About this course: Лазерные технологии с момента своего открытия широко применяются в самых разных отраслях науки и техники, а также в быту. Все мы пользуемся лазерными принтерами, лазерными указками, в магазинах используются считыватели штрих-кодов на основе лазерного луча. В медицине с помощью лазеров проводятся сложнейшие операции и многое другое. Наш курс посвящен физическим основам лазерных технологий. Цель курса — дать глубокое понимание физических процессов, происходящих при взаимодействии мощного лазерного излучения с веществом и рассмотреть физические проблемы этого взаимодействия. Применение знаний, полученных при изучении курса, будет способствовать повышению эффективности как существующих производств, так и внедрению лазерных технологических процессов в еще не охваченные области промышленности. Курс включает два основных раздела: 1. Физические процессы, происходящие при взаимодействии мощного лазерного излучения с металлами, полупроводниками и диэлектриками; 2. Лазерные технологические установки и лазерные технологические процессы. В этом курсе Вы: • узнаете, что статистика Ферми-Дирака, которой подчиняются свободные электроны в металле, накладывает значительные ограничения на процесс поглощения лазерного излучения, • откроете для себя многообразие физических процессов поглощения лазерного излучения полупроводниками, • получат возможность оценить возможность реализации того или иного технологического процесса, • научитесь правильно выбирать и составлять схему установки. В рамках курса Вы познакомитесь не только с принципами работы различных технологических лазеров, но и с недостатками и преимуществами всех используемых активных элементов технологических лазеров, включая самые современные волоконные лазеры. В качестве примера использования лазеров в технологии будет подробно рассмотрена современная лазерная технология в области электроники и создания интегральных схем. Весьма интересным представляется раздел лазерной химии, основанный на резонансном возбуждении атомов и молекул лазерным излучением. Здесь Вы получите новую информацию об уникальных возможностях лазерного излучения для разделения изотопов (включая разделение изотопов в атомной промышленности), получению особо чистых веществ и синтезу новых материалов. По завершении этого курса Вы сможете: 1. объяснить, как проходит процесс взаимодействия лазерного излучения с металлами, полупроводниками и диэлектриками; 2. выбрать оптимальный тип технологического лазера для осуществления того или иного технологического процесса; 3. построить оптимальную схему лазерной технологической установки; 4. дать рекомендации для оптимизации того или иного технологического процесса; 5. дать рекомендации по внедрению лазерной технологии в различные производства. Чтобы наиболее полно овладеть материалом курса, учащиеся должны знаниями основ физики твердого тела, лазерной физики, квантовой механики и статистической физики
Who is this class for: Курс будет полезен не только специалистам, эксплуатирующим лазерные технологические установки и внедряющим лазерные технологические процессы в различных областях науки и техники, но и тем, кто еще только проходит обучение в данном направлении. Целевая аудитория: Для общего развития и интереса Бакалавриат высшего уровня Магистратура или профессиональная степень
Created by: National Research Nuclear University MEPhI
Taught by: Менушенков Алексей Павлович, Доктор физико-математических наук, профессор
Кафедра физики твердого тела и наносистем
| Level | Intermediate |
| Language | Russian |
| How To Pass | Pass all graded assignments to complete the course. |
Syllabus
WEEK 1
Введение в лазерные технологии
В этом модуле Вы познакомитесь с возможностями лазерного излучения, как уникального инструмента, позволяющего выполнять широчайший спектр технологических операций в самых различных областях промышленности, начиная от микро- и нано- электроники и заканчивая резкой и сваркой больших деталей в судостроении, авиастроении и космических технологиях. Будут введены понятия критических плотностей мощности и представлены схемы классификации лазерных технологических процессов.
1 video, 1 reading, 1 practice quiz
- Video: Введение в лазерные технологии
- Reading: Введение
- Practice Quiz: Тренировочный тест к модулю 1
Взаимодействие мощного лазерного излучения с веществом
В этом модуле Вы узнаете, как происходят процессы передачи энергии мощного лазерного излучения металлам, какие ограничения накладывает статистика Ферми-Дирака на взаимодействие свободных электронов в металле с квантами света, получите оценку характерных времен взаимодействия.
2 videos, 1 reading
- Video: Взаимодействие мощного лазерного излучения с металлами. Закон Бугера — Ламберта — Бера
- Video: Характерные частоты взаимодействия при поглощении лазерного излучения металлом
- Reading: Взаимодействие мощного лазерного излучения с веществом
Graded: Контрольный тест к модулю 2
Механизмы поглощения лазерного излучения полупроводниками и диэлектриками
Этот раздел дает глубокое представление о различных механизмах взаимодействия лазерного излучения с собственными и легированными полупроводниками, а также с диэлектриками. Вы узнаете, какие энергетические параметры определяют характер взаимодействия квантов света с полупроводниками и диэлектриками.
