Аннотации лабораторных работ специального практикума

Раздел I. Практикум по спектроскопии для студентов 3-го и 4-го курсов

Призменный спектрограф

В лабораторной работе проводится ознакомление с основами классического спектроскопического эксперимента на примере простейшего разборного призменного спектрографа. Экспериментальной целью является качественный спектральный анализ плазмы высокочастотного разряда.

В задачу выполняющего лабораторную работу входит: сборка и юстировка спектрографа, определение экспериментального и теоретического значений нормальной ширины щели, фотографирование спектра исследуемого источника света, калибровка спектрографа по известным линиям ртути и идентификация неизвестного инертного газа по его спектру.

Авторы лабораторной работы: А.И.Акимов, Д.Г.Баканов, В.В.Лебедева, А.В.Титов

Сверхтонкая и изотопическая структура спектральной линии ртути 546,1 нм

Целью лабораторной работы является изучение явления сверхтонкого и изотопического расщепления спектральных линий на примере естественной смеси изотопов ртути с использованием эталона Фабри-Перо и призменного спектрографа со скрещенными дисперсиями.

Экспериментальная часть работы включает в себя: юстировку оптической схемы и интерферометра Фабри-Перо, получение интерферограмм содержащих картину расщепления линии ртути 546,1 нм в нескольких порядках интерференции и определение частотных интервалов между компонентами спектра.

Для интерпретации экспериментальных данных строится теоретическая схема сверхтонкого расщепления энергетических уровней для всех изотопов ртути, проводится ее сравнение с экспериментальными результатами и идентификация наблюдаемых линий.

Теоретическая часть лабораторной работы включает достаточно подробное квантовомеханическое описание формирования магнитного момента ядра, механизма сверхтонкого расщепления уровней, правил отбора для переходов, проиллюстрированное практическими примерами для атомов разных элементов, а также общих свойств и различных случаев изотопического расщепления.

Авторы лабораторной работы: А.С.Яров, А.В.Титов

Дифракционный спектрограф СТЭ-1

Лабораторная работа посвящена изучению основных свойств плоских диффракционных решеток с углом блеска и особенностей их работы в высоких порядках при скрещивании дисперсий решетки и дополнительного диспергирующего элемента.

Экспериментальные исследования проводятся на спектрографе СТЭ-1, дифракционная решетка которого работает в 3-м — 5-м порядках, а дополнительная дисперсия в поперечном направлении осуществляется призмой с небольшим преломляющим углом. Особое внимание уделяется различию в фотографировании спектра для: а)отождествления спектральных линий, б)количественных измерений интенсивностей спектральных линий.

В экспериментальную часть работы входит: юстировка осветительной системы спектрографа, съемка спектра ртутной лампы в видимой и ультрафиолетовой областях для отождествления спектральных линий и фотометрических измерений интенсивностей линий, расшифровка спектров. Определяется линейная дисперсия в каждом порядке, рабочая длина спектра, проводится сравнение экспериментальных результатов с рассчитанными теоретически. По самостоятельно построенной кривой почернения фотоэмульсии определяется относительная интенсивность каких-либо двух спектральных линий.

Автор лабораторной работы: В.В.Лебедева

Спектральные характеристики диэлектрических зеркал и интерференционных светофильтров

В лабораторной работе исследуются кривые пропускания диэлектрических зеркал в спектральном диапазоне 300 — 800 нм , контур полосы пропускания интерференционного светофильтра и положение максимума полосы его пропускания в зависимости от угла наклона фильтра относительно луча света.

Кривые пропускания диэлектрических зеркал изучаются теоретически и экспериментально. Имеется программа для компьютера, позволяющая рассчитывать спектральные кривые коэффициента отражения и пропускания многослойных диэлектрических покрытий. Возможно моделирование различных вариантов с получением графиков зависимости коэффициента отражения зеркала от частоты и длины волны света.

