Física (plan 2002) 2014-1

Quinto Semestre, Óptica

AVISO IMPORTANTE:

Nos asignaron el salón P209 para el curso. A partir de mañana (14 de agosto) la clase será ahí. Por favor avisen a sus compañeros por si alguien no ve este mensaje.

La página del curso es: http://tlahuilli.tumblr.com/

LA CLASE DEL VIERNES 9 DE AGOSTO SE IMPARTIRÁ NUEVAMENTE EN EL SALÓN DE SEMINARIOS 1 (TERCER PISO) DEL CCADET.

La clase del miércoles 7 de agosto se impartirá en el salón de seminarios 1 (tercer piso) del CCADET.

En la entrada del CCADET tendrán que registrarse firmando la lista con los nombres de alumnos que asistieron a la sesión de presentación del lunes 5. Los alumnos que no estén en esa lista, deberán registrarse como cualquier visitante.

El Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico (CCADET) está sobre el circuito exterior, junto a la DGTIC, casi frente a la Facultad de Trabajo Social.

Ya solicitamos el cambio de salón en la Facultad. Pero dado que hay pocos salones con capacidad mayor a 80 personas solicitaremos un requisito para la inscripción al curso.

Se firmará la tira de materias a los alumnos que hayan aprobado las siguientes materias:

Electromagnetismo I, Mecánica Vectorial, Geometría Analítica II, Algebra, Algebra Lineal I, Cálculo Diferencial e Integral IV, Ecuaciones Diferenciales I.

Para esto, les solicitamos que lleven su historial académico a la clase del miércoles 7 de agosto.

CURSO DE ÓPTICA

Semestre: 2014-1 Grupo: 8100

Salón: P112

Profesoras:

Dra. Citlali Sánchez Aké: citlali.sanchez@ccadet.unam.mx

Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico, Cub T-106

Dra. Karen Volke Sepúlveda: karen@fisica.unam.mx

Instituto de Física, Cub 205

Ayudante:

Viridiana Carmona Sosa: carsovi108@gmail.com

TEMARIO

A. ÓPTICA GEOMÉTRICA

I. Introducción general

II. Fundamentos de la Óptica geométrica

1. Límites de aplicabilidad de la óptica geométrica.
2. Rayos. Camino óptico. Principio de Fermat.
3. Reflexión por un espejo. Reflexión y refracción en la frontera entre dos medios.

III. Componentes y sistemas ópticos

1. Espejos: planos, parabólicos, elípticos, esféricos. Rayos paraxiales reflejados por espejos esféricos.
2. Fronteras planas. Reflexión total interna. Prismas y divisores de haz.
3. Fronteras esféricas y lentes. Lentes delgadas. Ecuación de Gauss. Fórmula del fabricante de lentes. Formación de imágenes.
4. Guías de luz.
5. Sistemas ópticos: Ojo humano, microscopio, telescopio, cámara fotográfica.
6. Aberraciones.

IV. Óptica de matrices Matriz de transferencia de rayos.

1. Matrices de componentes ópticos simples.
2. *Componentes ópticos en cascada.

B. ÓPTICA FÍSICA

B.1 FUNDAMENTOS

I. Ondas

1. Conceptos básicos y propiedades de las ondas. Ondas armónicas.
2. Ecuación de onda. Ondas monocromáticas. Notación compleja, fasores.
3. Adición de ondas de la misma frecuencia. Ondas estacionarias.
4. Adición de ondas de frecuencias casi idénticas. Velocidad de fase y velocidad de grupo.
5. Ondas en 3D.
6. Principio de Huygens, rayos y superficies de onda.

II. Electromagnetismo

1. Ecuaciones de Maxwell y ecuaciones materiales.
2. Ondas electromagnéticas en el vacío. Naturaleza electromagnética de la luz.
3. Polarización lineal
4. Energía y momento en el campo electromagnético.
5. Radiación de una partícula cargada.

III. Ecuaciones de Fresnel

1. Propagación de la luz en medios dieléctricos isotrópicos.
2. Medios dieléctricos. Densidad de polarización. Ecuación de onda en medios no-lineales, inhomogéneos, anisotrópicos, dispersivos.
3. Condiciones de frontera para los campos electromagnéticos
4. Ecuaciones de Fresnel. Coeficientes de amplitud e intensidad.
5. Consecuencias: Ángulo de Brewster, cambios de fase, reflexión total interna frustrada.

B.2. DISPERSIÓN Y POLARIZACIÓN

I. Dispersión

1. Modelo de oscilador armónico forzado.
2. Dispersión normal y anómala. Absorción.
3. Propagación de ondas electromagnéticas en medios conductores.
4. Comparación entre dieléctricos y conductores. Frecuencia de plasma.
5. Velocidad de grupo
6. Esparcimiento, absorción selectiva y color.

II. Polarización

1. Estados de polarización de onda plana.
2. Mecanismos físicos de polarización.
3. Elementos controladores de polarización. Ley de Malus.
4. Descripciones matemáticas de la polarización.

