Курсовые работы

Курсовые работы для студентов 2-го курса:

Направление – синхронтронное излучение и его применения

• Стимулированное излучение (вспышка) и запоминающие экраны.
• Сцинтилляторы в физике высоких энергий (большой адронный коллайдер) и в медицине.
• Синхротронное излучение в спектроскопии твердого тела.

Научный руководитель: с.н.с. Колобанов Виталий Николаевич, ком. 1-83, тел. моб. 965-262-43-32, e–mail: vkolobanov@yandex.ru

• Как заставить алмаз люминесцировать?

Новое поколение источников излучения, таких как лазеры на свободных электронах, открывает новые возможности исследования твердых тел, предоставляя недостижимые ранее потоки фотонов, позволяющие исследовать процессы с низким выходом, и расширяя временную шкалу в область фемтосекунд для широкого диапазона энергий. В то же время использование этих возможностей требует поиска новых оптических материалов, способных выдерживать высокие энергетические нагрузки. Одним из перспективных материалов является алмаз, и за-дачей курсовой работы будет анализ различных путей создания на его основе композитов с встроенными наночастицами с пикосекундной люминесценцией.

• Сверхбыстрые сцинтилляторы на основе перовскитов

Гибридные органо-неорганические перовскиты – новый класс материалов, обладающих яркой быстрой (субнаносекунды) люминесценцией. При этом, перовскитные материалы имеют сравнительно простую структуру и не нуждаются для своего производства в энергоёмких и сложных процессах. Тема работы связана с исследованием люминесцентных и кинетических свойств таких соединений. Актуальность и практическая значимость темы обусловлена революцией в области солнечной энергетики, где помимо традиционной кремниевой технологии для производства солнечных панелей используются перовскиты.

Более чем столетняя история поиска и создания новых неорганических сцинтилляторов продолжается: новые эксперименты и методики предъявляют новые требования к свойствам применяемых в них детекторов. В физике высоких энергий регистрация редких событий подразумевает использование ускорителей c высокими потоками; время-пролетные методики регистрации как в физике высоких энергий, так и в медицине, например, в позитрон-эмиссионной томографии, подразумевают временное разрешение, измеряемое десятками пикосекунд. Самые быстрые современные неорганические сцинтилляторы могут обеспечить не менее сотен пикосекунд. Проводимые в настоящее время исследования процессов релаксации электронных возбуждений с фемтосекундным разрешением позволяют получить информацию о переходных процессах и, возможно, выбрать из них те, на основе которых будут созданы принципиально новые сцинтилляторы.

Работа подразумевает ознакомление с литературой по следующим темам:

• Физика неорганических сцинтилляторов.

• Применение сцинтилляторов.

• Процессы релаксации энергии высокоэнергетических возбуждений в диэлектриках.

А также творческую часть — предложить процессы, на которых можно создать новые пикосекундные детекторы.

Научный руководитель: доцент Каменских Ирина Александровна, комн. 1-83, e-mail:ikamenskikh@bk.ru

• Как вернуть потерянную энергию в наночастицу?

При взаимодействии наночастиц с рентгеновским и ионизирующим излучением создаваемые быстрые электроны уносят большую часть энергии из наночастицы, и эффективность возбуждения таких частиц оказывается намного ниже, чем при воздействии света. Однако в композитных материалах (например, нано-частицы селенида кадмия в полистироле) выделяемая в связующем материале энергия может быть возвращена в наночастицу за счет диполь-дипольного переноса. Такие композитные материалы разрабатываются для сверхбыстрой регистрации гамма-излучения, и позволяют определить место рождения двух гамма-квантов при позитрон-электронной аннигиляции по времени их прихода на детекторы с точностью до нескольких миллиметров, что важно, например, в медицинской позитрон-эмиссионной томографии. В работе моделируются этапы переноса энергии в композитных материалах.

