Presentación del grupo 8228 - 2012-1.

TEMAS SELECTOS DE ÓPTICA III

Interacción radiación materia en la aproximación semiclásica

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CLAVE: 8228 MODALIDAD: Curso

SEMESTRE: 2012-1 CARÁCTER: Optativo

CRÉDITOS: 6

REQUISITOS: Electromagnetismo II, Óptica I, Física Moderna, Mecánica Cuántica

Variable Compleja I, Matemáticas Avanzadas de la Física, Física Atómica y Materia Condensada.

HORAS POR CLASE TEÓRICAS: 2

HORAS POR SEMANA TEÓRICAS: 6

HORAS POR SEMESTRE TEÓRICAS: 96

Objetivos

Enseñar la descripción formal de los procesos de interacción de radiación electromagnética con medios sólidos, conductores y dieléctricos, en la aproximación semi-clásica.

Se desarrollan los fundamentos desde el modelo estándar para describir las bases de temas contemporáneos y de temas poco o nada tratados en cursos de licenciatura en Física y que son fundamentales en varias áreas de investigación: Física, Fisicoquímica, Fotónica, Instrumentación, y Bio-tecnología, entre otros.

Metodología de la enseñanza

Curso teórico. El profesor explica la temática teóricamente en el salón de clase apoyándose con prácticas numéricas que permitan al estudiante dominar este campo.

Evaluación del curso: Mediante exámenes, tareas y lecturas.

1. REVISIÓN INTRODUCTORIA DE TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA 8 hrs

1.1 Ecuaciones de Maxwell y ecuación de onda

1.2 Permitividad dieléctrica y modelo de Lorentz

1.3 Dispersión de radiación en medios dieléctricos lineales, no dispersivos, homogéneos e isotrópicos.

1.4 La ecuación Lorenz-Lorentz

1.5 Absorción de radiación: Ley de Beer

1.6 Óptica de medios conductores

1.7 Índice de refracción de un medio conductor

2. REVISIÓN INTRODUCTORIA DE MECÁNICA CUÁNTICA Y DEL CAMPO DE RADIACIÓN TÉRMICO

12 Hrs

2.1 Principio de superposición de estados en Mecánica Cuántica

2.2. Representación y condiciones cuánticas, nociones generales

2.3 La representación de Schrödinger o representación de coordenadas.

2.4 Ley de radiación de Planck para fuentes térmicas

2.5 Teoría de Einsten del proceso radiativo: los coeficientes A y B

2.6 Cuantización de Planck: El equilibrio térmico y las condiciones generales asociadas.

2.7 Introducción elemental a la electrodinámica cuántica

3. CONCEPTOS ELEMENTALES DE LÁSERES Y SISTEMAS LÁSER 12 hrs

3.1 Cavidades ópticas

3.2 Inversión de población

3.3 Condiciones y propiedades para la emisión láser

3.4 Tipos de láseres de acuerdo al medio de ganancia

3.5 Tipos de láseres de acuerdo a la cavidad resonante

3.6 Modos longitudinales y transversales de un láser

3.7 Láseres pulsados: técnicas de pulsado

4. INTERACCIÓN DE RADIACIÓN CON DIELÉCTRICOS I: TEORÍA DE DIELÉCTRICOS (K.F. FRÖLICH)

12 hrs

4.1 Teoría macroscópica

4.1.1 Campos estáticos

4.1.2 Campos dependientes del tiempo

4.2 Energía y entropía

4.3 Constantes dieléctricas: Interacción dipolar y teoremas generales

4.4 Propiedades dinámicas y condiciones de equilibrio

4.5 Las ecuaciones de Deby

4.6 Absorción resonante

5. INTERACCIÓN DE RADIACIÓN CON DIELECTRICOS II: INTERACCIÓN DE LUZ CON CRISTALES NO-CONDUCTORES 12 hrs

5.1 Absorción en el infrarrojo.

5.2 Difracción de Rayos-X.

5.3 Dispersión de Luz.

5.4 Dispersión de neutrones

6. FENÓMENOS FOTO-TÉRMICOS Y TERMO-ELÁSTICOS 12 hrs

6.1 Absorción de luz por procesos radiativos y procesos no-radiativos.

6.2 El indice de refracción como función de variables de estado.

6.3 Transferencia de energía: fonones y la absorción resonante.

6.4 Distinción entre difusividad y disipación térmica.

7. INTERACCION DE RADIACIÓN CON MEDIOS CONDUCTORES I 12 hrs

7.1 Teorema de Bloch

7.2 Electrones aproximadamente libres

7.3 Calor especifico y fuerzas de cohesión en metáles

7.4 Fenómenos de transporte: consideraciones generales

7.5 Conductividad térmica y la Ley Wudemann-Franz

7.6 Impuresas e Imperfecciones

8. INTERACCIÓN CON MEDIOS CONDUCTORES II: PLASMONICA Y METAMATERIALES 12 hrs

8.1 Ecuaciones de Maxwell, ecuación de onda y la propagación de ondas

8.2 La función dieléctrica del gas de electrones libres

8.3 Dispersión del gas de electrones libres y plasmones de volumen

8.4 Metales reales

8.5 La energía del campo electromagnético en metales.

8.6 Plasmon polariton de superficie en una sola interfase

8.7 Índice de refracción negativo

8.8 Meta-materiales. Ejemplos

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

1. Born M. and Wolf E., Principles of Optics7^th (expanded): Ed., Pergamon Press 1999.

2. Verdeyen, Jospeph T., Quantum electronics: Ed. Prentice Hall, 1994.

3. Peierls R. E., Quantum Theory of Solids: Ed. Pergamon Press, 1955. Published in Oxford Classic Series 2001.

4. Fröhlich H. Theory of dielectrics: Dielectric constant and dielectric loss (Monographs on the Physics and Chmestry of Materials): Ed. Claredon Press, 1949.

5. Ziman J. M. Electrons and Phonons: Theory of transport phenomena in solids (International series of monographs in Physics): Ed. Claredon Press, 1960.

6. Maier S. A. Plasmonics: Fundamentals and Applications: Ed. Springer, 2006.

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

1. Saleh B. E. A. and Teich M. C., Fundamentals of Photonics:2^nd Edition, John Wiley & Sons 2007.Yariv A., Quantum Electronics3rd Edition, John Wiley & Sons 1989.

2. Siegman A. E., Lasers, University Science Books 1986.

3. Jones K. A., Introduction to Optical Electronics, Harper & Row 1987. .

4. Silfvast W. T., Laser Fundamentals 2^nd Edition, Cambridge University Press 2004.

5. U. Efron, Spatial light modulator technology, Marcel Dekker, Inc. 1995.

6. Vogel W. and Welsch D-G, Quantum optics, Third, Revised and Extended Edition, Wiley-Vch 2006.

7. Prasad P. N., Introduction to Biophotonics, Wiley Inter-Science 2003.