РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ...

ЗАТВЕРДЖЕНО Наказ ректора Київського національного

університету імені Тараса Шевченка від «___»____________2017 року за №__________

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

Фізичний факультет

Кафедра експериментальної фізики

«ЗАТВЕРДЖУЮ»

Заступник декана

з навчальної роботи

_______________________

«____»____________20__ року

РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ1

ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ЗАПИСУ ТА ЗЧИТУВАННЯ ІНФОРМАЦІЇ

для студентів

галузь знань _____________10. Природничі науки____________________________

спеціальність _____________104. Фізика та астрономія_________________________

освітній рівень ______________другий (магістр)________________________________

освітня програма ______________фізика________________________________________

спеціалізація ______________фотоніка______________________________________

вид дисципліни __________ за вибором навчального закладу______________________

Форма навчання _очна, лекції_

Навчальний рік _2018-19____

Семестр __IV маг.___

Кількість кредитів ECTS __1.5_______

Мова викладання, навчання та оцінювання _українська_

Форма заключного контролю _залік______

Викладачі: _______доц. Кутовий С.Ю._____________________________________________

Пролонговано: на 20__/20__ н.р./_________(_________) «__»_____20____р.

на 20__/20__ н.р./_________(_________) «__»_____20____р.

КИЇВ – 2018

2

Розробник: Кутовий С. Ю., доцент, канд. фіз.-мат.наук, кафедра експериментальної фізики.

ЗАТВЕРДЖЕНО

Зав. кафедри експериментальної фізики

______________________(Дмитрук І.М.)

Протокол № 1 від “03”вересня 2018 р.

Схвалено науково - методичною комісією факультету

_____________________________________________________________________

Протокол від «____» _____________ 20__ року №___

Голова науково-методичної комісії ____________________ (________________) (підпис) (прізвище та ініціали)

«_____» _________________ 20___ року

3

ВСТУП

Навчальна дисципліна «Фізичні основи запису та зчитування інформації» є

складовою освітньо-професійної програми підготовки фахівців за освітньо-

кваліфікаційним рівнем «магістр» галузі знань 10. Природничі науки, спеціальності - 104.

Фізика та астрономія. Дана дисципліна за вибором навчального закладу викладається у

II семестрі VІ курсу (IV семестрі магістратури) в обсязі – 45 год. (1.5 кредити ECTS)

зокрема: лекції – 15 год., самостійна робота – 30 год. У курсі передбачено 1 колоквіум-

контрольна робота. Завершується дисципліна – іспитом.

1. Мета дисципліни – Метою навчальної дисципліни «Фізичні основи запису та

зчитування інформації» є отримання слухачем знань з практичного розділу фізики, що

вивчає основні методи запису та зчитування інформації, а також проблеми розпізнавання

образів. Досягти розуміння теоретичних основ описаних методів та проблем, а також

вміння застосовувати отримані знання у науковій чи технічній роботі.

2. Попередні вимоги до опанування або вибору навчальної дисципліни:

Знання основних розділів загальних курсів математики та фізики: «Математичний

аналіз», «Електрика», «Оптика», «Атомна фізика», основних тем курсів теоретичної

фізики «Квантова механіка», «Електродинаміка», «Фізика твердого тіла» та спецкурсу

"Поширення світла в анізотропних та неоднорідних середовищах"

3. Анотація навчальної дисципліни:

Предметом навчальної дисципліни «Фізичні основи запису та зчитування інформації» є

вивчення загальних проблем оптичних методів запису та зчитування інформації. В

лекційному курсі особлива увага приділяється голографії як методу запису та

зчитування інформації, застосуванню голографії, зокрема, голографічній мікроскопії,

диференціальній інтерферометрії, а також проблемі розпізнавання образів. Зокрема,

розглядаються питання: загальні схеми запису та відтворення зображень; типи голограм

(фазові, амплітудні; плоскі, об’ємні); рівняння Габора; об’ємні голограми; теорія

Когельника зв’язаних хвиль; фазові та амплітудні, пропускаючі та відбивні об’ємні

голограми; схема Денисюка; кольорова голографія. Джерела світла, матеріали, техніка

голографічного експерименту. Голографія з імпульсними лазерами. Застосування

голографії: мікроскопія, голографічна інтерферометрія; контури рельєфу,

стробоскопічні методи. Розпізнавання образів: голограмні просторові фільтри;

ідентифікація образів; послідовне та паралельне розпізнавання; кодування та збереження

числової інформації. Середовища для запису інформації.

