Файл: П. Г. Демидова Кафедра микроэлектроники и общей физики утверждаю декан физического факультета И. С. Огнев 20 мая 2021 г. Рабочая программа.pdf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Кафедра микроэлектроники и общей физики
УТВЕРЖДАЮ
Декан физического факультета
И.С.Огнев
« 20 » мая
2021 г.
Рабочая программа дисциплины
«Оптика»
Направление подготовки
11.03.04 Электроника и наноэлектроника
Направленность (профиль)
«Интегральная электроника и наноэлектроника»
Форма обучения очная
Программа рассмотрена на заседании кафедры микроэлектроники и общей физики физического факультета от «08» апреля 2021 года, протокол № 6
Программа одобрена НМК протокол № 5 от «13» мая 2021 года
Ярославль

2
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Оптика» являются приобретение знаний основ оптических явлений, электромагнитных и квантовых закономерностей излучения, распространения и взаимодействия света с веществом, приобретение навыков использования полученных знаний для решения прикладных задач.
2. Место дисциплины в структуре ОП бакалавриата
Дисциплина «Оптика» относится к базовой части Блока 1 и является частью модуля «Общая физика». «Оптика» использует знания, полученные при изучении дисциплин «Механика», «Молекулярная физика», «Электричество и магнетизм», закладывает основы представлений о распространении, излучении электромагнитных волн, их взаимодействии с веществом, электромагнитных и квантовых закономерностях.
Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины «Оптика» необходимы для изучения дисциплин: «Атомная физика», «Электродинамика», «Статистическая физика».
3. Планируемые результаты обучения по дисциплине, соотнесенные с
планируемыми результатами освоения ОП бакалавриата
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих элементов компетенций в соответствии с ФГОС ВО, ОП ВО
и приобретения следующих знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности:
Формируемая
компетенция
(код и формулировка)
Индикатор достижения
компетенции
(код и формулировка)
Перечень
планируемых результатов обучения
Общепрофессиональные компетенции
ОПК-1
Способен применять базовые знания в области физики и радиофизики и использовать их в профессиональной деятельности, в том числе педагогической деятельности
ИД-ОПК-1_1
Осуществляет постановку задачи, выбирает способ ее решения
ИД-ОПК-1_2
Применяет математический аппарат, физические законы и теории для решения прикладных и теоретических задач, в том числе педагогической деятельности
ИД-ОПК-1_3
Применяет базовые физические законы и математические методы для решения задач теоретического и прикладного характера
Знать:
– геометрическую и волновую оптику;
– электронную теорию излучения и поглощения света;
– основы квантовой теории излучения
Уметь:
– решать задачи;
– описывать и объяснять оптические явления в физике.
Владеть навыками:
–
аналитического мышления;
– оптических измерений;
– обработки экспериментальных данных;
– навыками самостоятельной работы с источниками информации;

3
4. Объем, структура
и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 акад.часов, экзамен
№
п/п
Темы (разделы)
дисциплины,
их содержание
С
ем
ес
тр
Виды учебных занятий,
включая самостоятельную
работу студентов,
и их трудоемкость
(в академических часах)
Формы текущего
контроля
успеваемости
Форма промежуточной
аттестации
(по семестрам)
Контактная работа
ле кц ии пра кти че ск ие ла бора торн ые кон суль тац ии атт ес тац ион н
ые и
сп ыта ни я са м
ос тоят ель на я ра бот а
1
Геометрическая оптика, основные положения
4 4
5 1
Устный опрос.
2
Волновая оптика. Шкала электромагнитных волн
Волновое уравнение
4 3
2 1
Устный опрос.
3
Полярзация. Отражение и преломление света.
Формулы Френеля
4 3
4 3
2
Устный опрос.
4
Спектральная плотность.
Интеграл Фурье. Эффект
Доплера. Групповая скорость
4 3
3 2
Задания для самостоятельной работы
Контрольная работа.
5
Интерференция. Опыт
Юнга. Классические интерференционные опыты
4 4
3 3
Самостоятельная работа
N1 6
Двухлучевая интерференция
4 3
4 2
Устный опрос.
7
Многолучевая интерференция
4 3
2 2
Устный опрос.
8
Дифракция. Принцип
Гюйгенса-Френеля.
Рассеяние света
4 4
6 4
Устный опрос.
9
Дифракционная решетка. Элементы
Фурье-оптики.
Физические основы голографической записи и восстановления изображения
4 4
3 2
2
Устный опрос.
10
Оптика проводящих сред
4 3
3 3
Устный опрос.