Экспериментальные исследования ведутся с помощью спектрального вычислительного комплекса КСВУ. Предоставляется возможность записи любого диапазона спектра заданием с клавиатуры параметров сканирования, а также записи серии спектров пропускания интерференционного фильтра при разных углах падения света на него. Проводится сравнение с теоретически рассчитанными характеристиками интерференционного фильтра. Эксперимент может проводиться в автоматическом и ручном режимах.

Авторы лабораторной работы: В.В.Лебедева, А.И.Федосеев, А.В.Титов

Качественный анализ по спектрам комбинационного рассеяния света

Целью лабораторной работы является изучение явления комбинационного рассеяния света (КРС) и возможностей его использования для определения молекулярного состава смеси органических жидкостей.

В ходе выполнения работы записываются спектры комбинационного рассеяния света различных органических веществ и их смесей. По расшифрованным спектрам определяются частоты линий КРС и собственные частоты колебательных переходов в молекулах рассеивающих частиц. Идентификация состава смеси органических жидкостей осуществляется сравнением измеренных значений частот молекулярных колебаний с табличными величинами.

Для регистрации спектров КРС используется спектральный вычислительный комплекс КСВУ, работающий как в автоматическом, так и в ручном режиме.

Теоретическое рассмотрение основ явления КРС проведено на базе классического подхода, использующего представление об электронной поляризуемости молекул. Отдельные особенности комбинационного рассеяния объясняются с помощью квантовых представлений.

Авторы лабораторной работы: О.М.Вохник, Н.В.Знаменский

Инфракрасные спектры поглощения молекул

Лабораторная работа посвящена практическому ознакомлению с инфракрасной спектроскопией молекул. В работе изучаются спектры поглощения молекул CO, CO2 , CH4 , NH3, проводится их расшифровка, измерение частот переходов и определение молекулярных констант.

Спектры поглощения молекул исследуются с помощью спектрофотометра “Specord 75IR”, работающего в диапазоне длин волн 2,5-25 мкм. Выполняемое задание включает в себя регистрацию ИК спектров поглощения молекул с последующим определением частот колебательных переходов и их классификацией по типам колебаний. В более узких диапазонах с другим масштабом записи изучается вращательная структура колебательных переходов, производится ее расшифровка и измерение частот линий. По этим данным рассчитываются вращательные постоянные нижнего и верхнего колебательных состояний и определяются моменты инерции молекул и межъядерные расстояния.

В теоретической описании лабораторной работы структура спектров молекул анализируется на основе квантово-механической модели. Рассматривается влияние ангармонизма на структуру энергетических уровней. На примере молекулы СО2 изучается резонанс Ферми. Обсуждается зависимость спектроскопических характеристик молекул от свойств их симметрии.

Авторы лабораторной работы: О.М.Вохник, А.И.Одинцов

Определение момента инерции и межядерного расстояния молекулы циана

Целью лабораторной работы является ознакомление с электронными спектрами молекул и их вращательной структурой на примере молекулы CN.

Спектр испускания молекул CN, возбуждаемых в электрической дуге, фотографируется в ультрафиолетовой области на дифракционном спектрографе с высокой дисперсией СТЭ-1.

Выполняемое задание включает в себя юстировку источника и осветительной системы спектрографа, выбор ширины щели, фотографирование спектра циана и реперного спектра железа, расшифровку спектров и измерение длин волн линий одной из электронно-колебательных полос CN. Полученные данные используются для определения вращательных постоянных верхнего и нижнего состояний молекулы и расчета по ним моментов инерции молекулы и межядерных расстояний.

В теоретической части описания лабораторной работы дается сводка сведений об электронных спектрах двухатомных молекул, которые объясняются на основе простейшей квантово-механической модели. Особое внимание уделяется вопросам взаимодействия различных видов движения в молекулах, а также классификации и систематике молекулярных состояний.

Автор лабораторной работы: А.И.Федосеев

Раздел II. Практикум лаборатории синхротронного излучения

ВУФ-спектроскопия кристаллов

Целью работы является изучение люминесценции кристаллов при возбуждении в области фундаментального поглощения и исследование влияния различных электронных возбуждений, проявляющихся в спектрах отражения, а также ознакомление с методикой работы в вакуумной ультрафиолетовой области спектра.