Научный руководитель: д.ф.-м.н. Васильев Андрей Николаевич, комн.2-18 (Южное крыло НИИЯФ), тел.495-939-2673, e-mail: anv@sinp.msu.ru

• Сцинтилляторы и люминофоры на основе смешанных кристаллов

Смешанные кристаллы могут обладать уникальными свойствами! Разупорядочение кристаллической структуры, характерное для смешанных кристаллов, в настоящее время является контролируемым фактором изменения свойств сцинтилляционных материалов. Тема работы связана с изучением влияния разупорядочения структуры на люминесценцию смешанных кристаллов. Актуальность темы обусловлена поиском новых функциональных материалов с улучшенными характеристиками для применения их в медицине, физике высоких энергий, светотехнической промышленности (pcLED) и других областях.

• В поисках идеального сцинтиллятора

Решение некоторых проблем современности требуют совершенствования методов создания и поиска новых сцинтилляционных материалов. Медицина, системы безопасности, высокие энергии – развитие этих сфер невозможно без стремления получить идеальный сцинтиллятор. Совершенствуются методы синтеза, исследуются разные формы материалов (тонкие пленки, керамика, твердые растворы и т.д.), улучшаются знания об их электронной структуре. Тем не менее, потенциал большинства новых сцинтилляционных материалов еще не исчерпан. Они далеки от фундаментальных пределов светового выхода, энергетического разрешения, времени затухания и др.

• Создание твердых растворов как способ контроля и совершенствования люминесцентных свойств

Синтез твердых растворов (смешанных кристаллов) на основе уже исследованных перспективных соединений позволяет изменять их люминесцентные свойства. Наибольший интерес вызывает возможное увеличение светового выхода в твердых растворах по сравнению кристаллами, его с составляющими. При изменении состава твердого раствора также меняется интенсивность и положение полос люминесценции, температура тушения и время ее затухания. Такое необычное поведение свойств вызывает нешуточный интерес у ученых всего мира, поскольку фундаментальное понимание причин позволит сделать существенный шаг вперед в развитии люминофоров

Научный руководитель (4-6):  к.ф.-м.н. Возняк Виктория Сергеевна,  levushkina@physics.msu.ru

Направление – физика твердотельных и полупроводниковых источников излучения

• Оптические и электрические свойства светодиодных гетероструктур на основе нитрида галлия.

Актуальность темы курсовой работы обусловлена растущим интересом к полупроводниковым источникам излучения, светодиодам, в видимой области спектра, связанным с перспективой замены с их помощью традиционных тепловых и разрядных источников света. Практическая значимость темы исследования обусловлена тем, полупроводниковые светодиоды все больше начинают применяться в качестве источников света в различных областях, в связи с чем необходимо понимать их физические основы.

• Методы получения белого света с помощью комбинации полупроводниковых светодиодных структур и люминофоров.

Тема курсовой работы посвящена анализу различных методов получения белого цвета свечения с помощью полупроводниковых источников излучения. Актуальность темы обусловлена растущим интересов к полупроводниковым светодиодам белого цвета свечения, что связано с перспективой замены с их помощью традиционных, тепловых и разрядных, источников света.

• Цветные светодиоды на основе полупроводниковых структур.

Тема курсовой работы посвящена анализу существующих светодиодов разного цвета свечения на основе на основе арсенидных, фосфидных, нитридных и доугих полупроводниковых структур, а также источников света и светотехнических изделий на их основе. Актуальность темы обусловлена растущим интересов к полупроводниковым светодиодам как к новому типу источников света для оптической индикации, что связано с ростом их использования в различных современных средствах отображения информации.

Научный руководитель: доцент, к.ф.-м.н. Туркин Андрей Николаевич, комн. 1-75, 1-78, тел. 8(495)939-29-94, моб.: +7-916-656-00-88, e–mail: andrey@turkin.su

• Светодиоды в волоконной оптике.

Актуальность темы курсовой работы обусловлена развитием волоконно-оптических линий связи и систем передачи информации и исследованию возможности и перспективы применения полупроводниковых светодиодов в них в качестве источников сигнала. Практическая значимость темы исследования обусловлена тем, полупроводниковые светодиоды имеют в настоящее время достаточно высокую оптическую мощность, при этом они существенно дешевле полупроводниковых лазеров, и их применение в волоконной оптике может иметь как физический, так и экономический эффект.