4 11
Дисперсия света
4 4
3 2
Самостоятельная работа
N2 12
Распространение света в анизотропной среде
4 4
5 3
Контрольная работа
13
Взаимодействие света с веществом
4 3
3 2
Самостоятельная работа
N2 14
Законы теплового излучения
4 4
3 2
Задания для самостоятельной работы
15
Лазеры. Квантовая оптика
4 2
2 3
2
Контрольная работа
Аттестация
2 0,5 33,5
Экзамен
Всего
51 51 10 0,5 67,5
Содержание разделов дисциплины:
1. Геометрическая оптика, основные положения.
Геометрическая оптика, основные положения. Принцип Ферма. Преломление на сферической поверхности. Центрированные оптические системы. Аберрации оптических систем. Фотометрические понятия и единицы. Оптические приборы.
2. Волновая оптика. Шкала электромагнитных волн
.
Шкала электромагнитных волн. Волновые и квантовые проявления. Уравнения
Максвелла. Волновое уравнение. Плоская и сферическая волны. Поперечность электромагнитных волн. Плотность потока энергии. Импульс, давление света.
Интенсивность.
3. Полярзация. Отражение и преломление света. Формулы Френеля.
Плоская и эллиптическая поляризация. Закон Малюса. Законы преломления и отражения как следствие уравнений Максвелла. Формулы Френеля. Угол Брюстера.
Коэффициент отражения при нормальном падении. Предельный угол. Полное внутреннее отражение. Световоды. Неоднородная поверхностная волна.
4.
Спектральная плотность. Интеграл Фурье. Эффект Доплера. Групповая скорость.
Спектральная плотность энергии. Волновой цуг. Интеграл Фурье. Естественная ширина спектральной линии. Релятивистский эффект Доплера. Уширение спектральных линий. Волновой пакет. Групповая скорость. Формула Рэлея.
5. Интерференция. Опыт Юнга. Классические интерференционные опыты.
Условия наблюдения интерференции. Опыт Юнга. Бипризма, бизеркало Френеля.
Билинзы Бийе. Зеркало Ллойда. Временная и пространственная когерентность. Звездный интерферометр Майкельсона.
6. Двухлучевая интерференция.
Двухлучевая интерференция в тонких плёнках. Просветление оптики. Локализация интерференционных полос. Полосы равной толщины и равного наклона. Двухлучевые интерферометры. Классический интерферометр Майкельсона.
7. Многолучевая интерференция.

5
Многолучевая интерференция. Формулы Эйри. Интерферометр Фабри-Перо.
Интерференционные светофильтры и зеркала.
8. Дифракция. Принцип Гюйгенса-Френеля. Рассеяние света.
Дифракция. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Спираль Френеля. Зонная пластинка. Дифракция Френеля на прямолинейном крае полубесконечного экрана.
Спираль Корню. Зоны Шустера. Интеграл Френеля. Дифракция на дополнительных экранах. Теорема Бабине.
Дифракция Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракция
Фраунгофера на прямоугольном и круглом отверстиях. Дифракционная расходимость луча.
Рассеяние света.
9. Дифракционная решетка. Элементы Фурье-оптики. Физические основы
голографической записи и восстановления изображения.
Дифракция Фраунгофера на N параллельных равноотстоящих одинаковых щелях.
Дифракционная решетка. Синусоидальная дифракционная решетка. Метод Рэлея для дифракции на периодической структуре. Фазовая дифракционная решетка. Метод Аббе формирования изображения. Элементы Фурье-оптики, пространственная фильтрация.
Метод Цернике визуализации фазовых объектов. Разрешающая способность телескопа и микроскопа.
Дифракция Вульфа-Брэгга. Дифракция на стоячих ультразвуковых волнах.
Физические основы голографической записи и восстановления изображения. Голограммы плоской и сферической волн.
10. Оптика проводящих сред.
Распространение света в проводящих средах. Комплексный показатель преломления. Отражение от поверхности проводника. Глубина проникновения.
Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта.
11. Дисперсия света.
Дисперсия света. Классическая электронная теория дисперсии. Аномальная дисперсия. Дисперсия в ионных кристаллах. Ориентационная дисперсия. Дисперсия в металлах и плазме.
12. Распространение света в анизотропной среде.
Элементы кристаллооптики. Эллипсоид лучевых скоростей. Построение Гюйгенса для одноосных кристаллов. Линейное двулучепреломление. Поляризационные призмы.
Искусственное двулучепреломление.
Электрооптические эффекты Керра,
Поккельса. Оптическая анизотропия, обусловленная механическими напряжениями.
13. Взаимодействие света с веществом.
Эффект Зеемана. Электронная теория нормального эффекта Зеемана. Естественное вращение плоскости поляризации. Круговое двулучепреломление. Вращение плоскости поляризации в магнитном поле. Эффект Фарадея. Излучение Вавилова-Черенкова.
14. Законы теплового излучения.
Излучение абсолютно черного тела, основные положения. Законы теплового излучения. Формула Рэлея-Джинса. Формула Планка. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина.

