Министерство образования Российской Федерации
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского

"УТВЕРЖДАЮ"
Декан радиофизического факультета
профессор ___________ С.Н.Гурбатов

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
курса по выбору
"ОПТИКА ПОЛИМЕРОВ"
для направления подготовки "Радиофизика" (магистратура)
Н.Новгород - 2001

1. Организационно-методический раздел.

    Программа предназначена для подготовки магистров радиофизики, а также специалистов по радиофизическим специальностям "Радиофизика и электроника", "Фундаментальная радиофизика и физическая электроника". Курс "Оптика полимеров" читается в 11 семестре. Он базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах общей физики, математического анализа, дифференциальных уравнений, теории вероятностей, квантовой радиофизики, электродинамики, теории волн.
    Целью читаемого спецкурса является ознакомление магистров второго года обучения с современными направлениями использования неоднородных и нелинейных прозрачных полимерных сред и композиций в оптических исследованиях и технологиях. В настоящее время полимеры являются основным материалом для изготовления оптических волокон, на их основе создаются объемно-неоднородные оптические элементы предназначенные для формирования и обработки изображений, оптические регистрирующие среды, системы компьютерной стереолитографии. Вследствие сильной оптической нелинейности интересны аспекты взаимодействия излучения с фототополимерами. Основное внимание при чтении курса уделяется физическому анализу процессов распространения излучения в неоднородных полимерах, образования неоднородностей показателя преломления при воздействии излучения, методам оптической диагностики прозрачных неоднородностей.
    В результате изучения спецкурса у студентов должны быть выработаны представления о возможных областях и особенностях применения прозрачных полимеров в оптических исследованиях и технологиях; современных оптических методах измерения ,регистрации и обработки информации;физических моделях распространения оптического излучения в неоднородных и нелинейных средах.
    Студент должен знать: основные характеристики прозрачных полимерных сред и оптических элементов изготовленных на их основе; геометрооптические и волновые методы рассчета световых распределений трансформируемых регулярными и случайно неоднороднымисредами; модели нелинейного взаимодействия излучения с двухфазными нелинейными средами. Студент должен уметь :рассчитать световое распределение трансформируемое неоднородными оптическими элементами; адекватно пользоваться методами оптической диагностики и измерений; построить и проанализировать простейшую модель фотополимеризации.

2. Содержание курса.

I. ВВЕДЕНИЕ.

Оптические свойства полимеров; сравнение их основных оптических характеристик с традиционными оптическими материалами. Классификация областей применения полимерных сред в современных технологиях и научных исследованиях. Физические аспекты процессов полимеризации, диагностики, и взаимодействия с излучением полимерных сред.

II. Структура оптических полимеров.

Химический состав полимеризующихся композиций; молекулярные цепочки полимеров. Кинетические модели процесса полимеризации; приближение двухфазной среды; влияние инициаторов и ингибиторов на степень полимеризации полимеров; формирование градиентов плотности в полимере. Концентрационные неоднородности в полимеризующихся средах; гель эффект; диффузионная модель формирования неоднородностей плотности композиции; остаточные эффекты. Оптические характеристики полимеров; прозрачность полимеров; значения и флуктуации показателя преломления; естественная и наведенная анизотропия .

III. Лучевая оптика неоднородных полимерных сред.

Приближение геометрической оптики для задач распространения оптического излучения в неоднородных средах; уравнение Эйконала; энергетические соотношения в лучевой трубке; уравнение луча; примеры распространения лучей в неоднородных средах; рефракционные уравнения. Оптические элементы из неоднородных сред (грины); "Рыбий глаз" Максвела; радиальные грины; селфоки; методы расчета хода лучей и координальных сечений. Неоднородные полимерные оптические волокна;лучевые траектории в поперечно неоднородных световодах; анализ энергетических потерь.

IV.Дифракционная оптика полимерных сред.

