Электродинамика биологических сред

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Физический факультет
УТВЕРЖДАЮ
___________________________
"_____" ________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД
Направление подготовки
Физика живых сиcтем
Профили подготовки
Биофизика
Медицинская фотоника
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
очная
Саратов, 2011
1. Цели освоения дисциплины
Цели освоения дисциплины «Электродинамика биологических сред»
состоят в обеспечении студентов знаниями и навыками в области математических и естественно-научных знаний, связанных с фундаментальным разделом теоретической физики – электродинамики, в выработке практических
навыков решения физических проблем электродинамики биологических
сред, в получении фундаментальной основы для изучения электромагнитных
явлений и методов, используемых в современной биологии и медицине, в получении высшего профессионально профилированного образования, позволяющего выпускнику успешно работать в избранной сфере деятельности в
РФ и за рубежом, обладать универсальными и предметно специализированными компетенциями, способствующими его социальной мобильности, востребованности на рынке труда и успешной профессиональной карьере.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Электродинамика биологических сред» относится к базовой части Профессионального цикла, модулю дисциплин «Теоретическая
биофизика» (Б3.Б2.2).
Дисциплина «Электродинамика биологических сред» по своему содержанию опирается на знания, полученные при изучении дисциплин «Электричество и магнетизм» и «Оптика» модуля «Общая физика и биофизика» с соответствующими разделами «Общего физического и биофизического практикума», однако существенно отличается от них дедуктивным построением
(от общего к частному), уровнем общности и математической строгости.
При освоении данной дисциплины необходимы знания по Математическому и естественнонаучному циклу (Б.2), базовая часть, модуль «Математика», дисциплины «Математический анализ», «Аналитическая геометрия и
линейная алгебра», «Векторный и тензорный анализ», «Теория функций
комплексного переменного», «Дифференциальные уравнения.», «Теория вероятностей и математическая статистика».
Студенты должны иметь навыки самостоятельной работы с литературой и электронными информационными системами, уметь решать физические задачи, требующие применения дифференциального и интегрального
исчисления, векторной алгебры и анализа, решать обыкновенные дифференциальные уравнения и простейшие уравнения в частных производных с разделением переменных, раскладывать функции в ряды, производить приближенные преобразования аналитических выражений, иметь навыки работы на
компьютере с пакетами для символьных и символьно-численных вычислений
(например, MathCad, Maple, Mathematicа), уметь анализировать и графичес
(профильной)ки представлять полученные результаты.
Знания, полученные при освоении дисциплины «Электродинамика
биологических сред» необходимы при освоении практически всех дисциплин
2
вариативной (профильной) части профессионального цикла (Б.3): «Оптика
биотканей», «Оптические измерения в биомедицине», «Оптические приборы
в биомедицине» и др.
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Электродинамика биологических сред»
В процессе освоения обучаемым дисциплины «Компьютерные программы вычислений и обработки экспериментальных данных» должны формироваться в определенной части следующие компетенции:
общекультурные:
способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук (ОК-1);
способность приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-3).
общепрофессиональные:
способность использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач (ПК-1);
способность применять на практике базовые профессиональные навыки (ПК2);
способность использовать специализированные знания в области физики для
освоения профильных физических дисциплин (в соответствии с профилем
подготовки) (ПК-4);
способность применять на практике базовые общепрофессиональные знания
теории и методов физических исследований (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-5).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать:
- исходные определения, принципы и постулаты классической электродинамики: уравнения Максвелла, определения потенциалов и силовых характеристик электромагнитного поля, принцип суперпозиции;
- понятия микроскопического и макроскопического полей в среде, их связь
через процедуру усреднения, материальные уравнения;
- законы сохранения и изменения энергии, импульса и момента электромагнитного поля;
- общие закономерности излучения электромагнитных волн зарядами и токами, запаздывающие потенциалы, поля излучения простых заряженных систем, мультипольное разложение;
- особенности строения и основные свойства диэлектрических, проводящих и
магнитных сред в постоянных и переменных электромагнитных полях;
- классическую дисперсии и поглощения электромагнитных волн;
3
- основы теории рассеяния электромагнитных волн различных типов: рассеяния на свободных зарядах, рэлеевского рассеяния, рассеяния Ми на крупных частицах различной формы, рассеяния на проводящих частицах, в том
числе при наличии плазмонного резонанса;
- особенности распространения электромагнитных волн в анизотропных,
диспергирующих и нелинейных средах.