Научные руководители: доцент, к.ф.-м.н. Туркин Андрей Николаевич,  комн. 1-75, 1-78, тел. 29-94, моб.: +7-916-656-00-88, e–mail: andrey@turkin.su
н.с., к.т.н. Воронин Владимир Григорьевич, комн. 1-78, e-mail: voroninv@list.ru

• Оптика светодиодов и изделий на их основе.

Тема курсовой работы посвящена анализу существующих оптических систем различных светодиодов, а также источников света и светотехнических изделий на их основе. Актуальность темы обусловлена растущим интересов к полупроводниковым светодиодам как к новому типу источников света для светотехники и оптической индикации, что связано с перспективой замены с их помощью существующих источников света — ламп накаливания и разрядных ламп.

Научные руководители: доцент, к.ф.-м.н. Туркин Андрей Николаевич, комн. 1-75, 1-78, тел. 8(495)939-29-94, моб.: +7-916-656-00-88, e–mail: andrey@turkin.su
с.н.с. Маркова Светлана Николаевна, комн. 1-78, e-mail: snm2003@bk.ru

Предполагается, что работа будет проводиться по следующему плану:

• ознакомление с литературой по теме исследования, проработка вопроса о фотометрических характеристиках источников света;
• выполнение упражнений по моделированию оптических систем светодиодов для получения различных кривых светораспределения;
• участие в экспериментальных исследованиях и обработке результатов;
• публикация научных результатов.

Направление – когерентная оптика

• Использование вихревых световых пучков в системах атмосферной оптической связи нового типа

Рассматриваются теоретические и экспериментальные доказательства того, что пучки с винтовой структурой волнового фронта обладают повышенной степенью устойчивости к негативному воздействию турбулентных образований.

• Компьютерное моделирование процессов формирования световых пучков со сложной пространственной структурой – важный элемент совершенствования оптических диагностических устройств

Пучки со сложной структурой могут формироваться при просвечивании зондирующим излучением объектов, геометрические параметры которых нуждаются в определении.

Актуальность темы курсовой работы обусловлена возросшими требованиями к характеристикам опто-электронных систем, обеспечивающих запись и обработку оптической информации в разнообразных диагностических устройствах и линиях связи.

Предполагается, что работа будет проводиться по следующему плану:

• знакомство с физико-математическими моделями, описывающими быстропротекающие процессы в оптике (на примере стозастизации излучения в атмосфере);
• выполнение учебных упражнений по компьютерной обработке стохастических сигналов;
• экспериментальное исследование флуктуационной структуры лазерного излучения в турбулентной среде;
• публикация научных результатов, выбор темы для работы бакалавра

• Оптико-физические основания арттерапии как нового направления медицинской коррекции психического состояния пациентов

Арттерапия подразумевает улучшение психического состояния пациента путем предъявления ему изображений с фрактальными и природоподобными фрагментами. Работа предполагает анализ физического механизма развития когнитивных процессов в коре головного мозга при обработке оптической информации.

• Трансдисциплинарный характер физической оптики: эстетические аспекты оптических исследований в контексте положений современной эстетики.

Современная наука требует от исследователя определенных когнитологических навыков к личной интеллектуальной самоорганизации. Самоорганизация в свою очередь тесным образом связана с развитием полилогичного мышления, способного синтезировать в единое целое разные когнитивные культуры мышления (гуманитарную, естественно-научную, техническую, «бытовую» и т.д.). Данный тип мышления в значительной степени обеспечивает успех в интеллектуальной (концептуальной, креативной, мнемонической, управленческой, педагогической и т.д.) деятельности.

В научной работе (в частности, в области оптических исследований) часто используют междисциплинарные технологии, которые с единых позиций на основе универсального математического аппарата позволяют описывать и строить модели развития существенным образом отличающихся по физической природе структур и процессов. К таким технологиям могут быть отнесены фрактальные методы анализа, обеспечивающие наряду с извлечением целой системы физико-математических параметров целостное эстетическое восприятие объекта, позволяющее получить более глубокое понимание его физической сущности. В некоторых случаях фрактальный подход опирается на феномен Золотого сечения, который позволяет дать количественную оценку присутствия эстетической компоненты в проводимом исследовании.

• Интерпретация категорий красивого и прекрасного с точки зрения физической оптики.