4. Завдання (навчальні цілі) - Завданням навчальної дисципліни «Фізичні основи запису

та зчитування інформації» є ознайомлення слухача з практичним розділом фізики, що

вивчає основні методи запису та зчитування інформації, а також проблеми розпізнавання

образів. Досягти слухачем розуміння теоретичних основ вказаних методів та проблем,

вміння застосовувати отримані знання у науковій чи технічній роботі.

4

5. Результати навчання за дисципліною: (описуються з детальною достовірністю для

розробки заходів оцінювання) Результат навчання (1. знати; 2. вміти) Методи викладання

і навчання

Методи

оцінювання

Відсоток у

підсумкові

й оцінці з

дисципліни

Ко

д Результат навчання

1 1.1. Голографія як метод запису та

зчитування інформації. Основні схеми

отримання голограм різних типів

лекції опитування 10

1.2. Характеристики об’ємних

голограм. Кольорова голографія.

Схема Денисюка.


1.3. Голографія з імпульсними

лазерами. Техніка голографічного

експерименту.


1.4. Застосування голографії -

мікроскопія; диференціальна

інтерферометрія; стробоскопічні

методи


1.5. Розпізнавання образів: голограмні

просторові фільтри; ідентифікація

образів; послідовне та паралельне

(Ван-дер-Люгт) розпізнавання.

лекції опитування;

модульна

контрольна

робота

30

2 2.1. Вміти формулювати основні

фізичні принципи, які реалізують

розглянуті методи запису та

зчитування інформації.

Письмові

завдання

10

2.2. Зобразити загальні схеми запису та

відтворення зображень;

Записати рівняння Габора та пояснити

висновки з нього.

Письмові

завдання

15

2.3. Вміти реалізувати в

голографічному експерименті основні

схеми отримання голограм різних

типів

опитування 5

5

6. Співвідношення результатів навчання дисципліни із програмними результатами

навчання (необов’язково для вибіркових дисциплін)

Результати навчання дисципліни

Програмні результати навчання 1 2

1.Знати курси загальної та теоретичної фізики; загальні математичні курси, основні

питання комп’ютерних наук та сучасних інформаційних технологій.

2.Розуміти основні положення та питання з теорії твердого тіла; спектроскопії

багатоатомних молекул та кристалів; плазмонів; квантової оптики; фотоніки

органічних середовищ; нелінійної оптики; теоретико-групових методів у фотоніці;

спектроскопії комбінаційного розсіяння світла; атомно-силової, тунельної та

флуоресцентної конфокальної мікроскопії; фулеренів, графенів та нанотрубок;

біофотоніки; фотохімічних та фотобіохімічних перетворень в конденсованих

середовищах; поляриметрії хіральних систем живої та неживої природи;

електронних процесів в наноструктурах для фотоніки, фотонних кристалах,

метаматеріалах та органічних середовищах; молекулярної та біоелектроніки;

сонячних елементів та малоенергозатратних джерел випромінювання; запису та

зчитування інформації, квантової та біоінформатики; фізичних та хімічних процесів

в біологічних об'єктах; основ Фур'є оптики; електро- і магнітооптики рідких

кристалів.

Застосування знань і розумінь

3.Вміти використовувати фізичні та математичні моделі фізичних процесів; методи

фізичних вимірювань та аналіз їх достовірності.

4.Вміти тестувати реалізацію модельних гіпотез оптичними методами.

5.Вміти проводити експериментальне дослідження структурних, хімічних,

оптичних та електрофізичних властивостей органічних (в тім числі біологічних та

нанооб’єктів) і неорганічних середовищ, напівпровідникових та металевих

наночастинок.

6.Вміти встановлювати зв’язки між спектральними характеристиками

конденсованих середовищ, їх будовою та і фізичними процесами в них (кристалічна

будова, електронні та коливальні енергетичні спектри, стан та властивості

поверхні)

7.Вміти описати електронні процеси в макромолекулах, конденсованих

середовищах та наносистемах; отримувати вольт-амперні та фотовольтаїчні

характеристики окремих функціональних молекул для наноелектроніки та

нанофотоніки.

8.Вміти проводити прикладні дослідження у фундаментальних областях фотоніки:

малоенергозатратні джерела світла, сенсорика, наноелектроніка та спінтроніка.

9.Вміти проводити прикладні дослідження у молекулярній фармакології та

фундаментальній медицині.

Формування суджень

10.Самостійно аналізувати стан та перспективи розвитку сучасних досліджень у

галузі оптики, фотоніки, нано- та біофотоніки, плазмоніки, спінтроніки,

астрофізики.

