Фонд оценочных средств к рабочей программе по дисциплине "Квантовая электроника"

Липецкий государственный технический университет

ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ

для промежуточной аттестации по дисциплине

«Квантовая электроника»

_____________________________________________________________

наименование дисциплины (модуля, практики)

Направление подготовки: 28.03.02 «Наноинженерия»

Профиль подготовки: Нанотехнологии и наноматериалы

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

г. Липецк – 2019 г.

База заданий для проведения промежуточной аттестации

по дисциплине «Квантовая электроника»

В результате освоения дисциплины обучающийся приобетает и осваивает компетенции ОПК-1, ПК-6, ПК-7.

Компетенция ОПК-1 – способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и экспериментального исследования.

Компетенция ПК-6 – способность в составе коллектива исполнителей участвовать в проведении расчетных работ (по существующим методикам) при проектировании нанообъектов и формируемых на их основе изделий (включая электронные, механические,  оптические).

Компетенция ПК-7 – способность в составе коллектива исполнителей участвовать в проектных работах по созданию и производству нанообъектов, модулей и изделий на их основе.

Блок 1 – задания для проверки уровня «знать»:

1. Кто в 1900 г. впервые выдвинул теорию о квантовании излучения черного тела (ОПК-1)?

1) М. Планк

2) Н. Бор

3) А. Эйнштейн

4) П. Дирак

2. Какое понятие, положившее начала развития квантовой электроники, ввел в 1917 году А. Эйнштейн (ОПК-1)?

1) внешний фотоэффект

2) фотон

3) индуцированное излучение

4) корпускулярно-волновой дуализм.

3. В августе 1960 года Т.Г.Мейман осуществил первую в мире генерацию в оптическом диапазоне волн. На основе какого вещества им был изготовлен первый лазер (ОПК-1)?

1) гелий-неоновый состав

2) рубин

3) арсенид галлия

4) жидкий краситель.

4. Как называется уровень, в котором сравнительно долго может находится возбужденный атом (ОПК-1, ПК-6)?

1) основной

2) возбужденный

3) метастабильный

4) населенный

5. Следствием какого закона квантовой механики является «размытие» резонансных уровней (ОПК-1)?

1) второй постулат Бора

2) принцип неопределенности Гейзенберга

3) принцип суперпозиции состояний волновой функции

4) принцип Паули

6. Какие моды лазеров существуют (ОПК-1, ПК-6)?

1) Поперечные и продольные

2) Основные и возбужденные

3) Аксиальные и неаксиальные

4) Стабильные и нестабильные.

7. Как называется трансверсальная мода ТЕМ₀₀ (ОПК-1, ПК-7)?

1) Продольная

2) Синхронизированная

3) Основная

4) Аксиальная

8. Что является активной средой в твердотельных лазерах (ОПК-1, ПК-6)?

1) Кристаллы любых металлов

2) Кристаллы любых неметаллов

3) Диэлектрические кристаллы

4) Упруго деформированные кристаллы тугоплавких металлов

9. По какой схеме накачки работают лазеры на неодимовых стеклах (ОПК-1)?

1) Трехуровневая

2) Двухуровневая

3) Многоуровневая

4) Четырехуровневая

10. Какие полупроводниковые лазеры получили в последнее время наибольшее распространение (ОПК-1, ПК-6)?

1) Гетероструктурные

2) Кремниевые

3) Арсенид-галлиевые

4) На основе изоморфных твердых растворов

11. Что является главной особенностью лазеров на красителях (ПК-6, ПК-7)?

1) Высокая плотность потока излучения

2) Быстрая накачка

3) Повышенная шумоустойчивость

4) Перестройка длины волны излучения от ультрафиолетового до инфракрасного

12. Какой отличительной особенностью не обладают газовые лазеры по сравнению с лазерами на конденсированных средах (ОПК-1, ПК-7)?

1) Узкие спектральные линии излучения

2) Совмещение областей инверсной заселенности и светового поля

3) Острая направленность излучения

4) Широкий диапазон рабочих длин волн излучения

13. К какой разновидности лазеров относятся эксмерные лазеры (ПК-6, ПК-7)?

