійно працювати з літературою, творчо сприймати навчальний матеріал і осмислювати його, сформувати навички щоденної самостійної роботи з метою одержання та узагальнення знань, умінь і навичок, що сприятиме:

• розвитку творчих здібностей та активізація розумової діяльності студентів;

• формуванню в студентів потреби безперервного самостійного поповнення знань;

• розвитку морально-вольових зусиль.