FACULTAD: __Ciencias Básicas___________________________________________
PROGRAMA:___Física__________________________________________________
DEPARTAMENTO DE: __Física y Geología_________________________________
CURSO
: CÓDIGO:
ÁREA:
REQUISITOS: CORREQUISITO:
CRÉDITOS: TIPO DE CURSO:
JUSTIFICACIÓN
OBJETIVO GENERAL
ÓPTICA
157241
Física
Oscilaciones y
Ondas
Calculo Vectorial
Teórica
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La óptica es una de las ramas de la física de mayor antigüedad, que ha
trascendido contribuyendo en el desarrollo científico y tecnológico de la
humanidad. El crecimiento de la óptica ha tenido como consecuencia novedosas
aplicaciones que han impactado en el mejoramiento de la calidad de vida del ser
humano. La instrumentación óptica, las comunicaciones ópticas, la metrología
óptica y la fotónica, son las cuatro grandes áreas que actualmente están activas en
la investigación científica de frontera y de desarrollo de nuevas tecnologías para la
industria, la enseñanza, la computación, la seguridad informática, la
comunicaciones, la medicina, entre otras áreas. Los físicos han sido y siguen
siendo los autores protagonistas de este desarrollo científico y tecnológico, y por
ende las nuevas generaciones de físicos deben conocer, comprender y manejar
estos conocimientos tanto desde el contexto teórico como experimental, siendo así,
nuestros físicos tendrán el conocimiento y la formación que les permitirá ampliar
sus fronteras futuras de acción científica.
Analizar los fundamentos y leyes que rigen y describen el comportamiento de la luz
y su interacción con la materia.
Estudiar modelos físico-teóricos de los fenómenos de reflexión, refracción,
polarización, difracción, interferencia de la luz y el efecto láser.
Conocer aplicaciones tecnológicas relacionadas con los fenómenos de reflexión,
refracción, polarización, difracción, interferencia de la luz y de la luz láser.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
COMPETENCIAS
Explicar el concepto de luz utilizando el modelo ondulatorio de las
ecuaciones de Maxwell, explicar el concepto de espectro electromagnético y
contenido espectral de una fuente de luz desde la técnica de espectroscopia
de emisión y absorción, explicar el fenómeno de dispersión lineal y no lineal;
explicar el fenómeno de reflexión y refracción utilizando las ecuaciones de
Fresnel para analizar los efectos de la polarización por reflexión, reflexión
interna, campo evanescente, reflectancia, transmitancia y absorción y
profundidad de penetración en medios no conductores. Resolver problemas
de aplicación.
Explicar el concepto de polarización de la luz utilizando el modelo clásico de
superposición de ondas, explicar los diferentes mecanismos físicos para
polarizar la luz, explicar el modelo matemático de Jones para estudiar la
polarización en arreglos ópticos. Resolver problemas de aplicación.
Explicar el fenómeno de interferencia óptica desde el punto de vista
conceptual y matemático, explicar las implicaciones y el concepto de la
coherencia de la fuente y de la polarización de los haces, explicar diferentes
tipos de interferómetros.
Explicar los fundamentos de óptica de Fourier, explicar la transformación de
Fourier sus propiedades, aplicaciones y solución de problemas analíticos y
computaciones; explicar la teoría de muestreo, explicar la teoría escalar de
difracción, resolver problemas y explicar aplicaciones.
Explicar la física del láser, explicar las partes que constituyen un láser,
explicar tipos de láseres según el medio activo, explicar la estabilidad de la
cavidad láser y modos de emisión, conocer las características de lásres
comerciales, conocer aplicaciones del láser.
Explicar las leyes de reflexión y refracción desde la óptica geométrica
paraxial, la formación de imágenes utilizando lentes y espejos, y deducir y
utilizar las fórmulas de conjugación de la formación de imágenes mediante
lentes y espejos. Resolver problemas de aplicación.
Capacidad de abstracción, análisis y síntesis, de comunicación oral y
escrita; capacidad de investigación, de habilidades para buscar, procesar y
analizar información procedente de fuentes diversas, de trabajo en equipo;
capacidad creativa y de compromiso con la calidad. Capacidad para
manejar los modelos matemáticos y hacer su interpretación física.
