1.3.05 Дисциплина Б3.В.05 «Волновые процессы»
Общая трудоёмкость изучения дисциплины составляет 2 зач. ед. (65 часов)
1. Цели и задачи изучения дисциплины
Волновые процессы суть процессы возбуждения (излучения), распространения, дифракции и интерференции волн. Физическая сущность волн различна. 'Это акустические волны в газах и жидкостях, волны упругих деформаций в твердых телах, электромагнитные волны. В некоторых средах (плазма, пьезоэлектрик) акустические и электромагнитные волны связаны в единый волновой процесс.
Специалистам в области радиотехники и телекоммуникаций необходимо овладеть понятиями и методами теории волновых процессов как для формирования научного мировоззрения, так и для решения задач связи, локации (в широком смысле), осуществляемых с помощью электромагнитных или акустических волн, обработки информации в волноведущих системах, включая системы акусто- и опто-электроники. В результате изучения дисциплины студент должен:
- ясно понимать физическую сущность волновых процессов;
- уметь выделить общие закономерности, присущие волновым процессам разной природы и их специфические свойства;
- свободно владеть основными методами анализа волновых процессов;
- понимать значение фундаментального характера основных положений теории волновых процессов для выработки правильного методологического подхода к решению научных и технических проблем радиоэлектроники.
2. Место дисциплины в системе дисциплин учебного плана
Дисциплина изучается в 7-м семестре.
Изложение курса основывается на материалах, изучавшихся ранее и изучаемых параллельно в курсах математики, физики, радиофизики, математической и теоретической физики.
Специфической особенностью является сложный математический аппарат, используемый при изложении курса, а также разнообразие анализируемых физических процессов.
.
3. Объем дисциплины по видам учебной работы и формы контроля
| Виды занятий и формы контроля | 7 сем. |
| Лекции, ч/нед. | 2 |
| Практические занятия, ч/нед. | 1 |
| Контрольные работы | 1 |
| Проверочные работы | 1 |
| Зачеты | 1 |
| Экзамены | 1 |
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
4.1. Разделы дисциплины по ГОС ВПО, разделы дисциплины по РПД и объемы по видам занятий
| № | Разделы дисциплины по ГОС ВПО* (дидактические единицы ГОС) | Разделы дисциплины по РПД** | Объем занятий***, час | Примечания | ||||
| Л | ПЗ | ЛЗ | Сам | |||||
| 1 | Общие соотношения для линейных полей | 4 | 1 | 4 | ||||
| 2 | Волны в однородном пространстве | 8 | 1 | 4 | ||||
| 3 | Асимптотические методы вычисления интегралов от быстро меняющихся функций; | 8 | 3 | 8 | ||||
| 4 | Излучение из отверстия в плоском экране (ближнее поле). | 3 | 1 | 4 | ||||
| 5 | . Преобразование волн с помощью линз | 5 | 1 | 4 | ||||
| 6 | Элементы голографии2 | 2 | 2 | 2 | ||||
| Итого | Общая трудоемкость по ГОС ВПО: 65час. | 30час. | 9 час. | _ час. | 26 час. | ___ час. | ||
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зач.ед.
Форма обучения _____дневная_____
4.2. Содержание разделов дисциплины
1.АКУСТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ В ЛИНЕЙНЫХ СРЕДАХ
1.1. Общие соотношения для линейных полей. Уравнения для линейных полей. Скалярное звуковое поле, векторное электромагнитное поле, плазменное поле (модель однокомпонентной жидкости). Энергетические соотношения для полей.
Установившиеся гармонические колебания. Метод комплексных амплитуд. Комплексные векторы, операции над ними. Уравнения для линейных полей в комплексной форме. Эквивалентные комплексные параметры среды. Учет потерь в случае скалярного звукового поля (комплексная-плотность среды) и электромагнитного поля (комплексная диэлектрическая проницаемость). Диэлектрическая проницаемость холодной немагнитной и магнитной плазмы. Магнитная проницаемость намагниченного феррита.
Учет неоднородностей среды посредством введения эквивалентных источников поля. Теорема М.И.Конторовича об эквивалентных токах, ее обобщения.
Лемма Лоренца, ее следствия. Дифракционные формулы. Соотношения взаимности. Элементарная рамка с током и эквивалентный магнитный диполь. Эквивалентная схема приемной антенны. Аналоги леммы Лоренца в случае звукового и плазменного полей.