11.Розуміти конкретні напрямки діяльності у рамках отриманої спеціальності і на

межі предметних галузей знань

+

+

+

+

+

+

+

+

+

6

12.Здатність розв’язувати спеціалізовані задачі та практичні проблеми у відповідній

галузі професійної діяльності або у процесі навчання, що передбачає застосування

певних теорій та методів відповідної науки і характеризується комплексністю та

певною невизначеністю умов

13.Розуміти науково і технічно значиму проблематику у галузі оптики, фотоніки,

нано- та біофотоніки та суміжних галузях знань, володіти різними формами її

публічної презентації

14.Формулювати робочі гіпотези досліджуваної проблеми, вибирати та вміти

обґрунтувати необхідні та ефективні методи їх експериментальних досліджень в

залежності від предмету та об’єкту досліджень.

+

+

+

7. Схема формування оцінки:

7.1. Форми оцінювання студентів:

- семестрове оцінювання (поточний контроль)

При виставленні балів за модуль враховуються:

- знання та розуміння матеріалу, ступінь активності студента на передлекційному

опитуванні, якість виконання домашніх завдань та завдань для самостійної роботи

(до 20 балів);

- якість опрацювання лекційного матеріалу, - знання та розуміння - перевіряється під

час колоквіуму-контрольної роботи (до 40 балів).

- підсумкове оцінювання:

-іспит (до 40 балів)

Підсумкове оцінювання у формі екзамену2: (обов’язкове проведення екзаменаційного

оцінювання в письмовій формі)

ЗМ1 Екзамен Підсумкова

оцінка

Мінімум 36 24 60

Максимум 60 40 100

у випадку комплексного екзамену слід вказати питому вагу складових

Студент не допускається до екзамену, якщо під час семестру набрав менше 36 балів.3

Оцінка за іспит не може бути меншою 24 балів для отримання загальної позитивної оцінки за курс.

8.1 Організація оцінювання: (обов’язково зазначається порядок організації передбачених

робочою навчальною програмою форм оцінювання із зазначенням, у тому числі, результатів

навчання, опанування яких перевіряється конкретним оцінюванням).

Шкала відповідності

Відмінно / Excellent 90-100

Добре / Good 75-89

Задовільно / Satisfactory 60-74

Незадовільно з можливістю повторного складання / Fail 35-59

2 Семестрову кількість балів формують бали, отримані студентом у процесі теоретичного засвоєння матеріалу з усіх розділів дисципліни, семінарських занять, виконання практичних, лабораторних, індивідуальних, підсумкових контрольних робіт, творчих робіт впродовж семестру, передбачених робочою навчальною програмою (100 балів - для залікових дисциплін, у випадку, якщо дисципліна завершується екзаменом, то розподіл здійснюється за таким алгоритмом: 60 балів (60%) – семестровий контроль і 40 балів (40%) – екзамен). 3 У випадку, коли дисципліна завершується екзаменом не менше – 20 балів, а рекомендований мінімум не менше 36 балів, оскільки якщо студент на екзамені набрав менше 24 балів (а це 60% від 40 балів, відведених на екзамен), то вони не додаються до семестрової оцінки незалежно від кількості балів, отриманих під час семестру, а в екзаменаційній відомості у графі «результуюча оцінка» переноситься лише кількість балів, отриманих під час семестру.

7

8. Структура курсу Курс складається з 1-го змістового модуля, який включає в себе 8 лекцій.

У змістовий модуль входять теми:

1. Голографія як метод запису та зчитування інформації. Основні схеми отримання

голограм різних типів

2. Об’ємні голограми. Кольорова голографія. Голографія з імпульсними лазерами.

3. Техніка голографічного експерименту.

4. Застосування голографії (мікроскопія; диференціальна інтерферометрія;

стробоскопічні методи)

5. Розпізнавання образів (голограмні просторові фільтри; ідентифікація образів;

послідовне та паралельне (Ван-дер-Люгт) розпізнавання). Кодування та збереження

числової інформації.

8

ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

1. Фізичні основи запису та зчитування інформації.

Вступ. Загальні проблеми запису та зчитування інформації.

ТЕМА 1. Голографія як метод запису та зчитування інформації…………………..(4 год.)

1. Основні поняття. Загальні схеми запису та відтворення зображень. Типи голограм:

фазові, амплітудні; плоскі, об’ємні. Рівняння Габора. Псевдоскопічність зображень.

Плямиста структура (спекл-ефект). (4 год.)

2. Основні схеми отримання голограм різних типів:

▫ голограми Френеля;

▫ голограми сфокусованих зображень;

▫ Фурьє та квазі-Фурьє голограми;

▫ безлінзові Фурьє голограми;

▫ безлінзові голограми Фраунгофера;

▫ голограми Фраунгофера з лінзою

ТЕМА 2. Об’ємні голограми. Кольорова голографія. …………………….………..(2 год.)