•Уметь:
- излагать и критически анализировать основные положения классической
электродинамики, формулировать уравнения для электромагнитного поля с
правильными начальными и граничными условиями для практически важных случаев, использовать законы сохранения, выбирать и использовать
правильные материальные уравнения для описания электромагнитного поля
в среде, выводить выражения для полей излучения заряженных систем и
полей, рассеянных системами материальных частиц;
- рассчитывать электрические и магнитные поля простых распределений зарядов и токов, находить решения волновых уравнений в системах с разделением переменных, рассчитывать дипольные, магнитные и квадрупольные
моменты заряженных систем, использовать общие формулы теории рассеяния электромагнитных волн для проведения оценок в конкретных системах,
описывать состояние поляризации электромагнитного излучение с помощью параметров Стокса и его изменение при взаимодействии с веществом,
проводить расчеты и численные оценки параметров распространения волн в
диспергирующих и нелинейных средах.
•Владеть:
- методами обработки и анализа информации в области электродинамики
биологических сред;
- методами математического описания электродинамических явлений и процессов;
- практическими навыками решения электродинамических задач;
4. Структура и содержание дисциплины «Электродинамика биологических сред»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.
4.1. Структура дисциплины
№
п/п
Раздел дисциплины
Семестр
Неделя
семестра
Виды учебной работы,
включая самостоятельную
работу студентов и трудоемкость (в часах)
Формы текущего контроля
успеваемости
(по неделям
семестра)
Формы про-
4
межуточной
аттестации (по
семестрам)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Введение.
Уравнения Максвелла
Законы сохранения
Потенциалы электромагнитного поля
Излучение волн зарядами
Рассеяние электромагнитных волн малыми частицами
Диэлектрики и проводники в электрическом поле
Магнетики в магнитном поле
Классическая теория
линейной дисперсии
и поглощения
Электромагнитные
волны в линейной
диспергирующей
среде
Анизотропия среды и
поляризация электромагнитных волн
Волноводы и резонаторы
Нелинейная оптика
Рассеяние электромагнитных волн на
макроскопических
частицах
Итого:
5
5
1
2-3
4
5-6
Л
2
4
2
4
ПР
1
2
1
2
СР
3
6
3
6
5
7
2
1
3
5
8
2
1
3
5
9-10
4
2
6
5
11
2
1
3
5
12
2
1
3
5
13
2
1
3
5
14
2
1
3
5
15
2
1
3
5
5
16
17-18
2
4
1
2
3
6
Контр. раб.
36
18
54
Экзамен
5
Контр. раб.
Контр. раб.
Контр. раб.
4.2. Содержание дисциплины
1. Введение. Вещество и поле. Фундаментальные взаимодействия.
Электромагнитное взаимодействие и его значение в природе, живых
системах. Микро- и макрополя в веществе.
5
2. Уравнения Максвелла. Уравнения Максвелла для свободных зарядов в
вакууме. Классическая модель строения вещества, свободные и связанные
заряды, молекулярные токи. Усреднение уравнений микрополя. Векторы
поляризации и намагничения среды как средние плотности электрического дипольного и магнитного моментов среды. Феноменологическое определение векторов поляризации и намагничения. Материальные уравнения.
Уравнения Максвелла для макрополей в среде. Условия сшивки полей на
границе двух сред.
3. Законы сохранения. Сохранение заряда, уравнение непрерывности.
