Presentación del grupo 8075 - 2010-2.

2/02/2010

ÓPTICA(SEMESTRE 2010-2)

Profesor: Juan Carlos Alonso Huitrón, IIM, UNAM, cub. C-214

Ayudante: Oscar García Zarco, IIM, UNAM, lab.6 Ed. E

INTRODUCCIÓN (2 hrs)

Definición de la óptica. Espectro electromagnético y espectro de luz visible. Breve historia de la óptica. Niveles de teoría de la óptica.

PRIMERA PARTE: ÓPTICA GEOMÉTRICA

1. FUNDAMENTOS DE LA ÓPTICA GEOMÉTRICA (8 Hrs.) 1.1 Límites de aplicabilidad de la óptica geométrica. 1.2 Principio de Huygens. Rayos y superficies de onda.1.3 Postulados de la óptica de rayos. Principio de Fermat. Longitud de camino óptico. Propagación en medios homogéneos e inhomogéneos.1.4 Reflexión y refracción. Leyes de reflexión, de Snell y del plano de incidencia. Ángulo crítico.

2. ÓPTICA GAUSSIANA (12 Hrs.)2.1 Refracción y reflexión en superficies esféricas. Aproximación paraxial.2.2 Lentes delgadas y espejos esféricos. Ecuación de Gauss. Fórmula del fabricante deLentes.2.3 Formación de imágenes. Trazos geométricos de rayos. Amplificación transversal, longitudinal y angular.2.4 Combinación de dos o más lentes. Diafragmas y pupilas. Planos principales.Rapidez de una lente, número-F (F/número).2.5 Sistemas ópticos: ojo humano, lupa, microscopio compuesto, telescopios, cámara fotográfica.2.6 Prismas reflectores y refractores. Prismas dispersores.2.7 Lentes gruesas y aberraciones (descripción).

SEGUNDA PARTE: ONDAS Y ELECTROMAGNETISMO

3. ONDAS LUMINOSAS (10 Hrs.)3.1 Conceptos básicos y propiedades de las ondas.3.2 La ecuación de onda. Solución general. Superposición. 3.3 El teorema de Fourier (discusión). Ondas armónicas. Amplitud, fase, frecuencia, longitud de onda.3.4 Notación compleja. Método de fasores. Adición de ondas de la misma frecuencia.3.5 Adición de ondas de frecuencias casi idénticas. Velocidad de fase y velocidad de grupo. 3.6 Ondas en tres dimensiones. Frentes de onda. Ondas planas, esféricas y cilíndricas.3.7Principio de Huygens. La ley de Snell y la ley de la reflexión.

4. ELECTROMAGNETISMO (10 Hrs.)4.1 Las ecuaciones de Maxwell y las ecuaciones materiales. Deducción de la ecuación de onda. 4.2 Naturaleza electromagnética de la luz. Ondas electromagnéticas en el vacío.4.3 Energía en el campo electromagnético (descripción). Vector de Poynting. Irradiancia.4.4 Radiación de una partícula cargada (decripción).4.5 Polarización. Ley de Malus. Vectores de Jones y de Stokes. Matrices de Mueller.

TERCERA PARTE: ÓPTICA FISICA. TEORÍA VECTORIAL

5. ECUACIONES DE FRESNEL (10 Hrs.)5.1 Condiciones de frontera para los campos electromagnéticos.5.2 Reflexión y refracción en medios dieléctricos isotrópicos. 5.3 Las ecuaciones de Fresnel. Coeficientes de amplitud e intensidad.5.4 Consecuencias: Ángulo de Brewster, cambios de fase, reflexión total interna. frustrada, ondas evanescentes.

6. TEORÍA DE LA DISPERSIÓN (10 Hrs.)6.1 Propagación de la luz en medios dieléctricos isotrópicos. Modelo de Drude (descripción).6.2 Dispersión normal y anómala. Absorción.6.3 Propagación de ondas electromagnéticas en medios conductores.6.4 Comparación entre dieléctricos y conductores. Frecuencia de plasma.

7. ÓPTICA DE CRISTALES (10 Hrs.)7.1 Propagación de la luz en medios cristalinos. Anisotropía. Tensor dieléctrico.7.2 Superficie del número de onda y superficie del índice de refracción (descripción).7.3 Birrefringencia, dicroísmo, retardadores, compensadores y polarizadores.7.4 Actividad óptica.7.5 Efectos óptico inducidos. (Faraday, Kerr, Pockels, foto-elasticidad)

CUARTA PARTE: ÓPTICA FISICA. TEORÍA ESCALAR

8. INTERFERENCIA (12 Hrs.)8.1 Definiciones y conceptos preliminares. Interferencia de dos fuentes puntiformes. 8.2 Condiciones de la interferencia. Leyes de Fresnel-Arago. Coherencia-mutua.8.3 Interferencia por división del frente de onda. Interferómetro de Young, biprisma y espejo doble de Fresnel, espejo de Lloyd, etc.8.4 Interferencia por división de la amplitud. Interferómetro de Michelson. Interferómetro de Mach-Zehnder, Sagnac y otros. 8.5 Tipo y localización de franjas. Franjas de Haidinger y de Fizeu..8.6 Interferómetro de haces múltiples. Fabry-Perot. Poder de resolución espectral y rango espectral libre.8.7 Películas delgadas. Aplicaciones: Metro patrón, pruebas ópticas, recubrimientos antirreflejantes, etc. (descripción).

9. DIFRACCIÓN (12 Hrs.)9.1 Introducción. Principio de Huygens-Fresnel.9.2 Obstáculos y aberturas. Principio de Babinet.9.3 Difracción de Franhofer. Una y dos rendijas, abertura cuadrada y circular. Poder de Resolución de instrumentos ópticos. Criterios de Rayleigh y de Sparrow.9.4 Difracción por N rendijas. Rejillas de difracción. Comparación con el Fabry-Perot. Aplicaciones.9.5 Difracción de Fresnel. Espiral de Cornu (descripción).

10. (*) ÓPTICA CUÁNTICA (6 Hrs.)10.1 (*) Fuentes de luz. Cuántos de luz.10.2 (*) Orbitas y niveles de energía atómicos.10.3 (*) Origen de los cuántos de luz10.4 (*) El láser

Los temas marcados con (*) son optativos.Bibliografía básica.

Malacara, D., 2004, Óptica básica, segunda edición, SEP-FCE, México; ISBN 968-16-7313-1

Hetch E., Zajac A., 1998, ÓPTICA, Addison Wesley Longman de México, S.A., México; ISBN 968-444-326-9

Jenkins F.A., White H.E., Fundamentals of Optics, 4^th edition, McGraw-Hill; ISBN 07-085346-0

Fowles G.R., 1975, Introduction to Modern Optics, 2^th edition, Holt-Reinehart-Winston, New York; ISBN0-03-089404-2

Bibliografía complementaria

Klein M.V., 1970, Optics, John Wiley & Sons; ISBN A-471-49084-9

Lorrain, P., Corson, D.R., 1970, Electromagnetic Fields and Waves, W.H. Freeman and Company, New York, U.S.A. ISBN 0-7167-0331-9.

Cheng D.K., 1989, Fieldand wave electromagnetics, Addison-Wesley publishing Company, New-York, Ontario, Amsterdam, Tokyo, Madrid. etc.ISBN 0-20-112819-5

Evaluación

Tareas semanales: 50 % Exámenes parciales: 50 %

Notas: 1) no se aceptan tareas extemporáneas, 2) si se detectan copias de tareas se divide la calificación entre el número de copias, 3) no hay examen final.