Física (plan 2002) 2015-2

Optativas, Temas Selectos de Óptica III

TEMAS SELECTOS DE ÓPTICA III

Interacción radiación materia en la aproximación semiclásica

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CLAVE: MODALIDAD: Curso

SEMESTRE: CARÁCTER: Optativo

CRÉDITOS: 6

REQUISITOS: Electromagnetismo II, Óptica I, Int. Mec. Cuantica, Mecánica Cuántica

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

HORAS POR CLASE TEÓRICAS: 2

HORAS POR SEMANA TEÓRICAS: 4

HORAS POR SEMESTRE TEÓRICAS: 56

Objetivos

Introducir al estudiante a 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 a partir de teoria electromagnética y de electrodinámica cuántica básica, 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 y proyectos de investigación orientados a que el estudiante adquira las nociones básicas y la información y formación suficiente en el área temática.

Evaluación del curso: Mediante exámenes, tareas, lecturas y proyectos a desarrollar.

1. 1. REVISIÓN INTRODUCTORIA DE TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA 6 hrs

1. 1. Ecuaciones de Maxwell y ecuación de onda

   2. Permitividad dieléctrica. Modelo de Lorentz

   3. Dispersión de radiación en medios dieléctricos lineales, homogéneos e isotrópicos.

   4. La ecuación Lorenz-Lorentz

   5. Absorción de radiación: Ley de Beer

   6. Óptica de medios conductores

   7. Índice de refracción de un medio conductor

2. REVISIÓN INTRODUCTORIA DE MECÁNICA CUÁNTICA:

CONCEPTOS, POSTULAODS Y NOTACIÓN 4 hrs

1. 1. Principio de superposición de estados en Mecánica Cuántica

   2. Representación y condiciones cuánticas, nociones generales

   3. La representación de Schrödinger o representación de coordenadas.

   4. La representación de momentos.

3. EL CAMPO DE RADIACIÓN: Introducción a QED10 hrs

   1. Ley de radiación de Planck para fuentes térmicas

   2. Hipótesis de cuantización de Planck

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

   4. El equilibrio térmico y las condiciones generales asociadas

   5. Conceptos elementales de electrodinámica cuántica

4. INTERACCIÓN DE RADIACIÓN CON DIELÉCTRICOS I:

TEORÍA DE DIELÉCTRICOS DE FRÖLICH 8 hrs

1. 1. Teoría macroscópica

   2. Energía y entropía en el campo de radiación

   3. Constantes dieléctricas: Interacción dipolar y teoremas generales

   4. Propiedades dinámicas y condiciones de equilibrio

   5. Absorción resonante. Espectroscopias

5. INTERACCIÓN DE RADIACIÓN CON DIELECTRICOS II:

INTERACCIÓN DE LUZ CON CRISTALES NO-CONDUCTORES 6 hrs

1. 1. Absorción en el infrarrojo.

   2. Difracción de Rayos-X.

   3. Dispersión de neutrones

   4. Decaimientos no radiativos

6. INTERACCION DE RADIACIÓN CON MEDIOS CONDUCTORES I 8 hrs

   1. Teorema de Bloch

   2. Ligadura fuerte y electrones aproximadamente libres

   3. Calor especifico

   4. Fuerzas de cohesión en metáles

   5. Fenómenos de transporte: consideraciones generales

   6. Conductividad térmica y la Ley Wudemann-Franz

   7. Impurezas e Imperfecciones

7. INTERACCIÓN CON MEDIOS CONDUCTORES II

PLASMONICA Y METAMATERIALES 8 hrs

1. 1. Ecuaciones de Maxwell, ecuación de onda y la propagación de ondas

   2. La función dieléctrica del gas de electrones libres

   3. Dispersión del gas de electrones libres y plasmones de volumen

   4. Metales reales

   5. La energía del campo electromagnético en metales.

   6. Plasmon polariton de superficie en una sola interfase

   7. Índice de refracción negativo

   8. Meta-materiales. Ejemplos

8. FENÓMENOS FOTO-TÉRMICOS Y TERMO-ELÁSTICOS 8 hrs

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

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

   3. Transferencia de energía: fonones y la absorción resonante.

   4. Distinción entre difusividad y disipación térmica.

   5. Procesos no-radiativos y la generación de ondas mecánicas

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

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

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

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

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

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

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

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

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

1. Yariv A., Quantum Electronics3rd Edition, John Wiley & Sons 1989.

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

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

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

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

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