Тема посвящена анализу эстетической компоненты осознанно или неосознанно присутствующей в оптических исследованиях. Особое внимание уделено определению места таких феноменов как Золотое сечение и структурное самоподобие в системе когнитологических отношений.

Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Короленко Павел Васильевич, комн. 2-07, южное крыло факультета (НИИЯФ), тел. 8(495)939-57-40, e-mail: pvkorolenko@rambler.ru

Предполагается, что работа будет проводиться по следующему плану:

• проработка вопроса о методологической значимости понятия красоты в научных исследованиях и когнитивных технологиях;
• исследование характеристик оптических элементов, реализующих принцип фрактальности и Золотого сечения;
• знакомство с работой кластера НБИКС в НИЦ ”Курчатовский институт”;
• публикация научных результатов, выбор темы для работы бакалавра.

Направление – оптика фрактальных объектов

Самоорганизация фрактальных кластеров наночастиц. Биомедицинские приложения.

• Свойства фрактальных многослойных систем с метаматериалами – путь к созданию новой элементной базы оптических устройств.

Предполагается изучение фрактальных многослойных систем тонких пленок с вставками из метаматериалов. Такие структуры находят практическое применение для разработки новых типов физических приборов с адаптивными характеристиками.

• Свойства наноструктурированных дендритных образований и их использование в медицине

При получении наноструктурированных лекарственных средств следует считаться с процессом формирования дендритных кластеров. Такого рода структуры наблюдаются в биологии и медицине: в кроветворной системе глаза, нервной системе человека, в структуре корней и листьев растений, при росте колоний микроорганизмов и др. В центре внимания будет определение формы и характеристик дендритных образований.

 Фрактал – это структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобныx целому. Большой интерес к фрактальным структурам объясняется тем, что они гораздо лучше обеспечивают представление многих природных объектов и явлений по сравнению с их аналогами классической геометрии. В настоящее время элементы с фрактальной структурой широко используются в различных оптических устройствах, создаваемых, в частности, с использованием современных нанотехнологий. Так, апериодические многослойные структуры с фрактальными свойствами нашли применение в системах, обеспечивающих удвоение частоты оптического излучения, компрессию световых импульсов, узкополосную фильтрацию, широкодиапазонное отражение лазерных пучков, а также при разработке и изготовлении элементов рентгеновской оптики.

Научный руководитель (11-12): в.н.с. к.ф.-м.н. Рыжикова Юлия Владимировна комн. 2-08а (Южное крыло НИИЯФ), тел. (495) 939 5740, e-mail: ryzhikovaju@rambler.ru

Предполагается, что курсовые работы будут проводиться по следующему плану:

• ознакомление с литературой по теме исследования и методами фрактального анализа;
• выбор типа курсовой работы: реферативная (по литературе) или научно-практическая.
• освоение алгоритмов и программного обеспечения (в средах Mathcad и MATLAB);
• активное участие в теоретических и экспериментальных исследованиях фрактальных структур и сигналов.
• выбор работы бакалавра, участие в работе конференций и публикация научных результатов

Направление – физические проблемы волоконно-оптической связи

• Когерентные оптические системы связи с цифровой обработкой сигналов.

Тема курсовой работы связана с новым научным направлением в оптике, возникшим в результате внедрения цифровой обработки сигналов в оптические системы связи.

Практическая значимость темы исследования обусловлена революционными изменениями в волоконно-оптических сетях связи, вызванных заменой традиционных систем связи с прямым детектированием новым поколением когерентных систем связи.

• Принципы работы и перспективы практического использования терабитных суперканалов в волоконно-оптических сетях связи.

Тема курсовой работы связана с новым научным направлением в оптике, возникшим в результате разработки волоконно-оптических систем связи со сверхплотным расположением каналов.

Практическая значимость темы исследования обусловлена революционными изменениями в волоконно-оптических сетях связи, вызванных заменой традиционных систем связи с прямым детектированием новым поколением когерентных систем связи и растущими потребностями в объемах передаваемой по волоконно-оптическим линиям связи информации.

• Нелинейные искажения сигналов в когерентных оптических системах связи.