Для получения спектров отражения и возбуждения люминесценции используется автоматизированная экспериментальная установка на основе вакуумного монохроматора ВМР-2 в области энергий 3,5 –10,5 эВ с применением методики, отработанной в экспериментах с синхротронным излучением.

По полученным спектрам отражения и возбуждения люминесценции в области собственного поглощения кристалла определяется спектральная зависимость квантового выхода свечения и дается заключение о зонной структуре кристалла

Авторы лабораторной работы: И.Н.Шпиньков, В.Н.Колобанов, П.А.Ореханов.

Термовысвечивание и оптическая стимуляция свечения люминофоров

Лабораторная работа посвящена изучению кинетических параметров центров захвата в кристаллофосфорах и ознакомлению с основными спектральными и кинетическими характеристиками люминофоров, а также работой с вакуумной и криогенной техникой.

По измеренным спектрам свечения кристаллов, полученным при воздействии на них излучения инфракрасного диапазона или нагрева, устанавливается энергетический спектр центров захвата и их взаимодействие.

Авторы лабораторной работы: В.В.Михайлин, П.А.Ореханов

Раздел III. Практикум на синхротроне С- 60 Лаборатории электронов высоких энергий Физического института Академии наук

Спектроскопический эксперимент на синхротронном излучении

Лабораторная работ посвящена ознакомлению со спецификой применения синхротронного излучения в спектроскопическом эксперименте в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) области спектра, 2000 А – 400 А.

Канал вывода синхротронного излучения, монохроматор и камера образца функционируют в условиях высокого безмасляного вакуума. Работа экспериментальной установки автоматизирована и управляется дистанционно из пультовой синхронно с циклической работой источника синхротронного излучения.

Полученные экспериментальные данные спектра отражения широкозонного диэлектрического кристалла в области прозрачности и фундаментального поглощения проходят как первичную обработку: вычитание фона, нормировку, преобразование масштаба сканирования в длину волны света и энергию фотонов, так и окончательную: построение и распечатку спектра отражения с помощью программы ORIGIN.

Авторы лабораторной работы: В.Н.Колобанов, В.Н.Махов

Измерение углового распределения синхротронного излучения источника С- 60 фотографическим методом

В лабораторной работе проводится экспериментальное исследование углового распределения синхротронного излучения с длиной волны 10 А.

Экспериментальная установка представляет собой вакуумную камеру с набором необходимых устройств для работы в мягкой рентгеновской области спектра. Расстояние от центра камеры до излучающей точки орбиты составляет 7 метров. Для выделения узкой спектральной линии используется набор алюминиевых фильтров различной толщины. Канал вывода синхротронного излучения и экспериментальная камера работают в условиях высокого безмаслянного вакуума. Величина экспозиционной дозы устанавливается и контролируется реверсивным счетчиком в физической пультовой.

Для проведения количественных измерений измеряется и строится эмпирическая кривая плотности почернения фотоэмульсии от величины поглощенной дозы. Затем определяется поглощенная доза для изображения прямого пучка синхротронного излучения так, чтобы максимальное почернение было в области нормальных экспозиций (в максимуме прямолинейной части характеристической кривой). Полученное изображение пучка синхротронного излучения обрабатывается на микрофотометре ИФ0 – 451. Линейные размеры микрофотограммы переводятся в угловые с учетом геометрии установки. Экспериментальные данные нормируются и сравниваются с теоретическим расчетом спектрально-углового распределения синхротронного излучения.