Дифракційна ефективність голограм. Об’ємні голограми. Поняття про теорію зв’язаних

хвиль (Когельника). Фазові та амплітудні, пропускаючі та відбивні об’ємні голограми.

Схема Денисюка.

4. Кольорова голографія. Зображення, отримані з плоскими голограмами. Проблема

перехресної модуляції. Зображення, отримані з об’ємними голограмами

Тема 3. Техніка голографічного експерименту……………………………………(2 год.)

1. Джерела світла, матеріали, техніка голографічного експерименту. Проблеми.

2. Діелектричні середовища для запису інформації. Магнітні середовища для запису

інформації

3. Голографія з імпульсними лазерами.

Тема 4. Застосування голографії ……………………………………………………(2 год.)

Застосування голографії:

▫ мікроскопія;

▫ диференціальна інтерферометрія;

▫ аналіз аерозолів;

▫ голографічна інтерферометрія:

-інтерферометрія в реальному часі;

-метод двох експозицій; контури рельєфу;

-метод усереднення в часі;

-стробоскопічні методи

ТЕМА 5. Розпізнавання образів………………………………………………………(5 год.)

1. Розпізнавання образів:

▫ голограмні просторові фільтри; фантомні зображення; Фурьє-голограми;

▫ розпізнавання образів:

▫ узгоджений фільтр;

▫ відгук фільтра; сигнал розпізнавання;

▫ ідентифікація образів; послідовне та паралельне (Ван-дер-Люгт) розпізнавання;

▫ розпізнавання похідних від образів;

▫ проблеми;

2. Кодування та збереження числової інформації.

9

СТРУКТУРА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ

№ Назва лекції Кількість годин

лекції

c/р

1

Вступ. Загальні проблеми запису та зчитування інформації.

Тема 1. Голографія як метод запису та зчитування інформації. Основні поняття. Загальні схеми запису та відтворення зображень. Типи

голограм: фазові, амплітудні; плоскі, об’ємні. Рівняння Габора.

Псевдоскопічність зображень. Плямиста структура (спекл-ефект).

2 4

2

Основні схеми отримання голограм різних типів:

▫ голограми Френеля;

▫ голограми сфокусованих зображень;

▫ Фурьє та квазі-Фурьє голограми; безлінзові Фурьє голограми;

▫ безлінзові голограми Фраунгофера; голограми Фраунгофера з лінзою

2 4

3

Тема 2. Об’ємні голограми. Кольорова голографія. 1. Дифракційна ефективність голограм. Об’ємні голограми. Поняття про

теорію зв’язаних хвиль Когельника. Фазові та амплітудні, пропускаючі та

відбивні об’ємні голограми. Схема Денисюка.

2. Кольорова голографія. Зображення, отримані з плоскими голограмами.

Проблема перехресної модуляції. Зображення, отримані з об’ємними

голограмами

2 4

4

Тема 3. Техніка голографічного експерименту. 1. Джерела світла, матеріали, техніка голографічного експерименту.

Проблеми.

2. Діелектричні середовища для запису інформації. Магнітні середовища для

запису інформації


2 3

5

Тема 4. Застосування голографії: ▫ мікроскопія;

▫ диференціальна інтерферометрія; аналіз аерозолів;

▫ голографічна інтерферометрія:

-інтерферометрія в реальному часі;

-метод двох експозицій; контури рельєфу;

-метод усереднення в часі;

-стробоскопічні методи

2 4

6-7

Тема 5. Розпізнавання образів: ▫ голограмні просторові фільтри; фантомні зображення; Фурьє-голограми;

розпізнавання образів:

▫ узгоджений фільтр; відгук фільтра; сигнал розпізнавання;

▫ ідентифікація образів; послідовне та паралельне (Ван-дер-Люгт)

розпізнавання;

▫ розпізнавання похідних від образів;

▫ проблеми;

4 10

8 Кодування та збереження числової інформації 1 1

Колоквіум-контрольна робота

ВСЬОГО 15 30

Загальний обсяг 45 год.4, в тому числі:

Лекцій – 15 год.

Самостійна робота - 30 год.

4 Загальна кількість годин, відведених на дану дисципліну згідно навчального плану.

10

Рекомендована ЛІТЕРАТУРА

Основна

1. Р.Кольер, К.Беркхарт, Л.Лин. Оптическая голография. М.,1973.

Додаткова

2. Ж.Вьено, П.Смигельский, А.Руайе. Оптическая голография. М.,1973.