III. Óptica de medios anisotrópicos

1. Propagación de la luz en medios cristalinos.
2. Superficie número de ondas y superficie índice de refracción (descripción).
3. Birrefringencia, dicroísmo, retardadores, compensadores y polarizadores.
4. Actividad óptica.
5. Efectos ópticos inducidos. (Faraday, Kerr, Pockels).

B.3. INTERFERENCIA Y DIFRACCIÓN

I. Interferencia

1. Consideraciones generales: superposición de N ondas de la misma frecuencia (método de fasores), fuentes aleatorias y fuentes coherentes.
2. Condiciones para observar interferencia.
3. Interferencia por división de frente de onda. Interferómetros y sus aplicaciones.
4. Interferencia por división de amplitud. Interferómetros, películas delgadas y aplicaciones.
5. Tipo y localización de franjas.
6. Interferencia de haces múltiples. Resonador /interferómetro Fabry-Perot y sus aplicaciones.

II. Coherencia Teorema de Fourier. Ondas anarmónicas y paquetes de ondas.

1. Coherencia temporal y longitud de coherencia.
2. Coherencia espacial y área (transversal) de coherencia.

III. Difracción

1. Rejillas de difracción y aplicaciones.
2. Principio de Huygens-Fresnel.
3. Difracción de Fraunhoffer.
4. Difracción de Fresnel.

*Temas adicionales opcionales

FECHAS IMPORTANTES:

• Clase de presentación: 5 de agosto
• Inicio de clases: 7 de agosto
• Última clase: 22 de noviembre
• Parcial 1 (tema A): 2 de septiembre
• Parcial 2 (tema B.1): 27 de septiembre
• Parcial 3 (tema B.2): 25 de octubre
• Parcial 4 (tema B.3): 29 de noviembre
• Entrega de trabajofinal escrito: 22 de noviembre
• Exposiciones: 2-6 de diciembre (segunda semana de finales)

BIBLIOGRAFIA

A. Básica

1. E. Hecht, “Óptica”.
2. B. E. A. Saleh, M. C. Teich, “Fundamentals of Photonics”.
3. M. Born, E. Wolf, “Principles of Optics”.
4. F. L. Pedrotti, “Introduction to Optics”.
5. Daniel Malacara, “Óptica Básica” (autor mexicano).
6. F.A. Jenkins & H.E. White, “Fundamentos de Óptica”
7. R. D. Guenther, “Modern optics”.

B. Complementaria

1. J. W. Goodman, “Introduction to Fourier Optics”
2. J. D. Jackson, “Classical Electrodynamics”

LAS REGLAS

1. La calificación final estará dada por:

Tareas 40%

Exámenes 50%

Trabajo Final 10%

El valor relativo de los exámenes no es el mismo, se distribuye del siguiente modo:

1^er Parcial (5%), 2º Parcial (10%), 3^er Parcial (15%), 4º Parcial (20%)

Opción alternativa:

Aquellos estudiantes que obtengan una calificación de 10 (estrictamente) en un examen parcial, automáticamente se les asignará un promedio de 10 para las tareas correspondientes al tema de dicho parcial.

El (los) alumno(s) que sea(n) sorprendido(s) copiando (ya sea en el momento o en el caso de dos exámenes iguales), tendrá(n) de forma automática una calificación de cero en el examen correspondiente.

2. No habrá reposición de exámenes parciales ni examen final.

2. Escala de calificaciones (no negociable):

6.0 £ 6 < 6.7

6.7 £ 7 < 7.6

7.6 £ 8 < 8.5

8.5 £ 9 < 9.4

9.4 £ 10

5. Tareas: Habrá al menos 7 tareas, estas deberán ser entregadas una semana después de ser asignadas, el retraso en su entrega devalúa la nota en un 10% por cada día de clase y no se aceptan tareas con más de tres clases de retraso (-30%). Por ejemplo, si una tarea que había que entregar un martes se entrega 3 clases más tarde (el siguiente martes), la nota máxima posible será de 7.0 (30% menos a la nota original) y después de esa clase ya no se recibirá. Si las tareas se entregan antes de la fecha requerida, las notas tendrán un incremento del 10%.

Las tareas sólo se reciben durante los primeros 15 minutos de cada clase. No se aceptan bajo ningún concepto fuera de ese horario y lugar. Las clases no son obligatorias, si no pueden o no quieren asistir, un compañero las puede entregar.

6. El trabajo de Investigación se desarrollará a lo largo del semestre. El tema seleccionado deberá ser del área de la óptica y no estar comprendido en el temario. Se deberá entregar un informe escrito antes de que finalice el periodo regular de clases (ver fechas importantes), y hacer una presentación oral de 15 minutos al final del curso. El informe escrito debe tener una extensión de entre 4 a 8 cuartillas. Hay varios temas posibles, inclusive, ustedes pueden proponer alguno que sea de su interés.

REQUISITOS:

Electromagnetismo I, Mecánica Vectorial, Geometría Analítica II, Algebra, Algebra Lineal I, Cálculo Diferencial e Integral IV, Ecuaciones Diferenciales I.