1) твердотельные

2) полупроводниковые

3) жидкостные

4) газовые

14. Что представляет собой лазер на свободных электронах (ОПК-1, ПК-6)?

1) генератор когерентных электромагнитных колебаний оптического диапазона длин волн

2) газовый лазер, активная среда которых является парами металлов

3) лазер, в котором инверсия населенностей создается во время экзотермических химических реакций

4) газовый лазер, активная среда которого представляет собой электронные переходы в молекулах

15. Тонкая гибкая светопроводящая нить, выполняющая функцию диэлектрического волновода, излучение по которому может передаваться на большие расстояния. Что это (ОПК-1, ПК-6)?

1) Полупроводниковый гетероструктурный световод

2) Волоконный световод

3) Цифровая система волноводов

4) Аналоговая система световодов.

Блок 2 – задания для проверки уровня «уметь»:

1. Взаимодействие электромагнитного излучения с атомными системами (ОПК-1, ПК-6).

2. Усиление и генерация электромагнитного излучения (ОПК-1, ПК-6).

3. Распространение и преобразование лазерных пучков (ОПК-1, ПК-6, ПК‑7).

4. Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках (ОПК-1, ПК-6).

5. Нелинейные оптические эффекты (ПК-6, ПК-7).

6. Мазеры (ПК-6, ПК-7).

7. Газовые лазеры (ОПК-1, ПК-6, ПК‑7).

8. Твердотельные и жидкостные лазеры (ОПК-1, ПК-6, ПК‑7).

9. Полупроводниковые лазеры (ОПК-1, ПК-6, ПК‑7).

10. Приборы управления лазерным излучением (ПК-6, ПК‑7).

11. Полупроводниковые светодиоды (ОПК-1, ПК-6, ПК‑7).

12. Фотоприемники (ОПК-1, ПК-6).

13. Оптические методы передачи и обработки информации (ПК-6, ПК‑7).

14. Применение лазеров в медицине, технике и наноинженерии (ПК-6, ПК‑7).

Блок 3 – задания для проверки уровня «владеть»:

Задание 1. Найти число продольных мод, плоскопараллельного резонатора длиной L = 1м, укладывающихся в пределах доплеровски-уширенного контура линии Ne с длиной волны λ=632,8 нм. Термодинамическая температура газа Т = 300 К (ОПК-1, ПК-6, ПК-7).

Задание 2. Резонатор лазера состоит из двух зеркал с коэффициентами отражения R₁ = 1, R₂ = 0,5. Длина активной среды l=7,5 см, а сечение перехода σ = 8,8 ∙10^-19 см². Вычислить порог инверсной населенности (ОПК-1, ПК-6, ПК-7).

Задание 3. С помощью собирающей линзы получено изображение предмета на экране. Между линзой и экраном помещена плоскопараллельная пластина толщиной  d = 3 см с показателем преломления  n = 1,5. В каком направлении и на сколько нужно сдвинуть экран, чтобы получить отчетливое изображение предмета (ОПК-1, ПК-6, ПК-7)?

Задание 4. Вычислить угловую расходимость и диаметр гауссового пучка, выходящего из резонатора со следующими параметрами R₁ = R₂ =10 м, L=1,5 м на расстоянии l = 100м от центра резонатора. Генерация происходит на длине волны λ = 0,6328 мкм (ОПК-1, ПК-6, ПК-7).

Задание 5. Рассчитать местоположение минимального сечения лазерного пучка, если активная среда помещена в несимметричный резонатор, состоящий из двух вогнутых  зеркал с радиусами кривизны  R₁ = 1 м; R₂ = 3 м. Расстояние между зеркалами L= 0,5 м. Определить также минимальный размер пучка и размеры пятен на зеркалах. Лазер - гелий-неоновый, генерирует излучение с максимальной длиной волны (ОПК-1, ПК-6, ПК-7).

Задание 6. Предмет находится на расстоянии  90 см от экрана. Между предметом и экраном помещают линзу, причем при одном положении линзы на экране получается увеличенное изображение предмета, а при другом - уменьшенное. Каково фокусное расстояние линзы, если линейные размеры первого изображения в 4 раза больше второго (ОПК-1, ПК-6, ПК-7)?