Авторы лабораторной работы: В.Н.Колобанов, Р.В.Федорчук

Измерение времени затухания флуоресценции зонда в органическом растворителе в пучке синхротронного излучения

В лабораторной работе практически используются такие свойства синхротронного излучения, как высокая степень поляризации и хорошая стабильность импульсной временной структуры в наносекундном диапазоне. Расположенная в пучке синхротронного излучения установка позволяет измерять времена затухания интенсивности флуоресценции образцов в диапазоне 1-100 наносекунд, а также разрешенные во времени спектры возбуждения флуоресценции в диапазоне длин волн 200 — 1000 нм. Работа установки автоматизирована и управляется дистанционно из пультовой синхронно с циклической работой источника синхротронного излучения.

Непосредственно измеряемыми в эксперименте величинами являются форма импульса синхротронного излучения, а также кривые затухания интенсивности излучения флуоресценции с двумя взаимно перпендикулярными состояниями поляризации и спектры возбуждения флуоресценции. Используется метод счета одиночных фотонов.

Компьютерная обработка экспериментальных данных с помощью специальных программ (BUNCH, TIRMDB и FLUOR) дает возможность получить как временную структуру импульса синхротронного излучения, так и величину времени затухания флуоресценции зонда К-35 в хлороформе.

Авторы лабораторной работы: В.Н.Колобанов, Т.И. Сырейщикова

Раздел IV. Практикум по нелинейной оптике для студентов 4-го курса

Нелинейные оптические эффекты

В лабораторной работе изучаются основные закономерности двух нелинейных оптических эффектов: генерации второй гармоники и вынужденного комбинационного рассеяния света.

Первое занятие посвящено изучению генерации второй гармоники излучения неодимового лазера (? = 1060 нм) в кристалле дигидрофосфата калия (KDP). Измеряется зависимость выходной мощности на удвоенной частоте от направления распространения основного излучения в кристалле (кривая синхронизма), определяется коэффициент преобразования во вторую гармонику, рассчитывается теоретическое значение коэффициента преобразования, соответствующее измеренной мощности накачки. Для регистрации энергетических и временных характеристик оптических импульсов используются скоростные фотоэлементы и запоминающие осциллографы.

На втором занятии изучается возбуждение вынужденного комбинационного рассеяния в жидком азоте. В качестве накачки используется излучение второй гармоники (= 530 нм). В ходе эксперимента измеряется порог возбуждения первой стоксовой компоненты (= 604 нм), фотографируются спектры накачки и рассеянного излучения, измеряется коэффициент преобразования возбуждающего излучения в стоксову компоненту. По результатам измерений рассчитывается удельный коэффициент усиления ВКР, определяется частота молекулярных колебаний. Регистрация спектров осуществляется с помощью дифракционного спектрографа PGS-2.

Содержащийся в описании лабораторной работы теоретический анализ нелинейных оптических эффектов проведен на базе классической теории взаимодействия излучения с материальной средой.

Авторы лабораторной работы: О.М.Вохник, Л.С.Корниенко

Обращение волнового фронта оптического излучения

Лабораторная работа имеет целью ознакомление с явлением обращения волнового фронта (ОВФ) оптического излучения. Изучение явления обращения проводится на примере ОВФ при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ).

Экспериментальная часть лабораторной работы включает в себя как изучение основных свойств явления вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (направление рассеяния, величину частотного сдвига, интенсивность рассеянного пучка), так и исследование обращения волнового фронта при ВРМБ.

Регистрация возбуждения ВРМБ производится с помощью интерферометра Фабри-Перо, измерение энергетических и временных характеристик оптических импульсов — с помощью скоростных фотоэлементов и запоминающих осциллографов. Расходимость возбуждающего и рассеянного пучков измеряется по размерам поперечного сечения в фокусе объектива. Эти измерения проводятся при различной степени искажений исходного возбуждающего пучка, вносимых с помощью фазовых пластинок. Сравнением измеренных значений расходимости подтверждается обращенный характер волнового фронта рассеянного излучения и возможность компенсации фазовых искажений при помощи ОВФ-зеркала.

