Download Introducción al Curso de Óptica - FCFM-BUAP
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Los diversos aspectos de la luz Modelos usuales para describir fenómenos luminosos o Teorías Geométricas o Teoría Ondulatoria o Teoría Cuántica o Teorías No Lineales Óptica rama de la Física que estudia los orígenes, la propagación y la detección de la luz Óptica Geométrica I Propagación básicamente rectilínea de la luz Eratóstenes de Cirene (225-195 AC) Racionalización de la representación visual: perspectiva (Renacimiento -> Visión Robótica) Geometría euclídea aplicada Reflexión y refracción … bueno, propagación en segmentos rectos Reflexión especular Refracción (Snell) …er, también propagación en curvas Arco Iris Ángulo inscrito igual a la mitad del arco entre sus lados dispersión 0.7 0.6 0.5 e 0.4 0.3 d 0.2 0.1 5 10 15 20 René Descartes, Baruch Spinoza Arco Iris secundario y supernumerarios .. y la banda de Alejandro 175 150 Función de Airy 125 100 25 75 24 50 25 0 5 10 15 20 1 3 Ai(c) ds exp i ( s / 3 cs ) 2 23 120 100 80 24 5 22 10 15 20 22 21 20 02.5 57.51012.51517.5 Instrumentación óptica Teoría de Gauss de formación de imágenes Espejos (planos, esféricos, cónicos, aesféricos) Prismas Lentes (focal + ó -) Velocidad de la luz Jupiter 1: -8 minutos Jupiter 2: + 8 minutos c = 241,350 km/s Ecuaciones de Maxwell 0 E e0 B 0 B 0 J 0e 0 E t E B t Campos E y B acoplados: t ondas electromagnéticas ecuaciones de onda (espacio libre) 2 2 E 0e 0 2 E t 2 2 B 0e 0 2 B t c = (0e0)1/2 ~ 300,000 km/s Ondas transversales Algunas soluciones a las ecuaciones de onda polarización lineal circular E: verde Ex: verde B: azul Ey: aqua hacia arriba Eresul: rojo Espectro electromagnético Óptica Geométrica II Generalización de onda plana a función escalar S(r) Ecuación icónica (EIKONAL) n es índice de refracción heterogéneo Aproximación a longitud de onda nula (ecs. Maxwell) Relatividad Especial Continuum espacio-tiempo: cuadrivectores x1 x x2 y Invarianza ante transformación de Lorentz … no todo es relativo x , 1,2,3,4 x3 z x 4 ic t Cuadri-Tensor electromagnético Ecs. Maxwell invariantes ante [T]l J ( j , ic ) Densidad de corriente y Densidad de carga Representación de ondas esféricas 10 8 6 4 2 0 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 8 6 2 4 4 6 2 8 10 0 10 2 4 6 8 10 Superposición de dos ondas Etotal = E1 + E2 10 10 10 10 8 8 8 8 6 6 6 6 4 4 4 4 2 2 2 2 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 0 10 10 10 10 8 8 8 8 6 6 6 6 4 4 4 4 2 2 2 2 0 0 0 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 0 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 Interferencia sin atenuación 10 8 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 Interferencia con luz franjas claras y obscuras Interferencia Cromática Mezcla aditiva Valores espectrales triestímulo (color matching) (): distribución espectral del objeto (reflectancia o transmitancia) 780 780 780 380 380 380 X k d () x ( ), Y k d ( ) y(), Z k d ( ) z ( ), Interferómetro de Michelson Franjas cromáticas complementarias Interferómetros visualizando lo invisible Polarización Interferómetro de Fizeau Espectroscopia con Michelson dislocaciones cristalografía difracción Scattering (esparcimiento) Detección de cambios Problema: desenvoltura de la fase Interferencia de múltiples haces Emisión y absorción de radiación electromagnética: fenómenos cuánticos La radiación de un cuerpo negro Distribución de Plank Luminosidad solar 3.83x1026 W 40% @ 550 nm E=3.6x10-19 J/Foton => 4.2 x1044 Foton/s Efecto fotoeléctrico E = hn L A ight mplification by S timulated E mission of Absorción, emisión espontánea y emisión estimulada R adiation Óptica de Fourier o(x) x f o’(u) u O(x,y) Sistemas lineales en la descripción del proceso de formación de imágenes Hologramas Grabación del holograma (interferencia) Reconstrucción de la imagen (difracción) Tomografía f ( p ) ~ f ( w) 1D f ( p) n ~ f ( ,n ) ~ ~ f ( w cos , wsen ) f (w) 30 150 120 90 60 180 210 240 479 400 360 300 Óptica Lineal Polarización dieléctrica lineal c: Susceptibilidad dieléctrica En la ley de Gauss para materiales, aparece el vector D En el caso lineal isótropo, el vector D resulta proporcional al campo eléctrico y el índice de refracción viene a ser Para el caso lineal anisótropo la ecuación de onda se modifica a Óptica No Lineal Efectos dinámicos y auto-efectos Polarización dieléctrica no lineal c: Susceptibilidad dieléctrica la ecuación de onda se modifica a La contribución no lineal se determina con las susceptibilidades dieléctricas de orden superior (notación abreviada tensorial) Dispersión lineal; Absorción lineal; Emisión inducida; Efecto Raman espontáneo Generación del 2° armónico; Generación de suma y resta de frecuencias; amplificación y oscilación paramétricas; Efecto electro-óptico lineal (Efecto Pockels); Rectificación óptica; Efecto Hiper-Raman espontáneo Generación del 3er armónico; Mezcla de 4 ondas; Emisión de dos fotones; Efecto Raman inducido; Automodulación de fase; Esparcimiento coherente anti Raman, Absorción saturada; Absorción de dos fotones; Efecto Kerr óptico Efecto Hiper-Raman inducido; Generación de nuevas frecuencias Luz y vida Fotosíntesis Transmisión de energía calorífica Visión CO2 2H 2O Nhn CH 2O O2 H 2O Reconocimientos Remedios Varo