UNIDAD 1. ONDAS ELECTROMAGNETICAS
TEMA
HORAS DE
CONTACTO
DIRECTO
HORAS DE TRABAJO
INDEPENDIENTE DEL
ESTUDIANTE
Espectro Electromagnético, Fuentes deradiación visible, técnicas de espectroscopia de absorción y emisión. Ecuaciones Electrodinámicas de Maxwell Ecuación Diferencial de Onda
Fenómeno de dispersión
Ecuaciones de Fresnel: punto de vista electromagnético de la reflexión y refracción, Ley de Brewster, Ley de reflexión total, Reflectancia, Transmitancia, campo evanescente, absorción en medios no conductores
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UNIDAD 2. POLARIZACION DE LA LUZ
TEMA
HORAS DE
CONTACTO
DIRECTO
HORAS DE TRABAJO
INDEPENDIENTE DEL
ESTUDIANTE
Concepto de polarización y mecanismosfísicos, análisis de la polarización de ondas monocromáticas mediante el modelo de superposición, Ley de Malus, Birrefringencia, tipos de cristales, Retardadores, Polarización por reflexión, Ley de Brewster. Formulismo de Jones aplicado al análisis de la polarización de sistemas ópticos.
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UNIDAD 3. INTERFERENCIA OPTICA
TEMA
HORAS DE
CONTACTO
DIRECTO
HORAS DE TRABAJO
INDEPENDIENTE DEL
ESTUDIANTE
Condiciones generales, Coherenciaespacial y temporal, Fuentes de luz según su coherencia, Interferómetro de Young, Efecto de la polarización en la interferencia, Análisis de la difracción en el experimento de Young, concepto y formas de variar la visibilidad de franja, Análisis de los arreglos de interferencia clásicos.
UNIDAD 4. ÓPTICA DE FOURIER
TEMA
HORAS DE
CONTACTO
DIRECTO
HORAS DE TRABAJO
INDEPENDIENTE DEL
ESTUDIANTE
Transformada de Fourier 1D y 2D,Propiedades de la transformada de Fourier, TFD, Aplicaciones, teoría de muestreo. Introducción a la Teoría Escalar de la Difracción, Difracción de Fresnel, Difracción de Fraunhofer, la lente delgada y la transformada de Fourier, análisis de espectros de difracción, Aplicaciones.
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UNIDAD 5. FUNDAMENTOS DEL EFECTO LÁSER
TEMA
HORAS DE
CONTACTO
DIRECTO
HORAS DE TRABAJO
INDEPENDIENTE DEL
ESTUDIANTE
Principios físicos del fenómeno láserElementos de un láser, cavidades, condición de estabilidad, modos de emisión longitudinal, modos TEM, modelo matemático de las características del haz Tipos de Láseres, Aplicaciones
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UNIDAD 6. FUNDAMENTOS DE OPTICA GEOMETRICA PARAXIAL
TEMA
HORAS DE
CONTACTO
DIRECTO
HORAS DE TRABAJO
INDEPENDIENTE DEL
ESTUDIANTE
Postulados, Leyes de Reflexión yRefracción de la luz, tipos de lentes, invariante de Abbe, lentes delgadas, ecuaciones gaussiana y de Newton, análisis de la formación de imágenes mediante lentes y espejos, concepto
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METODOLOGIA
SISTEMA DE EVALUACION
Uso de las TIC,
Uso de herramientas computacionales para demostraciones numéricas (Ej: Matlab)
Cursos virtuales de apoyo:
http://www.ub.edu/javaoptics/
http://www.ub.edu/javaoptics/docs_applets/Doc_RayEs.html
Evaluación escrita corta, evaluación parcial en tres cortes de 35%, 35% y 30%
Exposición individual y grupal
Informe grupal e individual de solución de problemas analíticos y computacionales
Ensayo individual
BIBLIOGRAFIA BASICA
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA
DIRECCIONES ELECTRONICAS DE APOYO AL CURSO
HECHT E. y ZAJAC A.; “Óptica”, Ed. Addisson-Wesley Iberoamericana, S.A.,
Madrid, (2000).
GOODMAN, J. “Introduction to Fourier optics”. New York: McGraw-Hill, 1968.
YARIV A. and YEH P.; “Optical Waves in Crystals, Propagation and control of Laser
Radiation”, Ed. John Wiley & Sons, Inc., USA, (1984).