Теоретическое описание лабораторной работы содержит общие сведения о явлении обращения волнового фронта, а также о возможных способах его реализации. Рассмотрение ВРМБ проведено на основе классических представлений о резонансной “раскачке” волны давления в среде возбуждающей и стоксовой световыми волнами. Показано, что дискриминация коэффициента усиления необращенных конфигураций рассеянного пучка приводит к преобладанию в нем обращенной конфигурации. Обсуждены возможные приложения эффекта ОВФ.

Авторы лабораторной работы: О.М.Вохник, В.И.Одинцов

Раздел V. Практикум по квантовой электронике и волоконной оптике

Гелий-неоновый лазер

В лабораторной работе изучаются принцип действия и конструктивные особенности гелий-неонового лазера. В методическом описании лабораторной работы приведены общие принципы получения лазерной генерации, а также особенности создания инверсной населенности в газовом разряде смеси гелия и неона. Рассмотрены оптические резонаторы, потери в резонаторах, условия, необходимые и достаточные для возникновения лазерной генерации. Рассмотрены виды уширения линии рабочего перехода, насыщение коэффициента усиления.

В экспериментальной части работы исследуются пространственные и поляризационные характеристики излучения, а также спектр генерации путем наблюдения радиочастотного биения между продольными и поперечными модами.

Выполнение работы позволяет приобрести навыки работы с лазером, фотоприемником, интерферометром Фабри-Перо, анализатором спектра.

Авторы лабораторной работы: Д.Г.Баканов, С.К.Исаев, П.В.Короленко, А.Б.Васильев

Генерационные свойства активного стекловолокна

В лабораторной работе изучаются генерационные характеристики многоволоконного безрезонаторного лазера на кварцевом стекле с примесью ионов неодима, работающего как в допороговом так и надпороговом режимах генерации. Целью работы является ознакомление с особенностями временных зависимостей спонтанного излучения, усиленного спонтанного излучения и вынужденного излучения.

В работе экспериментально исследуется влияние условий отражения на торцах световода на энергетические характеристики лазера и на пороговую энергию накачки. Обсуждаются особенности распространения излучения в волоконном многомодовом световоде, усиление и потери излучения в световодах, активированных неодимом, виды обратной связи. Экспериментально исследуются зависимости формы и энергии импульса излучения от энергии накачки. Регистрируется порог генерации.

В описании лабораторной работы даны основы теории спонтанного, вынужденного излучения, усиленного вынужденного излучения и сверхизлучения. Приведены необходимые сведения по физике волоконно-оптических устройств. Для конкретных параметров световодов предлагается рассчитать угол расходимости генерируемого излучения и число мод, способных распространяться по данному волокну.

Авторы лабораторной работы: М.Л.Карпова, В.В.Радченко, Т.Н.Ясько, В.Г.Воронин, В.И.Хлыстов

Иттербиевый волоконно-оптический лазер.

Лабораторная работа знакомит с устройством, принципом работы, генерационными и спектральными характеристиками излучения одномодового волоконно-оптического лазера с полупроводниковой накачкой. Целью работы является измерение спектра, мощности излучения, ватт-амперных характеристик и КПД волоконно-оптического лазера в режиме непрерывной генерации.

Экспериментальная часть работы включает в себя измерение мощности лазера накачки и волоконного лазера в до- и надпороговом режимах генерации, измерение спектра излучения волоконного лазера и его зависимости от мощности накачки. Полученные экспериментально генерационные характеристики сравниваются с теоретическими зависимостями и определяются внутренние параметры лазера, не доступные для прямого измерения.

В теоретической части задачи обсуждается принцип работы волоконно-оптического лазера, дана его оптическая схема, описаны структура активного стекловолокна, обеспечивающая эффективное согласование излучения накачки с активными частицами, и устройство распределенных брэгговских зеркал, приведена полуклассическая теория волоконного лазера. Особое внимание уделяется анализу влияния различных факторов на КПД лазера.

Выполняющие лабораторную работу приобретают навыки практического использования полупроводниковых и волоконно-оптических лазеров а также методов и средств измерения их энергетических и спектральных характеристик.

Авторы лабораторной работы: А.С.Курков, О.Е.Наний, А.Н.Туркин.

