Física (plan 2002) 2013-2

Optativas, Temas Selectos de Óptica III

EL HORARIO DEFINITIVO QUEDÓ: Lunes 12h-14h y Miércoles 13h-14h

La Fotónica agrupa a la óptica clásica y la óptica moderna para estudiar la generación, manipulación y detección de la luz. La interacción de la luz con la materia origina un cambio en alguna de sus propiedades, por ejemplo, en índice de refracción (birrefringencia, efecto foto-refractivo), absorción, o número de electrones libres (semiconductores).

Los sistemas fotónicos presentan diversas soluciones tecnológicas presentes y futuras. Sus aplicaciones tienen gran impacto en varios campos que van desde las comunicaciones (sistemas inalámbricos y de fibra óptica), almacenamiento de información (dispositivos de almacenamiento, DVD), captura de imágenes (CCD), procesamiento de materiales (ablación, cambio estructural de un material), medicina (cirugía laser, sensores biológicos), monitoreo por sensores ópticos (en laboratorios de investigación y en la industria), así como en la conversión de energía fotoeléctrica, que ha encontrado un interés renovado recientemente debido a las demandas mundiales de ahorro de energía y de nueva producción de energía (celdas solares).

El objetivo primordial del presente curso es de exponer las bases y herramientas actuales de la óptica avanzada para entender las aplicaciones recientes de la fotónica en ciencias básicas, ingeniería y ciencias de la salud a nivel mundial, así como en nuestra Universidad. Por lo tanto, el plan de estudio que se detalla a continuación aspira a preparar los estudiantes a entender la física detrás de la fotónica para poder responder a la constante necesidad de profesionales y nuevos desarrollos innovadores basados en la ingeniería fotónica.

Después de completar este curso, se espera que el estudiante conozca la física de los diferentes dispositivos de emisión (LEDs, láseres), detección (sensores) y manipulación (guías de onda, rejillas, haces estructurados, moduladores) de la luz para su aplicación en el desarrollo y la caracterización de equipos más complejos con objetivos muy específicos. Gracias a este amplio conocimiento general en uno de los sectores de alta tecnología actual más importante, el estudiante tendrá una visión más precisa de lo que permite la fotónica hoy en día.

CALIFICACIÓN;

La calificación será repartida de la siguiente manera:

· Calificación de las diferentes tareas que se presentan a lo largo de las clases

· Calificación de los 3 seminarios (ver en sección “SEMINARIOS”)

· Calificación de la práctica final en grupo (reporte y presentación)

· Presencia

TEMARIO:

Clases (30 horas) – Seminarios (9 horas) – Prácticas (9 horas)