Дифракция на рельефных фазовых решетках; границы применения дифракции Рамана-Ната; дифракционная эффективность; расчет дифракционных порядков при значительной глубине модуляции фазового рельефа; случайно неоднородные фазовые экраны. Дифракция на объемно неоднородных средах; дифракция Брега; условия формирования дифракционных максимумов; резонансная фильтрация пространственных частот в объемно периодических структурах. Объемно рассеивающие материалы; формирование спектра пространственных частот рассеянного излучения в изотропных прозрачных полимерах: анизотропно рассеивающие среды и соответствующие спектры рассеяния; характерные масштабы флуктуаций показателя преломления реализуемые в прозрачных полимерах.

V. Поляризационная оптика полимеров и полимерных покрытий.

Поляризационные эффекты в анизотропных средах; матрица поляризации излучения. Методы поляризационных измерений наведенной и естественной анизотропии в полимерных средах. Поляриметрия упругих деформаций в полимерах и по средством полимерных покрытий. Влияние анизотропии полимеров на характеристики оптических элементов.

VI Взаимодействие излучения с фотополимерами.

Фотополимеризующиеся композиции;фотоинициаторы и их спектральные характеристики; роль диссипации в процессе фотополимеризации. Модели кинетики процесса фотополимеризации; влияние интенсивности излучения на устойчивость и однородность среды;механизмы нелинейного взаимодействия излучения с фотополимерами. Фотополимеризация на длинных трассах; рефракция света в процессе фотополимеризации; самофокусировка и дробление пучков; аналогия с тепловой нелинейностью.

VII. Голографическая регистрация информации на фотополимерах.

Виды фазовых голограмм и методы их регистрации; взаимосвязь дифракционной эффективности голограммы и нелинейных искажений и изображения. Методы регистрации голограмм на фотополимерах; формирование поверхностного рельефа; запись объемных голограмм; возможности фотолитического закрепления. Шумы полимерных голограмм, влияние толщины среды и направленности излучения на их величину и корреляционные характеристики. Формирование оптического изображения в толще фотополимера.

VIII. Формирование оптическим излучением рассеивающих сред.

Влияние пространственного спектра воздействующего излучения на однородность фотополимера; продольные и поперечные корреляционные масштабы неоднородностей; условия получения оптически однородного полимера. Оптическое формирование анизотропных объемно рассеивающих сред из фотополимера; запись информации о пространственном спектре излучения в полимерах.

IX. Компьютерная стереолитография.

Метод послойного синтеза объемных объектов; его применение в задачах "материализации" математических моделей; Возможные технологические и научные применения. Оптический синтез изделий из фотополимера; оптические схемы установок; математическое обеспечение. Характерные этапы фотополимеризации при послойном синтезе; динамическая устойчивость процесса; влияние рефракции в слоях и рассеяния полимеризующего излучения на точность изготовления изделия.

3. Распределение часов курса по темам и видам работ.

 4. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля.

Текущий контроль: контрольный опрос на лекции.

Итоговый контроль: зачет в конце 11-го семестра.

5.1. Рекомендуемая литература (основная).

1. М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики. М., Наука, 1970.
2. М.Б.Виноградов, О.А.Руденко, А.П.Сухоруков. Теория волн, М. Наука, 1979.
3. С.А Ахматов,Ю.Е.Дьяков,А.С.Чиркин. Введение в статистическую радиофизику и оптику, М. ,Наука, 1981.
4. Берлин А.А., Королев Г.В., Кефели Т.Я., Сивергин Ю.М., Акриловые олигомеры и материалы на их основе, М., Химия, 1983.
5. Оптическая голография, под ред.Г.Колфилда. М. ,Мир, 1982.
6. С.М. Рытов, Ю.А. Кравцов, В.И Татарский, Введение в статистическую радиофизику, М., Наука, 1978.
7. J.P.Kruth, Material incress manufacturing by rapid prototyping techniques, Annals of the CIRP, vol 40/2/1991.

5.2. Рекомендуемая литература (дополнительная).

1. Несеребрянные среды для голографии, сб.статей, Л. ,Наука, 1984 .
2. В.А.Беляков. Дифракционная оптика периодических сред сложной структуры, М.,Наука, 1988.

Составитель программы:
Доцент С.Н.Менсов