Física (plan 2002) 2022-1

Quinto Semestre, Óptica

DINÁMICA DEL CURSO EN LÍNEA:

Plataforma:

• Sincrónica: Zoom. Horario: lunes, miércoles, entre 16:00h y 18:00h.
• Asicrónica: Videos y Google Classroom.

Recursos didácticos:

• Videos
• Materiales de lectura
• Presentaciones
• Pizarra electrónica
• Blog del curso en Google Classroom

Primera reunión: viernes 3 de septiembre a las 16:00 hr por la plataforma Zoom.

Importante: podrán asistir a esta reunión solo si se registran PREVIAMENTE en la siguiente dirección:

https://cuaieed-unam.zoom.us/meeting/register/tZIuce-ppz0rGtfijCiDdN59uzMLpU0y9y_l

Luego del registro, recibirán un correo electrónico de confirmación con el enlace para unirse a la reunión web. El registro se puede realizar desde el lunes 23 de agosto hasta el jueves 2 de septiembre a las 20:00h y debe hacerse con un correo electrónico del dominio @ciencias.

Cupo máximo: 40.

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. Radiación de sincrotrón. Radiación dipolar eléctrica.

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.

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 15:50h del día del examen. 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 cargarlo al Classroom como archivo pdf. No se considerarán archivos cargados después de las 18:00h. 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. Habrá 8 tareas que deberán ser entregadas una semana después de ser asignadas, el retraso en su entrega devalúa la nota un 10% y se aceptará con un retraso máximo de una clase. La entrega de la tarea es mediante Classroom y se tomará la fecha/hora de envío para registrar la recepción.
3. Habrá exámenes cortos (quiz) en modalidad sincrónica y asincrónica, con fecha/hora de entrega asignada mediante la plataforma Classroom. Solamente el 75% de estos examenes (los que tengan mayor calificación) serán tomados en cuenta para el porcentaje de la evaluación final.
4. Parte del material de la clase se expondrá mediante videos grabados por el equipo de profesores y otra parte se expondrá a través de sesiones sincrónicas.
5. Habrá un trabajo final, cuya dinámica quedará definida durante el curso en función del tiempo disponible para finalizar el temario satisfactoriamente, así como del número de estudiantes inscritos.
6. No habrá reposición de exámenes parciales ni examen final.
7. La calificación final estará dada por:

Exámenes Parciales: 30%

Tareas: 40%

Exámenes cortos: 10%

Trabajo Final: 20%

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

REQUISITOS:

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