1. Introducción (3 horas)

1.1. Introducción a la física de los semiconductores y su aplicación en optoelectrónica

1.2. La Fotónica

1.3. Campos de aplicación

2. Fuentes de luz (6)

2.1. Clasificación y principios de operación

2.2. Diodos luminosos (LEDs)

2.2.1. Física básica de semiconductores

2.2.2. Generación de luz en semiconductores

2.2.3. Materiales orgánicos para LEDs: los OLEDs

2.3. Láseres

2.3.1. Interacción de materiales con radiación electromagnética

2.3.1.1. Absorción

2.3.1.2. Emisión espontanea y emisión estimulada

2.3.2. Resonadores ópticos

2.3.2.1. Características espectrales

2.3.2.2. Condiciones de oscilación láser

2.3.3. Sistemas láser

2.3.4. Diodo láser

2.3.5. Láser aleatorio

2.3.6. Láser orgánico

3. Detectores ópticos (6 horas)

3.1. Clasificación y principios de operación

3.2. Sensibilidad espectral

3.3. Fotodetectores

3.3.1. Fotodiodos

3.3.2. Fototransistores

3.3.3. Detectores CCD y CMOS

3.5. Efecto fotovoltaico (celda solar)

3.6. Materiales orgánicos absorbentes

4. Guías de onda (1.5 horas)

4.1. Guías de onda planas

4.2. Fibras ópticas

4.3. Estructuras fotónicas

4.3.1. Cristales fotónicos

4.3.2. Fibrasópticasmicroestructuradas

5. Nociones de ruido en fotónica y detección (1.5 horas)

5.1. Tipos de ruido

5.2. Análisis y eliminación de ruido en fotónica y detección

6. Dispositivos y Sensores (6 horas)

6.1. Moduladores (electro-ópticos, acusto-ópticos)

6.2. Controladores de polarización, aisladores

6.3. Rejillas de difracción

6.4. Dispositivos de óptica integrada y fibra óptica

6.5. Amplificadores ópticos

6.6. Sensores ópticos y fotónicos

7. Nanofotónica (3 horas)

7.1. Introducción a las Nanociencias y Nanotecnología.

7.1.1. Fundamentos.

7.1.2. Propiedades de los nanomateriales.

7.1.3. Caracterización.

7.1.4. Aplicaciones.

7.2. Micro- y nanolitografía.

7.3. Sistemas micro- y nanoelectromecánicos.

7.4. Propiedades ópticas de nanopartículas y sistemas nanooestructurados.

7.4.1. Nanotubos de carbono

7.4.2. Grafeno

7.4.3. Introducción a la plasmónica.

8. Introducción a la biofotónica con estudios de casos (3 horas)

8.1. Presentación de los biosensores

8.2. Biosensores fotónicos

8.2.1. Resonancia de plasmones

8.2.2. Microcanales de puntos cuánticos

8.2.3. ELISA plasmónica

8.4. Biomateriales.

8.6. Introducción a la optogenética.

8.7. Estudios de casos recientes (artículos)

SEMINARIOS:

Seminarios en clases (9 horas): presentación de dos temas relevantes a la clase y presentación de un artículo reciente sobre la fotónica.

1er seminario: Se presentará un tema general de la fotónica o un tema actual por grupo.

Se dará en las primeras semanas, para empezar a reflexionar sobre la fotónica, sus aplicaciones y limitaciones actuales. A escoger en una lista de temas.

2º seminario: Se presentará un tema más a fondo relacionado con el curso por grupo.

Se dará al terminar el primer tercio de la clase (marco teórico). A escoger en lista.

3er seminario: Se presentará un artículo científico reciente relacionado con la fotónica.

Se dará durante la última parte del semestre. Temas más libres.

BIBLIOGRAFIA:

[1] B. E. A. Saleh y M. C. Teich, Fundamnetals of Photonics, Wiley-Interscience (2007).

[2] K. Iizuka, Elements of Photonics, Volumen I, Wiley-Interscience (2002).

[3] K. Iizuka, Elements of Photonics, Volumen II, Wiley-Interscience (2002).

[4] J. Crisp, Introduction to Fiber Optics, Newnes (2001).

[5] K. A. Jones, Introduction to optical electronics, John Wiley & Sons, 1991.

[6] J. Hecht, Óptica, Addison Wesley, 2000.

[7] E. L. Wolf, Nanophysics and Nanotechnology: An Introduction to Modern Concepts in Nanoscience, Wiley-Interscience (2004).

[8] E. Roduner, Nanoscopic Materials: Size-dependent Phenomena, RSC Publishing (2006).

[9] C. P. Poole y F. J. Owens. Introduction to Nanotechnology, Wiley-Interscience (2003.)

[10] N. Takeuchi, Nanociencia y nanotecnología. La construcción de un mundo mejor átomo por átomo, Fondo de Cultura Económica (2009).

[11] P. N. Prasad, Introduction to Biophotonics, Wiley-Interscience (2003).

[12] L. Pavesi y P. M. Fauchet (Eds.), Biophotonics, Springer (2008).

[13] V.V. Tuchin, D.A. Zimnyakov y L.V. Wang, Optical Polarization in Biomedical Applications, Springer (2006).

También se utilizarán varios artículos recientes de revistas indexadas para complementar el curso.

Profesor

Facultad de Ciencias

Tel: 56-22-53-93 (lab)

mathieu_h@ciencias.unam.mx

Ayudante

vetuasaber@ciencias.unam.mx