Тема курсовой работы связана с новым научным направлением в оптике, возникшим в результате разработки когерентных волоконно-оптических систем связи. Характер нелинейных искажений сигналов в таких системах связи принципиально иной, чем в традиционных системах связи с прямым детектированием.

Практическая значимость темы исследования обусловлена революционными изменениями в волоконно-оптических сетях связи, вызванных заменой традиционных систем связи с прямым детектированием новым поколением когерентных систем связи.

• Форматы модуляции в когерентных системах связи.

Тема курсовой работы связана с новым научным направлением в оптике, возникшим в результате разработки когерентных волоконно-оптических систем связи, которые позволяют реализовывать любые многоуровневые форматы модуляции, обеспечивая увеличение скорости передачи информации в несколько раз в зависимости от емкости формата.
Практическая значимость темы исследования обусловлена революционными изменениями в волоконно-оптических сетях связи, вызванных заменой традиционных систем связи с прямым детектированием новым поколением когерентных систем связи и продолжающимся ростом потребностей в объеме передаваемой информации.

• Методы увеличения скорости передачи информации в оптических линиях связи.

Тема курсовой работы связана с новым научным направлением в оптике, возникшим в результате разработки когерентных волоконно-оптических систем связи. Несмотря на существенное увеличение скорости передачи информации в когерентных волоконно-оптических системах связи емкость оптических систем связи близка к насыщению и требуется разработка принципиально новых методов увеличения скорости передачи информации в оптических линиях связи.

Практическая значимость темы исследования обусловлена революционными изменениями в волоконно-оптических сетях связи, вызванных заменой традиционных систем связи с прямым детектированием новым поколением когерентных систем связи и продолжающимся ростом потребностей в объеме передаваемой информации.

•  «Медленный свет»: физические механизмы и технические применения

• Цифровая обработка оптических сигналов в системах связи

Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Наний Олег Евгеньевич, комн. 1-78, e-mail: naniy@t8.ru

Направление – оптические датчики

• Методы увеличения дальности работы распределенных волоконноптических датчиков внешних воздействий.

• Когерентные волоконно-оптические рефлектометры и их применение.

Тема курсовой работы связана с новым научным направлением в оптике, возникшим в результате разработки когерентных волоконно-оптических распределенных датчиков использующих релеевское рассеяние или рассеяние Мандельштамма-Бриллюена.

Практическая значимость темы исследования обусловлена широкими возможностями практических применений когерентных рефлектометров разного типа.

Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Наний Олег Евгеньевич, комн. 1-78, e-mail: naniy@t8.ru

Предполагается, что работа будет проводиться по следующему плану:

• ознакомление с литературой по теме исследования;
• участие в теоретических и экспериментальных исследованиях
• публикация научных результатов.

Направление – физика лазеров

• Принципы и устройства для синхронизации мод в твердотельных лазерах нового поколения.

Новизна во многих случаях определяется не только реализацией новых принципов, но и новыми материалами и устройствами, включаемыми в состав уже известного лазера. И это позволяет расширить спектральный диапазон, повысить эффективность, получить новым способом мощную импульсную генерацию. Курсовая работа носит обзорный характер, нужно продемонстрировать свое понимание физики явления

• Нелинейная динамика генерации лазеров с акусто-оптическим модулятором в резонаторе.

Лазеры с акустооптическими модуляторами (АОМ) в резонаторе в последние годы демонстрируют необычную динамику: установившийся режим синхронизации мод (СМ), возникающий благодаря наличию АОМ, в широком диапазоне лазерных параметров изменяется на режим, соответствующий одновременной модуляции добротности. Это позволяет на несколько порядков увеличить пиковую интенсивность импульсов СМ. При выполнении курсовой работы нужно понять физические особенности такой динамики и разобраться в методах теоретического описания.

• Моделирование неустойчивостей, автоколебаний и хаоса в твердотельных и газовых лазерах

Неустойчивость стационарной генерации в лазерах приводит к автоколебательному режиму с различными характеристиками и, в том числе, к хаотической генерации. Наиболее интересным аспектом этого явления является управление, то есть возможность изменять характер генерации путем изменения, в небольших пределах, «управляющего» параметра лазера. Курсовая работа посвящена изучению вопросов устойчивости и возможностей управления динамикой генерации.