Энергия электромагнитного поля в среде. Сохранение энергии в системе
«поле + заряды». Плотность энергии и плотность потока энергии. Импульс и момент импульса электромагнитного поля. Световое давление,
пондеромоторные силы. Оптические ловушки и оптические пинцеты.
4. Потенциалы электромагнитного поля. Определение, калибровочная
инвариантность, условие калибровки Лоренца. Волновые уравнения, решение для плоской волны. Запаздывающий потенциал переменного точечного заряда. Запаздывающие потенциалы поля, создаваемого объемным распределением зарядов и токов.
5. Излучение волн зарядами. Ближнее и дальнее поле излучения. Волновая
зона, выражение полей через потенциалы. Мультипольное разложение.
Дипольное приближение. Электрический дипольный момент системы зарядов. Угловое распределение и поляризация излучения колеблющегося и
вращающегося диполя. Магнитно-дипольное и квадрупольное приближение. Магнитный момент системы токов. Квадрупольный момент системы
зарядов. Ближняя зона излучения и выражение полей через векторный потенциал в общем случае.
6. Рассеяние электромагнитных волн малыми частицами. Сечение рассеяния. Поляризованная падающая волна, формула Томсона. Полное сечение. Молекулярное рассеяние (рассеяние Рэлея), сечение рассеяния, частотная зависимость. Флуктуационная природа макроскопического рэлеевского рассеяния.
7. Диэлектрики и проводники в электрическом поле. Собственный и индуцированный дипольный моменты. Поляризуемость. Поляризация неполярных и полярных диэлектриков. Эффективное поле, поправка Лоренца.
Электрические взаимодействия между молекулами среды. Экспериментальное определение дипольного момента и поляризуемости по зависимости молярной поляризации от температуры. Проводники в электрическом
поле. Электромагнитные волны в проводящей среде.
8. Магнетики в магнитном поле. Диа-, пара-, и ферромагнетизм. Теорема
Лармора и расчет диамагнитной восприимчивости. Ориентационная природа парамагнетизма, квантование проекции момента. Ферромагнетизм,
феноменологическое описание, качественное объяснение квантовой природы. Явление магнитного резонанса и его применение.
6
9. Классическая теория линейной дисперсии и поглощения. Модель
упруго связанных зарядов. Расчет комплексной восприимчивости и ее
связь с коэффициентом поглощения и показателем преломления. Нормальная и аномальная дисперсия и поглощение. Радиационное уширение
спектральных линий. Другие факторы уширения.
10. Электромагнитные волны в линейной диспергирующей среде. Функция отклика и восприимчивость. Пространственная и частотная дисперсия. Распространение импульсов. Дисперсия фазовой и групповой скорости
11. Анизотропия среды и поляризация электромагнитных волн. Тензоры
восприимчивости и диэлектрической проницаемости. Одноосные и двуосные кристаллы. Двулучепреломление, обыкновенная и необыкновенная
волны. Дихроизм. Описание поляризации электромагнитных волн с помощью параметров Стокса. Степень поляризации. Прохождение плоской
волны через границу двух прозрачных диэлектриков.
12. Волноводы и резонаторы. Уравнения и граничные условия для поля в
резонаторе. Собственные моды. Открытые (лазерные) резонаторы, продольные и поперечные моды. Распространение электромагнитных волн в
планарном волноводе. Направляемые моды, дисперсия, условия отсечки.
Ослабленное и нарушенное полное внутреннее отражение, их применение.
13. Нелинейная оптика. Разложение вектора поляризации по степеням поля.
Нелинейные восприимчивости. Взаимодействие волн в нелинейной среде.
Укороченные уравнения для комплексных амплитуд связанных волн.
Классификация нелинейных процессов. Генерация второй гармоники
(ГВГ), условия синхронизма. Применение ГВГ в микроскопии и томографии
14. Рассеяние электромагнитных волн на макроскопических частицах.
Теория рассеяния Ми для проводящих и непроводящих шаров, многослойных шаров. Рассеяние на цилиндрических структурах, влияние упаковки – ближнего порядка. Рассеяние на эллипсоидах. Альтернативные
теории Ми методы расчета. Рассеяние на проводящих частицах, плазмонный резонанс.