HARIHARAN P., “Optical Interferometry”, Academic press, Australia, (1985)
FRANCIS T. S. YU, “Introduction to diffraction, information processing, and
holography”, USA, (1973)
Revistas de publicaciones científicas sobre desarrollos en óptica:
Optics Communication; Optik; Applied Optics; Optics Express; Optical Engineering
Optics Letter; Revista Colombiana de Física; Revistas Bistua; Memorias
Encuentros Nacionales de Óptica ; Memorias Reunión Iberoamerica de Óptica
Curso de óptica en Java
http://www.sc.ehu.es/sbweb/energias-renovables/MATLAB/simbolico/fourier/fourier_2.html
http://www.ub.edu/javaoptics/
Trazado de Rayos
UNIDAD 1
NOMBRE DE LA UNIDAD ONDAS ELECTROMAGNETICAS
COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Explica y reconoce el concepto de luz utilizando el modelo ondulatorio de las ecuaciones de Maxwell, explica el concepto de espectro electromagnético y contenido espectral de una fuente de luz desde la técnica de espectroscopia de emisión y absorción, explica el fenómeno de dispersión lineal y no lineal; Explica y reconoce el fenómeno de reflexión y refracción utilizando las ecuaciones de Fresnel para analizar los efectos de la polarización por reflexión, reflexión interna, campo evanescente, reflectancia, transmitancia y absorción y profundidad de penetración en medios no conductores. Resuelve problemas de aplicación. CONTENIDOS ACTIVIDADES A DESARROLLAR POR EL PROFESOR HORAS CONTACT O DIRECTO ACTIVIDADE S A DESARROLL AR POR EL ESTUDIANTE HORAS TRABAJO INDEPENDIEN TE HORAS ACOMPAÑAMIEN TO AL TRABAJO INDEPENDIENTE ESTRATEGIA S DE EVALUACION QUE INCLUYA LA EVALUACION DEL TRABAJO INDEPENDIEN TE Espectro Electromagnéti co, Fuentes de radiación visible, técnicas de espectroscopia de absorción y emisión. Ecuaciones Electrodinámic as de Maxwell Ecuación Diferencial de Onda Fenómeno de dispersión Ecuaciones de Fresnel: punto de vista electromagnéti co de la reflexión y refracción, Ley de Brewster, Ley de reflexión total, Reflectancia, Transmitancia, campo Exposición con diapositivas y desarrollo de problemas de aplicación Demostracion es experimental es Presentación de videos sobre la luz, ecuaciones de maxwell, espectroscopí a, Demostración numérica de las ecuaciones de Fresnel usando Matlab 12 Talleres, exposición individual y grupal, solución de problemas de aplicación Temas de investigaci ón 24 6 Evaluación escrita corta Evaluación de talleres Evaluación de exposicione sUNIDAD 2
NOMBRE DE LA UNIDAD POLARIZACION DE LA LUZ
COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Explica el concepto de polarización de la luz utilizando el modelo clásico de superposición de ondas, explica los diferentes mecanismos físicos para polarizar la luz, explica el modelo matemático de Jones para estudiar la polarización en arreglos ópticos. Resuelve problemas de aplicación.CONTENIDOS ACTIVIDADES A DESARROLLAR POR EL PROFESOR HORAS CONTACT O DIRECTO ACTIVIDADE S A DESARROLL AR POR EL ESTUDIANTE HORAS TRABAJO INDEPENDIEN TE HORAS ACOMPAÑAMIEN TO AL TRABAJO INDEPENDIENTE ESTRATEGIAS DE EVALUACION QUE INCLUYA LA EVALUACION DEL TRABAJO INDEPENDIEN TE Concepto de polarización y mecanismos físicos, análisis de la polarización de ondas monocromátic as mediante el modelo de superposición , Ley de Malus, Birrefringenci a, tipos de cristales, Retardadores, Polarización por reflexión, Ley de Brewster. Formulismo de Jones aplicado al Exposición con diapositivas y desarrollo de problemas de aplicación Demostracion es experimentale s Análisis de la polarización de sistemas ópticos usando matlab y el modelo de Jones 12 Talleres, exposición individual y grupal, solución de problemas de aplicación Temas de investigaci ón 24 6 Evaluación escrita corta Evaluación de talleres Evaluación de exposicione s evanescente, absorción en medios no conductores
análisis de la polarización de sistemas ópticos.
UNIDAD 3
NOMBRE DE LA UNIDAD INTERFERENCIA OPTICA
COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Explica y reconoce el fenómeno de interferencia óptica desde el punto de vista conceptual y matemático, explica las implicaciones y el concepto de la coherencia de la fuente y de la polarización de los haces, explica diferentes tipos de interferómetros. Interpreta problemasCONTENIDO S ACTIVIDADES A DESARROLLAR POR EL PROFESOR HORAS CONTACT O DIRECTO ACTIVIDADES A DESARROLLA R POR EL ESTUDIANTE HORAS TRABAJO INDEPENDIENT E HORAS ACOMPAÑAMIENT O AL TRABAJO INDEPENDIENTE ESTRATEGIAS DE EVALUACION QUE INCLUYA LA EVALUACION DEL TRABAJO INDEPENDIENT E Condiciones generales, Coherencia espacial y temporal, Fuentes de luz según su coherencia, Interferómetr o de Young, Efecto de la polarización en la interferencia, Análisis de la difracción en el experimento de Young, concepto y formas de variar la visibilidad de franja, Análisis de los arreglos de interferencia Exposición con diapositivas y desarrollo de problemas de aplicación Demostracion es experimentale s: experimento de Young, Michelson, Sagnac, Mach-Zenhder. 12 Talleres, exposición individual y grupal, solución de problemas de aplicación Temas de investigación 24 6 Evaluación escrita corta Evaluación de talleres Evaluación de exposiciones