3. Оптическая голография. (ред. Денисюка Ю.Н.), Л.,1975.

4. Оптическая голография. Практические применения. (ред. В.М. Гинзбург).

М.,1978.

5. М.Миллер. Голография. Л.,1979.

11

Контрольні запитання, запитання до колоквіумів

1. Основні поняття голографії. Загальні схеми запису та відтворення зображень. Типи

голограм: фазові, амплітудні; плоскі, об’ємні.

2. Рівняння Габора. Псевдоскопічність зображень. Плямиста структура (спекл-ефект).

3. Основні схеми отримання голограм різних типів.

4. Голограми Френеля;

5. Голограми сфокусованих зображень;

6. Фурьє та квазі-Фурьє голограми;

7. Безлінзові Фурьє голограми;

8. Безлінзові голограми Фраунгофера; голограми Фраунгофера з лінзою;

9. Дифракційна ефективність голограм.

10. Об’ємні голограми. Поняття про теорію зв’язаних хвиль (Когельника).

11. Фазові та амплітудні, пропускаючі та відбивні об’ємні голограми. Схема Денисюка.

12. Кольорова голографія. Зображення, отримані з плоскими голограмами. Проблема

перехресної модуляції.

13. Кольорова голографія. Зображення, отримані з об’ємними голограмами.

14. Джерела світла, матеріали, техніка голографічного експерименту. Проблеми.

15. Діелектричні середовища для запису інформації.

16. Магнітні середовища для запису інформації


18. Застосування голографії.

19. Застосування голографії. Мікроскопія; диференціальна інтерферометрія; аналіз аерозолів;

20. Застосування голографії: голографічна інтерферометрія - інтерферометрія в реальному часі;

метод двох експозицій; контури рельєфу;

21. Застосування голографії: метод усереднення в часі;

22. Застосування голографії: стробоскопічні методи;

23. Розпізнавання образів.

24. Голограмні просторові фільтри; фантомні зображення; Фурьє-голограми;

25. Розпізнавання образів: загальні принципи.

26. Узгоджений фільтр;

27. Відгук фільтра; сигнал розпізнавання;

28. Ідентифікація образів; послідовне та паралельне (Ван-дер-Люгт) розпізнавання;

29. Розпізнавання похідних від образів.

30. Кодування та збереження числової інформації

12

ПИТАННЯ (БІЛЕТИ) НА ІСПИТ

Білет 1

1. Основні поняття голографії. Загальні схеми запису та відтворення зображень.

2. Послідовне розпізнавання образів;

3. Мікроскопія; диференціальна інтерферометрія; аналіз аерозолів;

Білет 2

1. .Псевдоскопічність зображень.

2. Схеми отримання голограм типів:

– голограми Френеля;

– голограми сфокусованих зображень;

3. Ідентифікація образів;

Білет 3


– Фурьє та квазі-Фурьє голограми;

– безлінзові Фурьє голограми;

2. Загальні проблеми запису та зчитування інформації. Ідеальне запам’ятовуюче середовище

3. Типи голограм: фазові, амплітудні; плоскі, об’ємні. Дифракційна ефективність голограм.

Білет 4

1. Об’ємні голограми. Поняття про теорію зв’язаних хвиль (Когельника).

2. Узгоджений фільтр;

3. Діелектричні середовища для запису інформації.

Білет 5

1. Кольорова голографія. Проблема перехресної модуляції.

2. Рівняння Габора.

3. Джерела світла, матеріали, техніка голографічного експерименту.

Білет 6

1. Застосування голографії:

2. Розпізнавання образів:

3. Фазові та амплітудні, пропускаючі та відбивні об’ємні голограми. Схема Денисюка

Білет 7

1. Голографічна інтерферометрія:

– метод усереднення в часі;

– стробоскопічні методи;

2. Розпізнавання образів: голограмні просторові фільтри; фантомні зображення;

3. Голографічна інтерферометрія: інтерферометрія в реальному часі;

Білет 8


– безлінзові голограми Фраунгофера;

– голограми Фраунгофера з лінзою;

2. Відгук фільтра; сигнал розпізнавання;

3. Голографічна інтерферометрія: метод двох експозицій; контури рельєфу;

Білет 9

1. Голографія з імпульсними лазерами

2. Розпізнавання похідних від образів;

3. Фурьє та квазі-Фурьє голограми;

Білет 10

1. Кодування та збереження числової інформації

2. Паралельне (Ван-дер-Люгт) розпізнавання образів;

3. Кольорова голографія. Зображення, отримані з тонкими голограмами. Проблема перехресної модуляції.

РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ...

Documents