Распределенные колебательные системы в средах и устройствах современной радиоэлектроники

проф. Логгинов А. С., доц. Белокопытов Г. В., ст. преп. Ржанов А. Г.
36 часов (весенний семестр)

Программа курса

1. Диэлектрические резонаторы. Особенности возбуждения и нелинейных взаимодействий. Вынужденное комбинационное рассеяние, вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна, вынужденное температурное рассеяние. Экспериментальные проявления, электродинамический и колебательный аспекты. Приложения (исследование аэрозольных частиц, оптическая левитация, элементы волоконно-оптических систем и др.).
2. Переработка оптической информации в технологии интегральных микросхем. Планарная технология и оптическая литография. Этапы и волновые явления в литографическом процессе: экспонирование (дифракция частично когерентных волн), термообработка резиста (диффузия фотоактивных молекул), травление (волны фронта травления). Формирование литографического изображения. Факторы, лимитирующие критические размеры.
3. Основы электродинамики композитных материалов и фотонных кристаллов. Применения для создания поглощающих структур СВЧ, электромагнитных направляющих систем. Связь с проблематикой фазированных антенных решеток.
4. Зонная теория полупроводников. Прямозонные и непрямозонные полупроводники. Вынужденная и спонтанная рекомбинация носителей в полупроводнике. Коэффициенты Эйнштейна. Уровень и квазиуровни Ферми.
5. Оптическая связь по диэлектрическим волноводам. Шкала частот. Типы длинных линий. Особенности распространения в волноводах электромагнитных волн оптического диапазона. Типы оптических волноводов: ступенчатые, градиентные, многомодовые, пассивные, активные, планарные, двумерные.
6. Передача сигналов по оптическим волокнам. Спектры сигналов. Модовая и материальная дисперсия, затухание. Волновой пакет и дальность передачи информации по линии связи. Фазовая и групповая скорости. Решения волнового уравнения для волноводных и вытекающих мод. Нормированная частота. Характеристическое (дисперсионное) уравнение. Граничные условия. Формулы Френеля. Полное внутреннее отражение. Лучевое и волновое описания распространения оптической волны по направляющей структуре. Сдвиг Гуса-Хенхена. Эффективная ширина волновода. Поперечный резонанс. Критическая частота. Продольная и поперечная постоянные распространения. Вариационные методы расчета градиентных оптических волноводов. Метод ВКБ в применении к "слабым" волноводам. Теория связанных мод для расчета оптического взаимодействия между волноводами.
7. Понятие об активной среде. Условие Бернарда-Дюрафура. Открытие оптически активных сред и разработка инжекционных лазеров (ИЛ): Лосев, Хаяси, Алферов, Басов и др. Качественное описание принципа действия инжекционных лазеров на гомо- и гетероструктурах. Квантово-размерные эффекты в полупроводниках. Гетеропереходы в полупроводниках. Материалы для инжекционных лазеров. Технологии изготовления многослойных полупроводниковых структур: LPE, MOCVD, MBE. Типы инжекционных лазеров.
8. Динамика излучения ИЛ. Скоростные уравнения. Энергетический баланс. Нелинейная рефракция. Явление автомодуляции излучения ИЛ и его возможные причины. Решение интегральных скоростных уравнений методом линеаризации. Понятие о самосогласованной задаче при расчете динамики излучения ИЛ. Последние достижения в физике и технологии ИЛ. Использование ИЛ в науке, технике и быту. Перспективы применения ИЛ в будущем.
9. Методы исследования быстропротекающих процессов в лазерных структурах и элементах интегральной оптики. Оптическая зондовая микроскопия ближнего поля и ее применение к исследованию магнитных микро- и наноструктур. Оптический зонд как средство изучения распределения электромагнитных полей в быстродействующих интегральных схемах.

Литература