3 videos, 1 reading
- Video: Полупроводниковый механизм
- Video: Индуцированный металлический механизм поглощения
- Video: Диэлектрический механизм поглощения
- Reading: Механизмы поглощения лазерного излучения полупроводниками и диэлектриками
Graded: Контрольный тест к модулю 3
WEEK 2
Оптические свойства металлов
В этом модуле Вы узнаете, как описать оптические свойства металлов в параметрах комплексного показателя преломления. Вы получите представление о пространственно-временных характеристиках лазерного излучения как источника тепла, различных типах лазерных импульсов и узнаете, как получить необходимые параметры лазерных импульсов на практике.
2 videos, 1 reading
- Video: Описание оптических свойств металлов в терминах комплексного показателя преломления
- Video: Пространственно-временные характеристики лазерного излучения как источника тепла
- Reading: Оптические свойства металлов
Graded: Контрольный тест к модулю 4
Процессы нагрева материалов при воздействии лазерного излучения
В этом модуле будут рассмотрены процессы нагрева материалов под действием лазерного излучения путем постановки и решения уравнения теплопроводности в аналитической форме в так называемом линейном приближении. Буду получены такие важные характеристики нагрева материала, как глубина температурного фронта, скорости нагрева и охлаждения, градиент температуры, значения критических плотностей мощности и др.
3 videos, 1 reading
- Video: Дифференциальное уравнение теплопроводности
- Video: Решение уравнения теплопроводности
- Video: Задачи теплофизики при лазерном нагреве материала
- Reading: Процессы нагрева материалов при воздействии лазерного излучения
Graded: Контрольный тест к модулю 5
Нелинейные случаи нагрева материала лазерным излучением
В этом модуле будут рассмотрены процессы нагрева материалов с учетом реально существующих нелинейностей первого, второго и третьего типов. Значительное внимание будет уделено изменениям, которые вносит учет зависимости поглощающей способности от температуры для умеренных и больших плотностей мощности лазерного излучения.
1 video, 1 reading
- Video: Учет нелинейностей при нагреве металлов лазерным излучением. Типы нелинейностей
- Reading: Нелинейные случаи нагрева материала лазерным излучением
Graded: Контрольный тест к модулю 6
WEEK 3
Физические свойства лазерной плазмы
В этом модуле будет представлено описание процессов, возникающих при превышении порога плазмообразования, введены характеристики и свойства лазерной плазмы, описаны методы измерения температуры лазерной плазмы. В заключение раздела будут рассмотрены возможности использования лазерной плазмы в качестве источника рентгеновского излучения.
1 video, 1 reading
- Video: Физические свойства лазерной плазмы
- Reading: Физические свойства лазерной плазмы
Graded: Контрольный тест к модулю 7
Методы исследования взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом
В этом модуле Вы узнаете, как измерить кинетические и динамические характеристики воздействия лазерного излучения на материалы. Будут описаны методы высокоскоростной фоторегистрации, измерения скоростей разлетающихся частиц, пара и плазмы, измерения зависимости давления на поверхности от времени, измерения оптических характеристик материалов и их изменения под действием мощных лазерных импульсов.
2 videos, 1 reading
- Video: Методы исследования взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом
- Video: Экспериментальная установка. Исследование кинетических и динамических характеристик
- Reading: Методы исследования взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом
Graded: Контрольный тест к модулю 8
WEEK 4
Лазерные технологические установки
В этом модуле Вы узнаете, из каких основных элементов состоит современная лазерная технологическая установка, освоите принципы фокусировки мощного лазерного излучения, правила оптимальной компоновки оптических энергетических систем. Здесь также будут обсуждены оптические материалы, прозрачные в области излучения СО2-лазеров, схемы построения зеркальных фокусирующих систем, параметры лазерных зеркал.
4 videos, 1 reading
- Video: Принципиальная схема лазерных технологических установок
- Video: Принципы фокусировки лазерного излучения
- Video: Проекционный способ обработки поверхности
- Video: Оптические материалы в дальней инфракрасной области излучения
- Reading: Лазерные технологические установки
Graded: Контрольный тест к модулю 9
Лазерные технологические установки на основе твердотельных лазеров
В этом модуле Вы узнаете, какие активные элементы применяются в современных технологических установках на основе твердотельных лазеров. Будут приведены сравнительные характеристики активных элементов на рубине, гранате, стекле. Будут обсуждены преимущества четырех-уровневой системы ионов неодима в сравнении с трех-уровневой системой ионов хрома. Будут представлены схемы квантронов с ламповой и диодной накачкой. Будут изложены принципы работы волоконных лазеров.