5. Образовательные технологии
При реализации дисциплины «Электродинамика биологических сред»
используются следующие виды учебных занятий: лекции, практические занятия, контрольные работы, самостоятельная работа, консультации, экзамен.
В рамках лекционных занятий предусмотрены активные формы учебного процесса: разбор конкретных ситуаций, интерактивные демонстрации и
анализ моделей с использованием современных систем компьютерной алгебры и графической презентации результатов.
7
В рамках практических занятий предусмотрено решение задач с использованием компьютерных симуляций, интерактивных программ, промежуточное тестирование и выполнение контрольных работ по разделам.
Доля лекционных занятий составляет 25% общей трудоемкости, 12,5%
приходится на практические занятия и 37,5% на самостоятельную работу..
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
6.1. Виды самостоятельной работы студента:
- изучение теоретического материала по конспектам лекций и основной рекомендованной учебной литературе;
- самостоятельное изучение отдельных теоретических вопросов по основной
и дополнительной учебной литературе;
- выполнение теоретических расчетных и графических заданий по отдельным
разделам дисциплины;
- решение задач из рекомендованного списка с использованием сборников
задач по электродинамике;
6.2. Порядок выполнения и контроля самостоятельной работы студентов:
- самостоятельное изучение (повторение) текущего лекционного материала с
текущим контролем по опросу в ходе практических занятий;
- самостоятельное изучение отдельных теоретических вопросов, контроль на
экзамене по дисциплине;
- выполнение теоретических, расчетных и графических заданий по мере формулировки их на лекциях с письменным оформлением результатов; контроль при завершении изучения дисциплины по представленному отчету;
- решение рекомендованных задач; контроль выполнения по рабочим тетрадям на практических занятиях;
6.3. Вопросы и задания для проведения текущего контроля самостоятельной работы студентов:
Введение. Назовите основные формы существования материи. Сравните
между собой известные фундаментальные взаимодействия. Где проявляется
электромагнитное взаимодействие в живой и неживой природе? При выполнении каких условий можно пользоваться понятием сплошной среды и макроскопического электромагнитного поля?
Уравнения Максвелла. Запишите уравнения Максвелла для свободных зарядов в вакууме в дифференциальной и интегральной форме. Теоретическим
обобщением каких экспериментальных фактов являются уравнения Макс8
велла? Охарактеризуйте классическую модель вещества, в чем отличие свободных и связанных зарядов и токов? Какие макроскопические величины получаются при усреднении напряженности электрического и индукции магнитного полей? Что такое векторы поляризации и намагничения и как они
связаны с микроскопическими параметрами молекул среды? Приведите простейшие примеры материальных уравнений. Покажите, что из уравнений
Максвелла для макрополей в среде следуют условия сшивки полей на границах раздела двух сред. Что такое поверхностная плотность зарядов и токов?
Законы сохранения. Покажите, что закон сохранения заряда следует из
уравнений Максвелла. Дайте определение плотности энергии и плотности
потока энергии электромагнитного поля. Сформулируйте теорему УмоваПойнтинга. В чем проявляется наличие у электромагнитного поля импульса
и момента импульса? Опишите применение электромагнитного поля оптической частоты для захвата и удержания заряженных частиц (ловушки) и манипулирования ими (оптические пинцеты).
Потенциалы электромагнитного поля. Получите волновые уравнения для
векторного и скалярного потенциалов электромагнитного поля в калибровке
Лоренца. Что такое калибровочная инвариантность? Покажите, что общим
решением одномерного волнового уравнения является плоская волна. Как
связаны между собой потенциалы, электрическое и магнитное поле в плоской волне? Покажите, что запаздывающий потенциал произвольного распределения зарядов и токов можно получить по принципу суперпозиции из запаздывающего потенциала переменного точечного заряда.
Излучение волн зарядами. Запишите выражение полей через потенциалы и
связь между электрическим и магнитным полями в волновой зоне излучения.
