Учеб. пособие. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 399 с. – ISBN 978-5-398-00898-2.Рассматриваются система современного высшего технического образования, особенности обучения в вузе, фундаментальные основы инженерной деятельности.
Представлены исторические этапы зарождения фотоники и оптоинформатики, определена роль фотонов как носителей информации и энергии на современном этапе. Приведены необходимые для понимания на квантовом уровне теоретические основы физики, научные и нанотехнологические основы фотоники. Рассматриваются принципы работы лазеров, оптических волокон, перспективы и тенденции дальнейшего развития компьютеров на основе фотонов.
Предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению бакалаврской подготовки «Фотоника и оптоинформатика», профиль «Волоконная оптика».СодержаниеФундаментальные основы высшего образования
Особенности высшего технического образования
Современная система высшего образования и его цели
Особенности обучения в вузе
Фундаментальные основы творческой деятельности
Направления творческой деятельности
Практическая деятельность человека и современное естествознание
Естественно-научные основы практической деятельности человека
Эволюция вселенной и общность законов природы
Деятельность специалиста и реальность
Фундаментальные основы дисциплин учебного плана
Особенности Федерального государственного образовательного стандарта по направлению «Фотоника и оптоинформатика»
Математические и естественно-научные дисциплины
Профессиональные дисциплины
Гуманитарные, социальные и экономические дисциплины
Основные требования бакалаврской подготовки
Научные основы фотоники
Элементы квантовой физики
Связь фотоники и оптоинформатики с квантовой физикой
Этапы развития фотоники и оптоинформатики
Основные представления квантовой механики
Квантовая модель атома
Понятие о потенциальных ямах и барьерах
Микрочастица в прямоугольной потенциальной яме
Туннельный эффект
Элементы физики твердого тела
Кристаллические решетки
Дефекты кристаллического строения
Элементы зонной теории
Энергетический спектр кристалла
Понятие эффективной массы электрона
Экситонные эффекты
Физические основы оптики
Электромагнитная природа света
Основные явления волновой оптики
Основные явления квантовой оптики
Элементы нелинейной оптики
Механизмы оптической нелинейности
Вынужденное рассеяние света
Самофокусировка
Нелинейные эффекты в волоконных световодах
Оптические солитоны
Физические и нанотехнологические основы фотоники
Полупроводниковые квантовые структуры
Роль полупроводниковых структур в оптоэлектронике
Твердотельные гетероструктуры. Полупроводниковый гетеропереход
Квантоворазмерные структуры, их самоорганизация
Применение квантовых структур в приборах оптоэлектроники
Основы нанотехнологий получения оптических материалов
Исторические аспекты
Наноматериалы
Оптические метаматериалы
Методы формирования наноструктур
Применение нанотехнологий в технике
Лазеры
Спонтанное и вынужденное излучение, поглощение
Принцип работы лазера
Схемы накачки
Свойства лазерных пучков
Типы лазеров
Области применения лазеров
Оптические волокна
Общие сведения
Типы оптических волокон
Материалы для изготовления оптических волокон
Технология изготовления оптических волокон
Механическая прочность оптических волокон
Принцип работы волоконного оптического гироскопа
Основы оптоинформатики и вычислительного эксперимента
Основы оптоинформатики
Предмет и задачи информатики
История информационных технологий
Понятие об информации
Измерение количества информации. Энтропия
Архитектура компьютера
Предельные возможности электронной компьютерной техники
Оптические системы обработки информации
Основы математического моделирования неравновесных теплофизических процессов в фотонике
Роль тепло- и массообмена в фотонике
Виды теплообмена. Законы молекулярного тепло- и массообмена
Перенос тепла теплопроводностью
Основы вычислительного эксперимента в теплофизике