6
15. Лазеры. Квантовая оптика.
Физические основы оптического квантового генератора. Лазеры. Нелинейные явления в оптике.
Фотоэффект. Понятие внутреннего фотоэффекта. Эффект Комптона.
5. Образовательные технологии, используемые при осуществлении
образовательного процесса по дисциплине
В процессе обучения используются следующие образовательные технологии:
Вводная лекция – дает первое целостное представление о дисциплине и ориентирует студента в системе изучения дисциплины “Оптика”. Студенты знакомятся с назначением и задачами курса, его ролью и местом в системе учебных дисциплин и в системе подготовки в целом. Дается краткий обзор курса, история развития науки и практики, достижения в этой сфере, имена известных ученых, излагаются перспективные направления исследований. На этой лекции высказываются методические и организационные особенности работы в рамках дисциплины “Оптика”, а также дается анализ рекомендуемой учебно-методической литературы.
Академическая лекция (или лекция общего курса) – последовательное изложение материала, осуществляемое преимущественно в виде монолога преподавателя.
Требования к академической лекции: современный научный уровень и насыщенная информативность, убедительная аргументация, доступная и понятная речь, четкая структура и логика, наличие ярких примеров, научных доказательств, обоснований, фактов.
Практическое занятие – занятие, посвященное освоению конкретных умений и навыков и закреплению полученных на лекции знаний.
Электронный учебный курс «Оптика» представлен в LMS Moodle на странице курса https://moodle.uniyar.ac.ru/
Курс предназначен для организации и методического сопровождения образовательного процесса в режиме on-line, для организации и информационного обеспечения самостоятельной работы обучающихся в очном режиме, а также для частичного обеспечения текущего и итогового контроля результатов освоения дисциплины.
6. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении
образовательного процесса по дисциплине, включая перечень лицензионного
программного обеспечения и информационных справочных систем (при
необходимости)
В процессе осуществления образовательного процесса используются:
– электронный учебный курс «Оптика», представленный в LMS Moodle;
– для формирования текстов материалов для промежуточной и текущей аттестации используются программы Microsoft Office;
7. Перечень современных профессиональных баз данных и информационных
справочных систем, используемых при осуществлении образовательного процесса по
дисциплине (при необходимости)
В процессе осуществления образовательного процесса по дисциплине используются: автоматизированная библиотечно-информационная система
«БУКИ-NEXT» http://www.lib.uniyar.ac.ru/opac/bk_cat_find.php