Интегральные потери в элементах волоконно-оптической линии связи.

Лабораторная работа посвящена изучению физических механизмов потерь в элементах волоконно-оптической линии связи и особенностей эксперимента в волоконной оптике. Целью работы является ознакомление с основными видами потерь в волоконных световодах (поглощение, линейное и нелинейное рассеяние, радиационные потери), с потерями на ввод излучения в волоконные световоды и с потерями на соединение световодов.

Измерения потерь в лабораторной работе проводятся методом светопропускания. Экспериментальная часть работы включает в себя измерение мощности источника излучения, мощности на выходе волоконно-оптических линий связи на основе различных типов световодов в отсутствие и при наличии макро и микро-изгибов. Определяется критический радиус изгиба исследуемых волоконных световодов. Демонстрируется существенная зависимость потерь при вводе излучения в световод и потерь на соединение световодов от качества обработки поверхности торцов световодов. Выполняющие лабораторную работу приобретают навыки практической работы с аппаратом сварки оптических волокон, с устройствами ввода оптического излучения в волоконные световоды и с измерительной аппаратурой, применяемой в волоконно-оптических системах связи.

Авторы лабораторной работы: В.Г.Воронин, О.Е.Наний, А.Н.Туркин, Д.Д.Щербаткин, В.И.Хлыстов

Исследования параметров обратного рассеяния световодов.

В лабораторной работе изучаются физические механизмы рассеяния в волоконных световодах, а также принципы измерения спектральных и энергетических характеристик обратного рассеяния с пространственно-временным разрешением. Целью работы является ознакомление с основными видами рассеяния в волоконных световодах: рэлеевское рассеяние, спонтанное и вынужденное рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, рассеяние на неоднородностях световодов, рассеяние на торцах световодов и в местах их соединений.

Измерения амплитуды обратного рассеяния проводятся с использованием импульсной методики, обеспечивающей пространственное разрешение. Использование гетеродинной методики позволяет измерять амплитуду и частоту различных компонент рассеянного излучения. Экспериментальная часть лабораторной работы включает в себя измерения распределения амплитуды рассеянного назад излучения вдоль волоконно-оптической линии связи, определение вклада различных механизмов обратного рассеяния в суммарный сигнал, изучение влияния температуры и механических напряжений на амплитуду обратного рассеяния. По полученным экспериментальным данным строится кривая затухания волоконно-оптической линии связи.

Лабораторная работа знакомит с принципом действия и дает практические навыки использования важнейшего прибора для тестирования волоконно-оптических линий связи – оптического рефлектометра с пространственно-временным разрешением.

Авторы лабораторной работы: О.Е.Наний, А.Н.Туркин, В.Г.Воронин, Д.Д.Щербаткин.

Раздел VI. Компьютерная оптика

Компьютерные методы ввода и обработки полей со сложной пространственной структурой

Целью данной лабораторной работы является ознакомление с компьютерными методами ввода и обработки изображений структуры световых пучков со сложным пространственным распределением интенсивности.

Основным элементом устройства ввода изображений является ПЗС-матрица. В ходе выполнения лабораторной работы осваиваются основные принципы препарирования изображений, статистической обработки данных, методы быстрого фурье-преобразования и корреляционного анализа оптических сигналов. С использованием этих методов определяются характеристики развитой структуры спекл-поля, формирующегося в когерентном свете диффузно отражающим или пропускающим объектом.

Авторы лабораторной работы: П.В.Короленко, В.Г.Макаров, Н.Н.Федотов

Интерференционные явления в пучках с топологическими искажениями волнового фронта

Данная компьютерная лабораторная работа посвящена изучению основных приемов и методов интерферометрии когерентных световых пучков для определения их амплитудно-фазового профиля.

Компьютерными средствами имитируется процесс настройки сдвиговых интерферометров и оптимизация их параметров с точки зрения повышения разрешающей способности. При этом особое внимание уделяется интерферометрии волн с аберрациями и топологическими возмущениями волнового фронта.