Какие характерные пространственные масштабы позволяют судить о том,
находится ли точка наблюдения в ближнем или дальнем поле? Получите запаздывающий потенциал дипольного излучения для дискретной и непрерывной системы зарядов. В чем разница двух способов описания? Сравните угловое распределение интенсивности и поляризацию излучения колеблющегося и вращающегося диполя, объясните их связь с помощью принципа суперпозиции. Когда наиболее важен учет магнитно-дипольного и квадрупольного излучения? Найдите поле излучения линейного диполя в общем виде
(ближняя зона) и покажите, что при больших расстояниях из них получаются
выражения для дальней зоны.
Рассеяние электромагнитных волн малыми частицами. Что такое сечение
рассеяния? Опишите условия рассеяния Томсона и основные приближения
при выводе формулы Томсона для поляризованной волны. От чего зависит
полное сечение томсоновского рассеяния? Получите формулу Рэлея для сечения рассеяния на отдельной молекуле. Какие широко известные явления
природы объясняет эта формула. Качественно объясните флуктуационный
механизм рэлеевского рассеяния в однородной молекулярной среде.
9
Диэлектрики и проводники в электрическом поле. Приведите примеры и
оценки собственных и индуцированных дипольных моментов простых моделей атомно-молекулярных систем. В чем измеряется поляризуемость молекул и каково ее типичное значение? Чем отличается на опыте поляризация
полярных и неполярных диэлектриков. Какими потенциалами описывается
взаимодействие между молекулами среды? Чем определяется затухание
электромагнитной среде с проводимостью? Куда девается энергия падающей
на такую среду волны?
Магнетики в магнитном поле. Диа-, пара-, и ферромагнетизм – опишите
сходство и различие наблюдаемых свойств и механизмов. Докажите теорему
Лармора и оцените диамагнитную восприимчивость. Почему при наличии
ненулевого собственного магнитного момента среда, как правило, парамагнитна, хотя теорема Лармора действует всегда? Опишите явление магнитного резонанса и приведите обзор его применений в медицине и биологии (используйте информацию из Интернет).
Классическая теория линейной дисперсии и поглощения. Как откликается среда, содержащая упруго связанные заряды, на внешнее переменное
электрическое поле? Какой физические смысл имеет действительная и мнимая часть комплексной восприимчивости среды? Какие факторы влияют на
уширение спектральных линий?
Электромагнитные волны в линейной диспергирующей среде. Дайте феноменологическое описание линейного нестационарного отклика среды на
внешнее переменное поле. Что такое пространственная дисперсия и где она
наиболее часто проявляется? Опишите типичное распространение импульса в
диспергирующей среде. Что такое групповая скорость и что требуется знать,
чтобы рассчитать дисперсию групповой скорости?
Анизотропия среды и поляризация электромагнитных волн. Дайте определение тензоров восприимчивости и диэлектрической проницаемости. Что
такое одноосные и двуосные кристаллы. Сравните свойства обыкновенной и
необыкновенной волн, объясните название «необыкновенная». Что такое дихроизм? Приведите примеры его проявления и применения. В чем преимущество описания поляризации электромагнитных волн с помощью параметров Стокса? Как определяется степень поляризации? Выведите комплексные
амплитудные коэффициенты отражения и пропускания при прохождении
плоской волны через границу двух прозрачных диэлектриков. Как меняется
при этом степень поляризации света?
Волноводы и резонаторы. Запишите выражение для поля мод прямоугольного резонатора с идеально проводящими стенками. Каковы особенности открытых оптических резонаторов? Приведите примеры резонаторов, используемых в различных типах лазеров. Опишите распространение электромагнитных волн в планарном диэлектрическом волноводе как последовательность полных внутренних отражений. Как выглядит в этом случае условие
10
направляемых мод? Что такое нарушенное полное внутреннее отражение и
как оно применяется в биофизике?