• Разработка физических моделей волоконных лазеров, использующих редкоземельные и висмутовые активные центры. Сравнение с экспериментом.

Волоконные лазеры завоевывают все большую популярность в различных областях физики, техники, медицины. На эту тему выходит большое количество экспериментальных работ, заметно меньше работ, в которых есть сравнение с теоретическим описанием. Адекватные физические модели волоконных лазеров позволяют предсказать пути их дальнейшего совершенствования. В курсовой работе будет предложено критически проанализировать несколько существующих моделей.

Некоторые типы лазеров могут рассматриваться как нелинейные динамические системы, обладающие достаточно сложным поведением. Так, в мощных быстропроточных лазерах даже при полностью стабильных внешних параметрах возможна самопроизвольная раскачка колебаний мощности, которая ведет к автомодуляционному режиму. Частным случаем такого режима является хаотическая генерация, которая имеет особенности, присущие именно этому классу систем. Особенности остаются до настоящего времени слабо изученными.

Обращение волнового фронта оптического излучения – оптический эффект, при реализации которого перестает работать один из основных законов оптики – закон отражения. Свет, падающий на среду, при отражении от нее не изменяет свое направление, а возвращается назад по своему пути, например, расходящийся пучок собирается обратно к источнику. Физические механизмы, лежащие в основе явления обращения волнового фронта, условия его реализации, возможные применения – такие вопросы составляют содержание курсовых работ по этой теме.

Научные руководители: д.ф.-м.н., профессор Федосеев Анатолий Иванович, комн. Ц-77, тел. 8(495)939-59-81, e-mail: fedoseev362@mail.ru
д.ф-м.н., доцент Одинцов Анатолий Иванович, комн. Ц-77, 59-81, тел. 8(495)939-59-81,  e-mail: odinaiv@yandex.ru

• Лазерные и нелинейно-оптические методы в медицине

Лазерная физика – одна из основ современных медицинских технологий, открывающая новые возможности в диагностике, хирургии, терапии. В курсовой работе рассматриваются самые разные аспекты использования лазерных методов в клинической практике и исследовательской работе

• Сингулярная оптика – новая область физической оптики

Рассматриваются реальные оптические волны, в которых вдоль линий, где амплитуда поля исчезает, возникает неопределенность фазы, разрывается волновой фронт, происходит циркуляция энергии. Численно рассчитываются модуль и фаза оптического поля в точках сингулярности.

• Обращение волнового фронта светового излучения: применения в науке и технике.

Самонаведение излучения на любую мишень, компенсация искажений оптического изображения, получение мощных высококачественных пучков – все это возможно с помощью обращения волнового фронта.

Научный руководитель (17-19): доцент, к.ф.-м.н. Вохник Ольга Михайловна, комн. Ц-71, тел.495-939-3659, e–mail: vokhnik@rambler.ru

Направление – физика наносистем

• Многоволновая дифракция рентгеновских лучей.

• Исследование органических многослойных систем методом стоя-чих рентгеновских волн.

• Пленки Ленгмюра-Блоджетт как модель биологических мембран.

• Методы получения наночастиц.

• Биосистемы в нанотехнологии.

• Наносистемы для адресной доставки лекарств.

• Синхротронное излучение для диагностики наносистем.

• Рентгеновские лазеры на свободных электронах.

• Методы исследования атомной структуры вещества.

• Высокотемпературные сверхпроводники 2 поколения.

• Нейровычислительные устройства: вчера, сегодня, завтра.

• Терагерцовое излучение как инструмент диагностики нано- и био-систем.

• Методы генерации терагерцового излучения.

Научный руководитель : профессор, д.ф.-м.н. Стремоухов Сергей Юрьевич, тел.495-939-4414, e-mail: sustrem@gmail.com.

Есть вопросы?

Обращайтесь:

к Вохник Ольге Михайловне, тел.495-939-3659, vokhnik@rambler.ru, ком. Ц-71;

или

к Возняк Виктории Сергеевне 8-915-325-23-50,  levushkina@physics.msu.ru