Развернутое теоретическое введение к лабораторной работе облегчает анализ и расшифровку смоделированных интерферограмм с целью идентификации оптических аберраций и дислокационных образований на волновом фронте световых пучков. В лабораторной работе рассмотрены также некоторые приемы анализа характеристик спекл-полей.

Авторы лабораторной работы: А.М.Зотов, П.В.Короленко, В.Г.Макаров

Структура фазовых сингулярностей в многомодовых лазерных пучках

Целью лабораторной работы является ознакомление с основными принципами и методами исследования фазовых сингулярностей в пучках когерентного излучения, обусловленных нарушением топологической структуры волнового фронта.

Пучки с фазовыми сингулярностями синтезируются программными средствами в виде суперпозиции различных поперечных мод свободного пространства. Используемый в программе интерфейс позволяет синтезировать пучки с произвольным амплитудно-фазовым распределением любой сложности, идентифицировать положение и структуру как краевых, так и винтовых дислокаций волнового фронта. В ходе выполнения лабораторной работы осваиваются основные закономерности преобразования дислокационной структуры волнового фронта при дифракционном распространении излучения.

Авторы лабораторной работы: П.В.Короленко, В.Г.Макаров, А.Т.Полоско

Учебно-научная установка “Стенд для диагностики лазерного излучения со сложной пространственной структурой”

Учебно-научная установка предназначена для дальнейшего совершенствования навыков измерения характеристик лазерных пучков со сложным амплитудно-фазовым профилем с использованием современных компьютерных технологий. К работе на установке допускаются только выполнившие лабораторные работы раздела “Компьютерная оптика” с целью выполнения курсовых и дипломных работ, посвященных проблемам сингулярной оптики.

Источником излучения служит газовый лазер с изменяющейся конфигурацией резонатора. Анализ амплитудно-фазовой структуры излучения в многомодовом режиме генерации осуществляется с использованием интерферометров радиального и поперечного сдвигов. С целью изучения влияния случайно-неоднородной среды распространения на характеристики лазерного пучка предусмотрена возможность измерения его параметров после прохождения им многоходовой кюветы с турбулентным нагретым воздухом. Программное обеспечение компьютерной системы обработки экспериментальных данных позволяет определять широкий набор статистических характеристик излучения, включая данные о дислокационной структуре волнового фронта.

Разработчики установки и авторы методических материалов: А.М.Зотов, П.В.Короленко, С.Ю.Савинов.

Раздел VII. Теоретический практикум по спектроскопии твердого тела

Исследование угловой, поляризационной и спектральной зависимостей коэффициента отражения света от поглощающих твердых тел

Лабораторная работа состоит в исследовании с помощью формул Френеля зависимости коэффициента отражения света различной поляризации от твердого тела при наличии поглощения. Работа разбивается на две части – изучение угловых и поляризационных зависимостей и изучение спектральных зависимостей.

Для заданных коэффициентов поглощения и преломления строится угловая зависимость коэффициента отражения для двух линейных поляризаций. Исследуется зависимость фазы комплексного коэффициента отражения от угла падения. Проводится оценка возможности измерения малых коэффициентов поглощения с помощью метода нарушенного полного внутреннего отражения.

При анализе спектральных зависимостей коэффициента отражения от энергии падающего фотона проводится моделирование зависимости асимметрии спектральной полосы отражения света от силы осциллятора для изолированной полосы поглощения. При наличии нескольких полос поглощения анализируется зависимость амплитуды и фазы коэффициента отражения света от энергии фотона.

Лабораторная работа реализована в виде набора рабочих листов пакета Mathcad.

Автор лабораторной работы: А.Н.Васильев

Получение оптических констант из коэффициента отражения при использовании соотношений Крамерса-Кронига

Целью лабораторной работы является исследование применения соотношений Крамерса-Кронига для диэлектрической проницаемости и коэффициента отражения. Реализация алгоритма применения соотношений Крамерса-Кронига осуществлена с помощью быстрого преобразования Фурье.