Нелинейная оптика. Дайте определение тензоров нелинейной восприимчивости. В чем состоит приближение медленно меняющихся амплитуд? Получите укороченные уравнения для комплексных амплитуд связанных волн
двух, трех и четырех связанных волн. Что обеспечивают условия синхронизма и как они записываются? Приведите примеры применения генерации гармоник в микроскопии и томографии биологических сред.
Рассеяние электромагнитных волн на макроскопических частицах.
Сформулируйте основные исходные положения теория рассеяния Ми для
сферических частиц. Сформулируйте результаты теории Ми для проводящих
и непроводящих шаров, многослойных шаров. Каковы особенности рассеяния на цилиндрических структурах, на эллипсоидах. Какие методы, альтернативные теории Ми, используются для описания рассеяния электромагнитных волн на макроскопических частицах. Что такое плазмонный резонанс и
каковы его применения в биофизике и медицине?
6.5. Контрольные вопросы и задания для проведения nромежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (перечень вопросов экзамена):
1. Вещество и поле. Фундаментальные взаимодействия.
2. Электромагнитное взаимодействие и его значение в природе, живых системах.
3. Микро- и макрополя в веществе.
4. Уравнения Максвелла для свободных зарядов в вакууме.
5. Классическая модель строения вещества, свободные и связанные заряды,
молекулярные токи.
6. Усреднение уравнений микрополя. Векторы поляризации и намагничения
среды как средние плотности электрического дипольного и магнитного
моментов среды.
7. Феноменологическое определение векторов поляризации и намагничения.
Материальные уравнения.
8. Уравнения Максвелла для макрополей в среде. Условия сшивки полей на
границе двух сред.
9. Сохранение заряда, уравнение непрерывности.
10.Энергия электромагнитного поля в среде. Сохранение энергии в системе
«поле + заряды». Плотность энергии и плотность потока энергии.
11.Импульс и момент импульса электромагнитного поля.
12.Световое давление, пондеромоторные силы. Оптические ловушки и оптические пинцеты.
13.Потенциалы электромагнитного поля. Определение, калибровочная инвариантность, условие калибровки Лоренца.
11
14.Волновые уравнения, решение для плоской волны.
15.Запаздывающий потенциал переменного точечного заряда. Запаздывающие потенциалы поля, создаваемого объемным распределением зарядов и
токов.
16.Ближнее и дальнее поле излучения. Волновая зона, выражение полей через потенциалы.
17.Мультипольное разложение. Дипольное приближение. Электрический дипольный момент системы зарядов.
18.Угловое распределение и поляризация излучения колеблющегося и вращающегося диполя.
19.Магнитно-дипольное и квадрупольное приближение. Магнитный момент
системы токов. Квадрупольный момент системы зарядов.
20.Ближняя зона излучения и выражение полей через векторный потенциал в
общем случае.
21.Рассеяние электромагнитных волн малыми частицами. Сечение рассеяния.
22. Рассеяние поляризованной волны свободными электронами, формула
Томсона. Полное сечение.
23.Молекулярное рассеяние (рассеяние Рэлея), сечение рассеяния, частотная
зависимость. Флуктуационная природа макроскопического рэлеевского
рассеяния.
24.Собственный и индуцированный дипольный моменты. Поляризуемость.
25. Поляризация неполярных и полярных диэлектриков.
26.Эффективное поле, поправка Лоренца. Электрические взаимодействия
между молекулами среды.
27.Экспериментальное определение дипольного момента и поляризуемости
по зависимости молярной поляризации от температуры.
28.Проводники в электрическом поле. Электромагнитные волны в проводящей среде.
29.Диа-, пара-, и ферромагнетизм.
30.Теорема Лармора и расчет диамагнитной восприимчивости.
31.Ориентационная природа парамагнетизма, квантование проекции момента.
32.Ферромагнетизм, феноменологическое описание, качественное объяснение квантовой природы.
33.Явление магнитного резонанса и его применение.
34.Модель упруго связанных зарядов. Расчет комплексной восприимчивости
и ее связь с коэффициентом поглощения и показателем преломления.
