Física (plan 2002) 2022-2

Quinto Semestre, Óptica

Profesores: Jorge G. Hirsch Ganievich (hirsch@nucleares.unam.mx)

Pedro Quinto Su (pedro.quinto@nucleares.unam.mx)

Ayudante: Carlos Adolfo Díaz Mejía (car.dime93@gmail.com)

Objetivos

Conocer los fundamentos de la óptica geométrica y la óptica física, así como sus aplicaciones.

Evaluación del curso: Tareas 50%

Exámenes parciales 30%

Trabajo final escrito (5%) y oral (25%)

El trabajo del curso se apoyará en Google Classroom, donde se compartirán los libros de texto y los materiales de consulta, se presentarán las tareas y se organizará la comunicación.

Para participar en el curso todos los estudiantes deben inscribirse en https://classroom.google.com/c/NDY0NjQwNDc2NDQ3?cjc=sbjltyg

El código de la clase en Google Classroom es sbjltyg

Temario

1. FUNDAMENTOS DE LA ÓPTICA GEOMÉTRICA 10 hrs.

1.1. Límites de aplicabilidad de la óptica geométrica.

1.2. Camino óptico. Principio de Fermat.

1.3. Leyes de la óptica geométrica: reflexión y refracción en superficies planas y curvas.

2. ÓPTICA GAUSSIANA 12 hrs.

2.1. Reflexión y refracción en superficies esféricas.

2.2. Lentes delgadas y espejos. Aproximación paraxial. Ecuación de Gauss. Fórmula del fabricante de lentes.

2.3. Formación de imágenes. Amplificación transversal y longitudinal.

2.4. Sistemas ópticos: Ojo humano, microscopio, telescopio, cámara fotográfica, número F.

2.5. Prismas, diferentes tipos y aplicaciones.

2.6. Aberraciones.

3. ONDAS 10 hrs.

3.1. Conceptos básicos y propiedades de las ondas.

3.2. La ecuación de onda. Solución general. Superposición.

3.3. Teorema de Fourier (discusión). Ondas armónicas.

3.4. Principio de Huygens, rayos y superficies de onda.

3.5. Notación compleja. Método de fasores. Adición de ondas de la misma frecuencia.

3.6. Adición de ondas de frecuencia casi idénticas. Velocidad de fase y velocidad de grupo.

4. INTERFERENCIA 12 hrs.

4.1. Definiciones y conceptos preliminares.

4.2. Condiciones para observar interferencia. Leyes de Fresnel-Arago.

4.3. Interferencia por división de frente de onda.

4.4. Interferencia por división de amplitud.

4.5. Tipo y localización de franjas.

4.6. Interferómetros y sus aplicaciones.

4.7. Películas delgadas. Aplicaciones.

5. DIFRACCIÓN 12 hrs.

5.1. Introducción. Principio de Huygens-Fresnel.

5.2. Obstáculos. Principio de Babinet.

5.3. Difracción de Fraunhoffer.

5.4. Difracción de Fresnel. Espiral de Cornu (descripción).

5.5. Rejillas de difracción. Aplicaciones.

6. ELECTROMAGNETISMO 10 hrs.

6.1. Las ecuaciones de Maxwell y las ecuaciones materiales.

6.2. Ondas electromagnéticas en el vacío. Naturaleza electromagnética de la luz.

6.3. Energía en el campo electromagnético (descripción).

6.4. Radiación de una partícula cargada (descripción).

6.5. Polarización. Ley de Malus. Vectores de Jones.

7. ECUACIONES DE FRESNEL 10 hrs.

7.1. Condiciones de frontera para los campos electromagnéticos.

7.2. Reflexión y refracción de ondas electromagnéticas en medios dieléctricos isotrópicos.

7.3. Las ecuaciones de Fresnel. Coeficientes de amplitud e intensidad.

7.4. Consecuencias: Ángulo de Brewster, cambios de fase, reflexión total interna frustrada.

8. TEORÍA DE LA DISPERSIÓN 10 hrs.

8.1. Propagación de la luz en medios dieléctricos isotrópicos.

8.2. Dispersión normal y anómala. Absorción.

8.3. Propagación de ondas electromagnéticas en medios conductores.

8.4. Comparación entre dieléctricos y conductores. Frecuencia de plasma.

9. ÓPTICA DE CRISTALES 10 hrs.

9.1. Propagación de la luz en medios cristalinos.

9.2. Superficie número de ondas y superficie índice de refracción (descripción).

9.3. Birrefringencia, dicroísmo, retardadores, compensadores y polarizadores.

9.4. Actividad óptica.

9.5. Efectos ópticos inducidos. (Faraday, Kerr, Pockels, foto-elasticidad).

Bibliografía básica

- E. Hetch y A. Zajac, Optics, Addison-Wesley (1979) ó Hecht E., Optics, 3ª. Ed. (1998).

- I. R. Kenyon, The Light Fantastic, Oxford University Press, 2008.

- M. Born y E. Wolf, Principles of Optics, Cambridge University Press, 1997.

- G. R. Fowles, Introduction to Modern Optics, Dover, 1989.

- B.E.A. Saleh y M.C. Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley & sons, Inc, (1991)