В первой части лабораторной работы для получения действительной части диэлектрической проницаемости из мнимой части используются модельные зависимости диэлектрической проницаемости от частоты (набор из нескольких осцилляторов с различными энергиями, силами осцилляторов и полуширинами).

Во второй части лабораторной работы анализируется приближенный характер соотношений Крамерса-Кронига для коэффициента и фазы отражения. Выполняющему работу необходимо подобрать добавочную фазовую функцию из равенства нулю фазы в области прозрачности и из четырех правил сумм. После этого осуществляется расчет оптических функций из экспериментальных данных по спектрам отражения широкозонных диэлектриков (LaF3, CaF2, MgO и др.), полученным с помощью синхротронного излучения.

Лабораторная работа реализована в виде набора рабочих листов пакета Mathcad.

Авторы лабораторной работы: А.Н.Васильев, Д.А.Спасский, Н.В.Герасимова

Исследование кинетики люминесценции кристаллофосфоров

Лабораторная работа посвящена изучению зависимости кинетики люминесценции кристалла от параметров центров свечения, тушения и ловушек.

На основании конкретного задания (тип, глубина и концентрация ловушек, тип возбуждения и т.д.) выполняющий работу должен проанализировать все возможные процессы перехода носителей заряда. После этого схема программируется с использованием интерфейса “Конструктор зонных схем” и выполняется программа решения системы нелинейных дифференциальных уравнений. Анализируются случаи разгорания, выхода на стационарный режим и затухания люминесценции. Проводится исследование кинетики люминесценции при изменении температуры. В режиме равномерного подъема температуры исследуется изменение интенсивности рекомбинационных процессов и моделируется эксперимент по термовысвечиванию.

Лабораторная работа реализована в виде Windows-приложения.

Авторы лабораторной работы: А.Н.Васильев, Р.Бирюков

Моделирование спектров возбуждения люминесценции кристаллов в области фундаментального поглощения

Исследуется формирование квантового выхода люминесценции кристаллов на основе предположения об экситонном или электронно-дырочном механизме рекомбинации электронно-дырочных пар с учетом размножения электронных возбуждений. В качестве основных параметров моделей используется схема энергетических зон в твердом теле, задаваемая в виде плотностей состояний. Проводится моделирование квантового выхода люминесценции как модельных кристаллов (в том числе с разрывом плотностей состояний в валентной зоне или в зоне проводимости, с разными ширинами валентной зон и т.д.), так и некоторых реальных кристаллов (например, PbWO4, CeF3, BaF2

Лабораторная работа реализована в виде Windows-приложения.

Авторы лабораторной работы: И.Н.Шпиньков, Н.С.Кожакова

Раздел VIII. Практикум по искусственным нейронным сетям и генетическим алгоритмам

1. Основные модели искусственных нейронных сетей.
Наглядная демонстрация основных нейросетевых алгоритмов. «Нейропрактикум». Сети с обратным распространением. Рекуррентные сети. Сети Кохонена. Нейросети с общей регрессией и вероятностные нейросети.

2. Практическая работа с искусственными нейронными сетями.
Нейросетевой пакет NeuroShell Основные приемы работы. Импорт данных. Предобработка данных. Проектирование нейронных сетей. Обучение нейронных сетей. Постобработка данных. Решение практических задач. Автономное применение сетей.

3. Генетические алгоритмы
Пакет генетических алгоритмов GeneHunter. Параметры генетических алгоритмов. Постановка и решение задач оптимизации для случаев непрерывных хромосом и перечислимых хромосом с повторяющимися и с уникальными генами.

4. Нейросетевые пакеты NeuroShell Series
Пакеты NeuroShell Predictor и NeuroShell Classifier. Основные приемы работы. Решение задач прогнозирования, оценки и классификации. Автономное применение сетей.

Автор практикума: И.Г.Персианцев

Узнать подробнее и записаться можно здесь: http://nnga.narod.ru