35. Нормальная и аномальная дисперсия и поглощение.
36.Радиационное уширение спектральных линий. Другие факторы уширения.
12
37.Электромагнитные волны в линейной диспергирующей среде. Функция
отклика и восприимчивость.
38.Пространственная и частотная дисперсия.
39.Распространение импульсов. Дисперсия фазовой и групповой скорости
40.Тензоры восприимчивости и диэлектрической проницаемости.
41.Одноосные и двуосные кристаллы. Двулучепреломление, обыкновенная и
необыкновенная волны.
42.Дихроизм.
43.Описание поляризации электромагнитных волн с помощью параметров
Стокса. Степень поляризации.
44.Прохождение плоской волны через границу двух прозрачных диэлектриков. Формулы Френеля.
45.Уравнения и граничные условия для поля в резонаторе. Собственные моды.
46.Открытые (лазерные) резонаторы, продольные и поперечные моды.
47.Распространение электромагнитных волн в планарном волноводе.
Направляемые моды, дисперсия, условия отсечки.
48.Ослабленное и нарушенное полное внутреннее отражение, их применение.
49.Разложение вектора поляризации по степеням поля. Нелинейные восприимчивости.
50.Взаимодействие волн в нелинейной среде. Укороченные уравнения для
комплексных амплитуд связанных волн.
51.Классификация нелинейных процессов.
52.Генерация второй гармоники (ГВГ), условия синхронизма.
53.Применение ГВГ в микроскопии и томографии
54.Теория рассеяния Ми для сферических частиц.
55.Рассеяние на цилиндрических структурах, влияние упаковки – ближнего
порядка. Рассеяние на эллипсоидах.
56.Рассеяние на проводящих частицах, плазмонный резонанс.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
«Электродинамика биологических сред»
Основная литература:
1. Бредов М.М., Румянцев В.В., Топтыгин И.Н. Классическая электродинамика. – СПб: Лань, 2003 – 400 с
2. Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Электродинамика сплошных сред. — Издание 4-е, стереотипное. — М.: Физматлит, 2003. — 656 с.
13
3. Батыгин, В. В. Топтыгин И. Н. Современная электродинамика. Часть 1.
Микроскопическая теория. – Ижевск: РХД ИКИ, 2005. -736 с.
4. Топтыгин И.Н. Современная электродинамика. Теория электромагнитных
явлений в веществе. Том 2. – Ижевск: РХД ИКИ, 2005. - 848 с.
Дополнительная литература:
1. Салех Б.Е.А., Тейх М.К. Основы фотоники. Пер. с англ. В.Л.Дербова. - М.:
Интеллект, 2011.
2. Васильев А.Н. Классическая электродинамика. Краткий курс лекций.
Учебное пособие. Издание 2. - BHV-CПб, 2010. – 288 с.
3. Кудряшов Ю. Б., Перов Ю. Ф. Рубин А. Б. Радиационная биофизика: радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения. Учебник
для ВУЗов. — М.: Физматлит, 2008. — 184 с.
4. Лопатин В.Н., Приезжев А.В., Апонасенко А.Д., Шепелевич Н.В., Пожиленкова П.В., Простакова И.В. - Методы светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред. – М.: Физматлит, 2004. - 384 с.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Электродинамика биологических сред»
Персональные компьютеры с лицензионным математическим обеспечением,
мультимедийный проектор.
Программа составлена в соответствии с требованиями ОС ВПО по направлению Физика живых систем и ООП по профилям подготовки Биофизика и
Медицинская фотоника.
Автор:
профессор кафедры теоретической физики,
д.ф.-м.м., с.н.с.
В.Л.Дербов
Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники
от 20 мая 2011 года, протокол № 6/11.
Зав. кафедрой оптики и биофотоники
В.В. Тучин
Декан физического факультета
(факультет, где разработана программа)
В.М. Аникин
Декан физического факультета
(факультет, где реализуется программа)
В.М. Аникин
14
15