3 videos, 1 reading
- Video: Рубиновый лазер
- Video: Твердотельные Nd:YAG-лазеры. Лазеры на стекле с Nd. Устройство квантрона. Ламповая и диодная накачка
- Video: Волоконные лазеры
- Reading: Лазерные технологические установки на основе твердотельных лазеров
Graded: Контрольный тест к модулю 10
Лазерные технологические установки на основе СО2-лазеров
В этом модуле Вы узнаете, как создается инверсная населенность в энергетической системе уровней СО2 молекул, чем определяется к.п.д. СО2-лазеров. Будут приведены схемы построения лазерных технологических установок на основе лазеров с диффузионным охлаждением, лазеров с конвективным охлаждением с продольной и поперечной прокачкой газовой смеси, непрерывных, импульсных и импульсно-периодических лазеров.
1 video, 1 reading
- Video: Лазерные технологические установки на основе CO2-лазеров
- Reading: Лазерные технологические установки на основе СО2-лазеров
Graded: Контрольный тест к модулю 11
WEEK 5
Лазерная технология полупроводников
В этом модуле Вы узнаете, что в современной электронике практически каждая технологическая операция выполняется с использованием лазерного излучения. К примеру, в микроэлектронике использование лазеров включает очистку полупроводниковых пластин, геттерирование, нанесение рисунка, создание p-n переходов и МОП структур, создание токопроводящих дорожек и омических контактов, осаждение тонких эпитаксиальных пленок, подгонку сопротивлений и конденсаторов, скрайбирование, приварку электрических выводов, маркировку чипов, герметическую сварку корпусов БИС и СБИС. На этапе создания электронных приборов лазеры используются в нанесении рисунка и сверлении печатных плат, пайке и автоматическом контроле качества пайки контактов.
4 videos, 4 readings
- Video: Лазерная технология полупроводников
- Video: Уровень подготовительных операций
- Video: Уровень основных операций
- Video: Уровень завершающих операций
- Reading: Лазерная технология полупроводников
- Reading: Уровень подготовительных операций
- Reading: Уровень основных операций
- Reading: Уровень завершающих операций
Graded: Контрольный тест к модулю 12
Лазерная химия
В этом модуле Вы узнаете, что одно из важнейших свойств лазерного излучения — монохроматичность приводит к возможности селективно возбуждать атомы и молекулы, что позволяет значительно увеличивать скорость химических реакций, приводить к диссоциации молекул и ионизации атомов и молекул. Эти свойства определяют основу лазерной химии, которая включает в себя лазерное разделение изотопов, лазерный синтез новых материалов и лазерное получение особо чистых веществ. В заключении модуля будут обсуждены возможности использования лазерного разделения изотопов для материалов атомной промышленности.
6 videos, 5 readings
- Video: Основные разделы лазерной химии. Лазерное разделение изотопов
- Video: Фотохимические и фотофизические методы
- Video: Лазерное разделение изотопов изотопов в атомной энергетике. Часть 1
- Video: Лазерное разделение изотопов изотопов в атомной энергетике. Часть 2
- Video: Лазерное получение особо чистых материалов
- Video: Лазерная стереолитография
- Reading: Лазерное разделение изотопов
- Reading: Лазерные методы разделения. Часть 1
- Reading: Лазерные методы разделения. Часть 2
- Reading: Лазерное разделение изотопов изотопов в атомной энергетике
- Reading: Лазерное получение особо чистых материалов микроэлектроники
Graded: Контрольный тест к модулю 13
FAQs
How It Works
Coursework
Each course is like an interactive textbook, featuring pre-recorded videos, quizzes and projects.
Help from Your Peers
Connect with thousands of other learners and debate ideas, discuss course material, and get help mastering concepts.
Certificates
Earn official recognition for your work, and share your success with friends, colleagues, and employers.
Creators
National Research Nuclear University MEPhI
National Research Nuclear University “MEPhI” is one of the most recognized technical universities in Russia. It is the only research nuclear university in Russia. The aim of the university existence is preparing the specialists for nuclear industry, science, information technology and other high-tech sectors of Russian economy.
National Research Nuclear University “MEPhI” implements postgraduate professional education curricula (PhD and postdoctoral level), carries out fundamental and applied scientific research in high-priority fields of science and technologies.
Among MEPhI graduates are Nobel Prize winners, members of the Russian Academy of Sciences, and winners of national prizes. Its professors and alumni have made major contributions to various fields of theoretical and experimental physics, mathematics, cybernetics, and computer sciences.
Coursera provides universal access to the world’s best education, partnering with top universities and organizations to offer courses online.
© 2017 Coursera Inc. All rights reserved.