1.2. Волны в однородном пространстве.
Плоские волны. Постоянная распространения и фазовая скорость. Дисперсионные явления. Однородные и неоднородные волны.
Решение уравнений поля при заданных источниках с помощью преобразования Фурье. Пространственные гармоники и плоские волны. Представление поля в слое и полупространстве в отсутствии источников.
Функции Грина (скалярная, секторная, тензорная). Функция Грина для уравнения Гельмгольца. Сферическая волна. Построение функций Грина в общем случае. Функции Грина в случае звукового и электромагнитного полей. Функции Грина и дифракционные формулы. Формулы Кирхгофа. Модифицированные формулы Кирхгофа для полупространства. Излучение из отверстия в экране. Зона Фраунгофера. Особенности вычисления ближнего поля.
2. ИЗЛУЧЕНИЕ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО СПЕКТРА ВОЛН
2.1. Асимптотические методы вычисления интегралов от быстро меняющихся функций.
Основное асимптотическое равенство. Свойства асимптотического ряда. Асимптотика однократного интеграла, содержащего быстро осциллирующую экспоненту. Метод стационарной фазы Стационарные точки, их порядок. Стационарная точка вблизи предела интегрирования. Дифракционный интеграл. Асимптотика двойного интеграла. Представление в виде вклада стационарной точки и контурного интеграла. Вычисление контурного интеграла.
2.2. Излучение из отверстия в плоском экране (ближнее поле).
Возбуждение отверстия плоской и сферической волной. Вклад стационарной точки и геометрическая оптика. Дифракционные явления на примере бесконечно длинной щели и круглого отверстия (непрозрачного диска), пятно Пуассона.
Излучение из бесконечно длинной щели в общем случае (двумерная задача). Метод стационарной фазы и геометрическая оптика. Каустика. Фокус. Обобщение результатов на трехмерный случай.
2.3. Преобразование волн с помощью линз.
Тонкие линзы как элементы фазового преобразования волны. Параксиальное приближение. Основное уравнение линзы. Осуществление Фурье-преобразования поля. Фильтрация пространственных гармоник.
2.4. Элементы голографии.
Общие соотношения для голограмм. Тонкие голограммы. Объемные голограммы.
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Рекомендуемая литература
ЛИТЕРАТУРА: основная
1. Фелсен Л., Маркувиц Н. Излучение и рассеяние волн. - М. Мир, 1978..- 1089 с.
2. Конторович М.И., Каратыгин В.А. Теория волновых процессов: Учеб.пособие. - Л.: ЛПИ, 1984. - 77 с.
дополнительная
1. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. - М.: Наука, 1973. - 342 с.
1.3.06 Дисциплина Б3.В.06 «Оптические и квантовые приборы»
Общая трудоёмкость изучения дисциплины составляет 2 зач. ед. (78 часов)
1. Цели и задачи дисциплины.
Современное развитие науки и техники характеризуется широким использованием оптических и квантовых приборов в различных областях науки и техники, позволяющих получить принципиально новые результаты. Имеются в виду, прежде всего, приборы квантовой электроники, поскольку освоение оптического диапазона длин волн, простирающегося от субмиллиметровых волн до рентгеновского и гамма излучения, как раз базируется на их основе.
Поэтому знание принципов работы таких приборов и формирование представлений об их возможностях является неотъемлемой частью подготовки специалистов в области технической физики, радиофизики и электроники.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
- знать физические основы работы приборов квантовой электроники, их устройство, характеристики и параметры, области применения;
- приобрести первичные навыки работы с приборами квантовой электроники, в том числе, при постановке исследовательских работ и в различных применениях;
- иметь представление о перспективах развития этого сегмента техники.
2. Место дисциплины в рабочем учебном плане
Данная дисциплина относится к специальным дисциплинам (СД.04), входящим в подготовку бакалавров, и изучается в последнем восьмом семестре. Лекции и лабораторные работы проводятся параллельно. Курс опирается на большинство естественнонаучных и технических дисциплин, таких как «Экспериментальная физика», «Теоретическая физика», «Теория колебаний», «Волновые процессы», «Электронные приборы», «Основы электроники», изученных студентами с 1-ого по 7-ой семестр. В этом состоит его особенность.