UNIDAD 4
NOMBRE DE LA UNIDAD ÓPTICA DE FOURIER
COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Interpreta y aplica los fundamentos de óptica de Fourier, explica la transformación de Fourier, sus propiedades, y resuelve problemas analíticos y computaciones; interpreta y aplica la teoría de muestreo, interpreta la teoría escalar de difracción, resuelve problemas y explica aplicaciones, interpreta patrones de difracción.CONTENIDOS ACTIVIDADES A DESARROLLAR POR EL PROFESOR HORAS CONTACT O DIRECTO ACTIVIDADES A DESARROLL AR POR EL ESTUDIANTE HORAS TRABAJO INDEPENDIEN TE HORAS ACOMPAÑAMIEN TO AL TRABAJO INDEPENDIENTE ESTRATEGIAS DE EVALUACION QUE INCLUYA LA EVALUACION DEL TRABAJO INDEPENDIEN TE Transforma da de Fourier 1D y 2D, Propiedade s de la transformad a de Fourier, TFD, Aplicacione s, teoría de muestreo. Introducción a la Teoría Escalar de la Difracción, Difracción de Fresnel, Difracción de Fraunhofer, la lente delgada y la transformad a de Fourier, análisis de espectros de difracción, Aplicacione s. Exposición con diapositivas y desarrollo de problemas de aplicación Demostracion es experimentale s de difracción Simulaciones, cálculo de transformadas de Fourier y transformada de Fresnel, correlación y convolución usando Matlab Demostración de aplicación de la teoría de muestreo 12 Talleres, exposición individual y grupal, solución de problemas de aplicación Temas de investigació n 24 6 Evaluación escrita corta Evaluación de talleres Evaluación de exposiciones
UNIDAD 5
NOMBRE DE LA UNIDAD FUNDAMENTOS DEL EFECTO LÁSER
COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Explica el fenómeno de amplificación de luz por emisión de radiación estimulada (láser), explica las partes que constituyen un láser, diferencia y explica tipos de láseres según el medio activo, interpreta la condición de estabilidad de la cavidad láser y los modos de emisión, clasifica láseres comerciales según sus características de potencia, coherencia, ancho de banda, divergencia del haz. Conoce e interpreta aplicaciones del láser.CONTENIDOS ACTIVIDADES A DESARROLLA R POR EL PROFESOR HORAS CONTACT O DIRECTO ACTIVIDADES A DESARROLLA R POR EL ESTUDIANTE HORAS TRABAJO INDEPENDIENT E HORAS ACOMPAÑAMIEN TO AL TRABAJO INDEPENDIENTE ESTRATEGIAS DE EVALUACION QUE INCLUYA LA EVALUACION DEL TRABAJO INDEPENDIENT E Principios físicos del fenómeno láser, modelo matemático, emisión espontanea, emisión estimulada, Elementos de un láser, cavidades, condición de estabilidad, modos de emisión longitudinal, modos TEM, modelo matemático de las característic as del haz Tipos de Láseres, Aplicaciones Exposición con diapositivas y desarrollo de problemas de aplicación Presentació n de video sobre el efecto láser, historia y sus aplicacione s 8 Talleres, exposición individual y grupal, solución de problemas de aplicación Temas de investigació n 16 4 Evaluación escrita corta Evaluación de talleres Evaluación de exposiciones
UNIDAD 6
NOMBRE DE LA UNIDAD FUNDAMENTOS DE OPTICA GEOMETRICA PARAXIAL
COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Interpreta y aplica las leyes de reflexión y refracción desde la óptica geométrica paraxial, la formación de imágenes utilizando lentes y espejos, y deduce y utiliza las fórmulas de conjugación de la formación de imágenes mediante lentes y espejos. Resuelve problemas de aplicación.CONTENIDO S ACTIVIDADES A DESARROLLAR POR EL PROFESOR HORAS CONTACT O DIRECTO ACTIVIDADES A DESARROLLA R POR EL ESTUDIANTE HORAS TRABAJO INDEPENDIEN TE HORAS ACOMPAÑAMIEN TO AL TRABAJO INDEPENDIENTE ESTRATEGIAS DE EVALUACION QUE INCLUYA LA EVALUACION DEL TRABAJO INDEPENDIEN TE Postulado s, Leyes de Reflexión y Refracción de la luz, tipos de lentes, invariante de Abbe, lentes delgadas, ecuacione s gaussiana y de Newton, análisis de la formación de imágenes mediante lentes y espejos, concepto Exposición con diapositivas y desarrollo de problemas de aplicación Demostracion es experimentale s sobre formación de imágenes con lentes y espejos Presentación de simulador de formación de imágenes 8 Talleres, exposición individual y grupal, solución de problemas de aplicación Temas de investigació n 16 4 Evaluación escrita corta Evaluación de talleres Evaluación de exposiciones