7
8.
Перечень основной и дополнительной учебной литературы, ресурсов
информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для
освоения дисциплины
а) основная литература
1. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.4. Оптика. – М.: Наука, 1985. – 752 с.
б) дополнительная литература
1. Матвеев А.Н. Оптика. – М., 1985. – 351 с.
2. М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. – М., 1973. – 719 с.
3. Бутиков Е.И. Оптика. – М., 1986. – 512 с.
4. Годжаев Н.М. Оптика. – М., 1977. – 432 с.
5. Ландсберг Г.С. Оптика. – М., 1976. – 926 с.
6. Калитеевский Н.И. Волновая оптика. – М., 1978. – 384 с.
7
Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – СПб., 2004. – 416 c.
8. Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. – М., 2013.– 264 с.
9. Оптика: Учебное пособие/Сост. Н.А. Рудь, А.Н. Сергеев. ЯрГУ – Ярославль, 2001.–
114 с.
10. Оптика. Лабораторный практикум: Учебное пособие/Сост. В.А. Папорков,
Е.В. Рыбникова. ЯрГУ – Ярославль, 2006. – 123 с.
в) ресурсы сети «Интернет»
1. Материалы ЭУК в LMS Moodle https://moodle.uniyar.ac.ru/
9. Материально-техническая база, необходимая для осуществления образовательного
процесса по дисциплине
1. Материалы ЭУК в LMS Moodle https://moodle.uniyar.ac.ru/course/
10. Материально-техническая база, необходимая для осуществления
образовательного процесса по дисциплине
Материально-техническая база, необходимая для осуществления образовательного процесса по дисциплине включает в свой состав специальные помещения:
- учебные аудитории для проведения занятий лекционного типа;
- учебные аудитории для проведения практических занятий (семинаров);
- учебные аудитории для проведения групповых и индивидуальных консультаций;
- учебные аудитории для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации;
- помещения для самостоятельной работы;
- помещения для хранения и профилактического обслуживания технических средств обучения.
Специальные помещения укомплектованы средствами обучения, служащими для представления учебной информации большой аудитории.
Помещения для самостоятельной работы обучающихся оснащены компьютерной техникой с возможностью подключения к сети «Интернет» и обеспечением доступа к электронной информационно-образовательной среде ЯрГУ.
Автор:
Доцент кафедры микроэлектроники и общей физики, к.ф.-м.н.
___________ В.А.Папорков
(подпись)

8
Приложение №1 к рабочей программе дисциплины
« Оптика »
Фонд оценочных средств
для проведения текущей и промежуточной аттестации студентов
по дисциплине
1. Типовые контрольные задания или иные материалы,
необходимые для оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности,
характеризующих этапы формирования компетенций
1.1 Контрольные задания и иные материалы,
используемые в процессе текущей аттестации
Задания для самостоятельной работы
(проверка сформированности компетенции ОПК-1, индикаторы: ИД-ОПК-1.1, ИД-ОПК-
1.2, ИД-ОПК-1.3).
Задания по теме № 1:
1. Задачи 5.1, 5.4, 5.7, 5.18-5.21, 5.26-5.28, 5.30, 5.35-5.37, 1.42, 5.52-5.56, 5.59-5.62 (Иродов
И.Е. Задачи по общей физике. – СПб., 2004. – 416 c.)
2. § 3.3 (Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. – М., 2013.– 264 с.)
3. § 1.1, 1.2, 7.1 (Оптика: Учебное пособие/Сост. Н.А. Рудь, А.Н. Сергеев. ЯрГУ –
Ярославль, 2001. – 114 с.)
Задания по теме № 2:
1. § 2.1-2.7, 3.1 (Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. – М., 2013.– 264 с.)
Задания по теме № 3:
1. Задачи 5.172-5.176, 5.180-5.186 (Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – СПб., 2004. –
416 c.)
2. § 3.2, 6.1, 6.2 (Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. – М., 2013.– 264 с.)
3. § 4.1, 4.2, 7.5 (Оптика: Учебное пособие/Сост. Н.А. Рудь, А.Н. Сергеев. ЯрГУ –
Ярославль, 2001. – 114 с.)
Задания по теме № 4:
1. Задачи 5.223, 5.224, 5.241, 5.242, 5.244, 5.246, 5.248-5.250 (Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – СПб., 2004. – 416 c.)
2. § 7.3 (Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. – М., 2013.– 264 с.)
3. § 5.6, 7.4 (Оптика: Учебное пособие/Сост. Н.А. Рудь, А.Н. Сергеев. ЯрГУ – Ярославль,
2001. – 114 с.)
Задания по теме № 5:
1. Задачи 5.73-5.76, 5.80, 5.81, 5.139 (Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – СПб., 2004. –
416 c.)
2. § 4.1-4.3 (Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы. – М., 2013.– 264 с.)