Задание 7. Лазер на рубине излучает в импульсе длительностью τ = 0,5 мс энергию W= 10 Дж в виде почти параллельного светового пучка. Рабочая длина волны лазера - 643 мкм, ширина линии Δλ = 10^-10 м. Определить по спектральной плотности излучаемой энергии эффективную температуру в лазерном пучке. Эффективной температурой Т_эф лазерного излучения называется такая температура абсолютно черного тела, при которой оно дает излучение той же удельной интенсивности I(ν) на частоте ν,что и лазер (ОПК-1, ПК-6, ПК-7).

Задание 8. Во сколько раз (приблизительно) длина когерентности излучения лазера Не – Ne лазера (λ = 632,8 нм), активная среда которого помещена в плоскопараллельный резонатор, зеркала которого имеют одинаковый коэффициент отражения R = 0,99 и разнесены на расстояние L = 1 м. больше длины когерентности солнечного света (ОПК-1, ПК-6, ПК-7)?

Задание 9. Рассчитать минимальный размер лазерного пучка и размеры пятен на зеркалах, если активная среда помещена в несимметричный резонатор, состоящий из двух вогнутых  зеркал с радиусами кривизны  R₁ = 1 м; R₂ = 3 м. Расстояние между зеркалами L= 0,5 м. Лазер - гелий-неоновый, генерирует излучение с максимальной длиной волны (ОПК-1, ПК-6, ПК-7).

Задание 10. Вычислить ширину функции Эйри на длине волны λ=632,8 нм для интерферометра Фабри-Перо со следующими параметрами: коэффициенты отражения зеркал r₁ = r₂ = 0,95, расстояние между зеркалами L = 0,5 м. Ответ выразить в МГц (ОПК-1, ПК-6, ПК-7).

Методика оценки промежуточной аттестации

Оценка результатов промежуточной аттестации проводится по 100 –бальной системе, из которых:

30 баллов – суммарная оценка заданий для проверки уровня «знать»;

40 баллов – суммарная оценка заданий для проверки уровня «уметь»;

30 баллов – суммарная оценка заданий для проверки уровня «владеть».

Методика расчета критериев оценки регламентирована методическими рекомендациями МР-06-2018

Критерии оценки результатов промежуточной аттестации

Уровень задания	Число* заданий	Критерии оценки
Блок 1 - задания для проверки уровня «знать»	5/15	не знает – 0 баллов знает  – 6 баллов
Блок 2 - задания для проверки уровня «уметь»	4/14	отсутствие умения – 0 баллов знает, но не умеет – 5 баллов знает и умеет – 10 баллов
Блок 3 - задания для проверки уровня «владеть»	3/10	не умеет действовать в нестандартной ситуации – 0 баллов; знает, как действовать, но не умеет применить навыки в нестандартной ситуации – 5 баллов умеет частично разрешить нестандартную ситуацию – 10 баллов умеет действовать в нестандартной ситуации – 15 баллов

*- в числителе указано количество заданий, выданных обучающемуся / в знаменателе общее количество вопросов по блоку.

Составитель  ФОС:                                  _________________ Заворотний А.А.                                                                                                                         

                                                                            подпись                            ФИО           

ФОС рассмотрен и одобрен на заседании

кафедры физики и биомедицинской техники

                         наименование

протокол  от «___»______20__г №____

Заведующий кафедрой                              _________________ Шарапов С.И.                                                                                                                          

                                                                            подпись                            ФИО           

Краткое описание документа:

Фонд оценочных средств к рабочей программе по дисциплине "Квантовая электроника" составлен в соответствии с ФГОС 3++ ВО.

Специальность: 28.03.02 «Наноинженерия»

Специализация: «Нанотехнологии и наноматериалы»

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Авторы:

доцент кафедры физики и биомедицинской техники ЛГТУ Г.С. Строковский

доцент кафедры физики и биомедицинской техники ЛГТУ А.А. Заворотний