Física (plan 2002) 2022-2

Quinto Semestre, Óptica

Curso: Óptica

Grupo: 8165

Horario: lunes, miércoles y viernes de 14:00 a 16:00 hrs.

Inicio del curso: lunes 14 de febrero del 2022.

Fin del curso: viernes 10 de junio del 2022.

La presentación del curso será el lunes 14 de febrero a las 14:00 a través de Google Meet, usando el siguiente enlace:

https://meet.google.com/qpx-obrq-tfm

Profesor:

Claudio Narciso Ramírez,

claudio.ramirez@icat.unam.mx

Instituto de Ciencias Avanzadas y Tecnología, ICAT.

Instrumentación Óptica.

Ayudante:

Luisa del Carmen García Canseco,

luigatto@ciencias.unam.mx

Instituto de Ciencias Avanzadas y Tecnología, ICAT.

Instrumentación Óptica.

Temario del curso:

ÓPTICA GEOMÉTRICA

I. Fundamentos de óptica geométrica.

1. Límites de aplicabilidad de la óptica geométrica.
2. Camino óptico. Principio de Fermat.
3. Leyes de la óptica geométrica: reflexión y refracción en superficies planas y curvas.

II. Óptica Gaussiana

1. Reflexión y refracción en superficies esféricas.
2. Lentes delgadas y espejos. Aproximación paraxial. Ecuación de Gauss. Fórmula del fabricante de lentes.
3. Formación de imágenes. Amplificación transversal y longitudinal.
4. Sistemas ópticos: Ojo humano, microscopio, telescopio, cámara fotográfica, número F.
5. Prismas, diferentes tipos y aplicaciones.
6. Aberraciones.

ÓPTICA FÍSICA

III. Ondas

1. Conceptos básicos y propiedades de las ondas.
2. La ecuación de onda. Solución general. Superposición.
3. Teorema de Fourier (discusión). Ondas armónicas.
4. Principio de Huygens, rayos y superficies de onda.
5. Notación compleja. Método de fasores. Adición de ondas de la misma frecuencia.
6. Adición de ondas de frecuencia casi idénticas. Velocidad de fase y velocidad de grupo.

IV. Electromagnetismo

1. Las ecuaciones de Maxwell y las ecuaciones materiales.
2. Ondas electromagnéticas en el vacío. Naturaleza electromagnética de la luz.
3. Energía en el campo electromagnético (descripción).
4. Radiación de una partícula cargada (descripción).
5. Polarización. Ley de Malus. Vectores de Jones.

TEORÍA VECTORIAL

V. Ecuaciones de Fresnel

1. Condiciones de frontera para los campos electromagnéticos.
2. Reflexión y refracción de ondas electromagnéticas en medios dieléctricos isotrópicos.
3. Las ecuaciones de Fresnel. Coeficientes de amplitud e intensidad.
4. Consecuencias: Ángulo de Brewster, cambios de fase, reflexión total interna frustrada.

VI. Teoría de la dispersión

1. Propagación de la luz en medios dieléctricos isotrópicos.
2. Dispersión normal y anómala. Absorción.
3. Propagación de ondas electromagnéticas en medios conductores.
4. Comparación entre dieléctricos y conductores. Frecuencia de plasma.

VII. Óptica de cristales

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, foto-elasticidad).

TEORÍA ESCALAR

VIII. Interferencia

1. Definiciones y conceptos preliminares.
2. Condiciones para observar interferencia. Leyes de Fresnel-Arago.
3. Interferencia por división de frente de onda.
4. Interferencia por división de amplitud.
5. Tipo y localización de franjas.
6. Interferómetros y sus aplicaciones.
7. Películas delgadas. Aplicaciones.

IX. Difracción

1. Introducción. Principio de Huygens-Fresnel.
2. Obstáculos. Principio de Babinet.
3. Difracción de Fraunhoffer.
4. Difracción de Fresnel. Espiral de Cornu (descripción).
5. Rejillas de difracción. Aplicaciones.

Método de evaluación:

La calificación final estará integrada por:

Exámenes: 60 %.

Tareas: 40%.

Trabajo final (extra): 10%.

El trabajo final es tomar 5 fotografías de fenómenos ópticos y explicarlos.

Exámenes:

Temas 1 y 2

Temas 3 y 4

Temas 5, 6 y 7

Temas 8 y 9

Habrá 4 exámenes parciales. No hay examen general final ni extraordinario.

Tareas:

Habrá alrededor de 80 problemas a lo largo del curso con fecha de entrega.

Escala de calificaciones:

6.0 ≤ 6 < 6.8

6.8 ≤ 7 < 7.6

7.6 ≤ 8 < 8.4

8.4 ≤ 9 < 9.2

9.2 ≤ 10

Bibliografía.

Hecht E., Optics, 3a. edición, Addison-Wesley (1998).

Malacara D., Óptica básica, Fondo de cultura económica, México (1990).

Jenkins F. A., White H. E., Fundamentals of Optics, 4a. edición, McGraw-Hill (1996).

Meyer-Arendt J. R., Introduction to Classical and Modern Optics, Prencite Hall (1995).

Virendra N. M., Optical Imaging and Aberrations, SPIE Press (1998).

Warren J. S., Modern Optical Engineering, SPIE Press (2007).

Saleh B. E. A., Teich M. C., Fundamental of Photonics, John Wiley & Sons, Inc. USA (1991).

Guenther R., Modern Optics, Wiley (1990).

Born M., Wolf E., Principles of Optics, 7a edición, Cambridge University Press (1999).

Frank T., Springer Handbook of Lasers and Optics, Springer (2007).