Física (plan 2002) 2021-1

Quinto Semestre, Óptica

Profesoras:

Dra. Citlali Sánchez Aké: citlali.sanchez@icat.unam.mx, ICAT, Fotofísica.

Dra. Karen Volke Sepúlveda: karen@fisica.unam.mx, Instituto de Física.

Ayudante:

Fis. Reynaldo Juan Ortíz: reyorguer@ciencias.unam.mx, Instituto de Física, Edificio LEMA, Laboratorio de Micromanipulación Óptica

Horario de consulta: Previa cita via e-mail.

DINÁMICA DEL CURSO EN LÍNEA:

Plataforma:

• Sincrónica: Zoom y Meet. Horario: Lunes, miércoles, viernes a las 16:00h.

• Asicrónica: Google Classroom.

Recursos didácticos:

• Pizarra electrónica

• Materiales de lectura

• Presentaciones

• Videos

• Blog del curso en Google Classroom

Primera reunión:

Lunes 21 de septiembre a las 16:00 h por la plataforma Zoom.

Para registrarse y asistir a esta reunión, seguir el vínculo: https://cuaed-unam.zoom.us/meeting/register/tJctdOqupzsqE9d_z2Ab0JuXH3yDjKCxx4Bc

Luego del registro, recibirá un correo electrónico de confirmación con información para unirse a la reunión web. El registro se puede realizar desde el lunes 14 de septiembre hasta el lunes 21 de septiembre a las 14:00h.

EL REGISTRO A ESTA REUNIÓN DEBE HACERSE CON UN CORREO ELECTRÓNICO DEL DOMINIO @ciencias

CUPO MÁXIMO: 36

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, cámara oscura, microscopio, telescopio, cámara fotográfica.

6. Aberraciones.

IV. Óptica de matrices

1. Matriz de transferencia de rayos.

2. Matrices de componentes ópticos simples.

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

1. Teorema de Fourier. Ondas anarmónicas y paquetes de ondas.

2. Coherencia temporal y longitud de coherencia.

3. Coherencia espacial y área (transversal) de coherencia.

III. Difracción

1. Rejillas de difracción y aplicaciones.

2. Principio de Huygens-Fresnel.

3. Principio de Babinet.

4. Difracción de Fraunhoffer.

5. Difracción de Fresnel.

FECHAS IMPORTANTES:

• Clase de presentación: 21 de septiembre

• Inicio de clases:21 de septiembre

• Parcial 1 (tema A):16 de octubre

• Parcial 2 (tema B.1):13 de noviembre

• Parcial 3 (tema B.2):11 de diciembre

• Parcial 4 (tema B.3):5 de febrero

• Última clase:29 de enero

• Exposiciones de carteles:8, 10 y 12 de febrero

BIBLIOGRAFIA

A. Básica

1. E. Hecht, “Óptica”.

2. B. E. A. Saleh, M. C. Teich, “Fundamentals of Photonics”.

3. F. L. Pedrotti, “Introduction to Optics”.

4. M. Born, E. Wolf, “Principles of Optics”.

5. Daniel Malacara, “Óptica Básica”.

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. Los exámenes parciales se realizarán en el horario de clase, estarán disponibles en la plataforma Classroom a partir de las 15:45h del día del exámen. Miembros del equipo de profesores se conectarán a las 16:00h para revisar el examen junto con los alumnos y atender dudas. El examen deberá resolverse durante las siguientes dos horas y enviarlo como archivo pdf al correo del ayudante. No se considerarán archivos enviados después de las 19:00h. Para generar el archivo pdf se puede tomar foto y usar alguna aplicación que convierta el archivo de imagen a pdf, por ejemplo: CamScanner.

2. Durante las sesiones sincrónicas se realizarán un total de 20 exámenes cortos conceptuales en el semestre, que serán calificados de manera colaborativa en clase (cada estudiante deberá apoyar calificando a 5 de sus compañeros). Para la calificación final, se considerarán únicamente 10 de éstos. Aquellos estudiantes que hayan presentado más de 10, se les promediarán las 10 calificaciones más altas.

3. Habrá 8 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 lunes se entrega 3 clases más tarde (el siguiente lunes), la nota máxima posible será de 7.0 (30% menos a la nota original) y después de esa clase ya no se recibirá. La entrega de la tarea es por correo electrónico, al correo del ayudante, y se tomará la fecha/hora de envío para registrar la recepción.

4. El trabajo de Investigación se desarrollará por equipos a lo largo del semestre. El tema seleccionado deberá ser del área de óptica y no estar comprendido en el temario. Se deberá realizar un cartel por equipo para exponer los días señalados en las “fechas importantes” y al momento de evaluar se realizarán preguntas de manera individual a cada integrante del equipo. El 50% de la calificación será común a todo el equipo, con base en la evaluación del cartel, y el otro 50% será de acuerdo al desempeño individual en el interrogatorio.

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

6. La calificación final estará dada por: Exámenes Parciales: 30%; Tareas: 40%; Exámenes cortos: 10%; Trabajo Final: 20%. El valor relativo de los exámenes no es el mismo, se distribuye del siguiente modo: 1er Parcial (5%), 2º Parcial (5%), 3er Parcial (10%), 4º Parcial (10%).

7. Escala de calificaciones:

6.0 ≤ 6 < 6.7

6.7 ≤ 7 < 7.6

7.6 ≤ 8 < 8.5

8.5 ≤ 9 < 9.4

9.4 ≤ 10

REGLAS ADICIONALES SOBRE EL FORMATO DE CURSO EN LÍNEA

• Para inscribirse a este curso es indispensable que el estudiante cuente con un correo electrónico del dominio @ciencias, que será el que utilice para acceder a los recursos en línea.

• Las sesiones sincrónicas pueden ser grabadas por las profesoras para compartirse posteriormente como vínculo en la plataforma asincrónica. Los estudiantes inscritos en este curso autorizan tácitamente la grabación de dichas sesiones y todos los miembros del grupo (estudiantes y profesores) se comprometen a no hacer uso de ese material para fines ajenos al curso ni compartirlo de manera pública sin autorización expresa de las profesoras.

• Para resolver dudas sobre el curso y los temas se utilizarán el blog de Google Classroom y las sesiones sincrónicas.

• Se creará un grupo de chat de la plataforma G-suit para el curso con la única finalidad de dar avisos urgentes (cortes de energía eléctrica o de internet). Este recurso no se usará para resolver dudas sobre la clase.

• Las respuestas a las dudas expresadas en el blog de Google Classroom se darán ya sea en las sesiones sincrónicas o en el mismo blog en un plazo de 2 días hábiles.