C u r s o a c a d é m i c o : 2 0 1 4 - 2 0 1 5
DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURATitulación: Licenciado en Física Código: 1745
Asignatura: ÓPTICA
Curso en el que se imparte: 3º (Anual, 1Carácter: er ó 2º
cuatrimestre)
Anual Curso en el que se
imparte: 3º
Créditos: Totales Teóricos Prácticos
LRU 11 8 3
ECTS 10.2
Idioma en el que se imparte: Español Dirección Web asignatura: http://www3.uco.es/moodle/
DATOS BÁSICOS DE LOS PROFESORES
Nombre y apellidos Departamento Ubicación Área de
conocimiento Responsable ó
coordinador:
Antonio Dengra Santa-Olalla
[email protected]
FísicaCampus de Rabanales, Edificio
C-2
Física Aplicada
Otros: Encarnación Muñoz Serrano
[email protected]
FísicaCampus de Rabanales, Edificio
C-2
Electromagnetismo
DATOS ESPECÍFICOS DE LA ASIGNATURA
Descriptores
BOE Óptica geométrica. Fenómenos de propagación de la luz en medios materiales. Polarización. Interferencias. Difracción. Óptica de fibras y óptica integrada. Láseres. Óptica aplicada.
Situación Prerrequisitos:
Tener aprobada la asignatura Física General del Primer Curso de la Licenciatura.
Contexto dentro de la Titulación:
La asignatura Óptica es una de las asignaturas fundamentales y básicas de la Titulación, junto con las de Mecánica, Termodinámica, Electromagnetismo y Física Cuántica. Su objetivo es conseguir que el alumno/a adquiera los fundamentos y destrezas asociadas a la óptica lineal así como sus aplicaciones. En el curso siguiente tenemos la asignatura de Ampliación de Óptica que completa la formación del estudiante dentro de este campo con conocimientos de Física del Láser y Óptica no lineal.
Recomendaciones:
Además de los conocimientos de Física General, son necesarios conocimientos en Análisis Matemático y Algebra, así como de Inglés Técnico e Informática.
Competencias
Transversales/genéricas:
• Capacidad de organización y planificación (CB2). • Capacidad de gestión de la información (CB4). • Resolución de problemas (CB5).
• Trabajo en equipo (CB6). • Razonamiento crítico (CB7).
Específicas:
− Conocimiento y comprensión de los fenómenos y de las teorías físicas más importantes (CE1). − Capacidad de estimar órdenes de magnitud para interpretar fenómenos diversos (CE2).
− Capacidad de modelado de fenómenos complejos trasladando un problema físico al lenguaje matemático (CE5). − Capacidad de trasmitir conocimientos de forma clara tanto en ámbitos docentes como no docentes (CE7).
Objetivos
Conocer los conceptos de velocidad de fase y de grupo. Conocer las distintas representaciones de la luz polarizada. Entender el concepto de coherencia.
Conocer los procesos de interferencia y difracción y el fundamento de los distintos tipos de los interferómetros y de las redes de difracción.
Entender los principios de la Óptica Geométrica y su aplicación al estudio de los instrumentos ópticos más utilizados. Conocer las aplicaciones ópticas de las técnicas de Fourier.
Conocer el comportamiento de la luz en medios materiales, incluyendo la propagación de la luz en cristales. Comprender el fundamento de los efectos electro-ópticos y magneto-ópticos así como sus aplicaciones.
Entender los principios en los que se basan los dispositivos láser y las técnicas empleadas en la generación de pulsos de luz.
Metodología Nº de horas de trabajo del alumno
Técnicas Docentes Señalar con una X las técnicas que va a utilizar en el desarrollo de la asignatura Bloques temáticos Dividir el temario en bloques (sin nº máximo ni mínimo)
1. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. 2. ÓPTICA GEOMÉTRICA.
3. OPTICA ONDULATORIA: FENÓMENOS DE INTERFERENCIA Y DIFRACCIÓN. 4. ÓPTICA EN MEDIOS MATERIALES.
Bibliografía
1.-“Principles of Optics”. M. Born & E. Wolf. Pergamon Press(1993). 2.-“Optics”. A. Sommerfeld. Academic Press (1992).
3.-“Óptica”.E. Hecht & A. Zajac. Addison-Wesley.
4.-“Óptica electromagnética”. J.M. Cabrera,F.J. López y F. Agulló. Addison-Wesley (1993). 5.-“Óptica”. J. Casas. Pons (1998).
6.-“Optique”. J.P. Provost et J.L. Feménias. Cedic (1982).
7.-“Problemas de Óptica”.P.M. Mejías y R. Martínez. Alianza Editorial (1996).
Específica:
8.- “Geometrical Optics and Optical Desing”. P. Mouroulis & J. Macdonald. Oxford University Pres (1997). 9.-“Fourier Optics: And Introduction”. E.G. Steward, John Wiley & Sons (1987).
10.-“Introduction to Laser Physics”. K. Shimoda. Springer-Verlag (1984).
Técnicas de evaluación Enumerar, tomando como referencia el catálogo de la guía común.
Se realizarán exclusivamente exámenes finales de la asignatura en las convocatorias oficiales (diciembre, junio y septiembre) Dichos exámenes constarán de preguntas de desarrollo y problemas, análogas a las planteadas en cursos anteriores.
Programa de contenidos Teóricos: Con indicación de las competencias que se van a trabajar en cada lección
INTRODUCCIÓN
TEMA 0: NATURALEZA DE LA LUZ.
1. Primeros desarrollos de la Óptica.
2. Teoría electromagnética. El espectro electromagnético.
3. Cuantización de la radiación electromagnética. Concepto de fotón. 4. Estado actual y nuevas tendencias.
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
TEMA 1: EL CAMPO ELECTROMAGNÉTICO.
1. Ecuaciones de Maxwell.
2. Densidad y flujo de energía: teorema de Poynting 3. La ecuación de ondas y la velocidad de la luz.
TEMA 2: ONDAS ESCALARES.
1. Ondas escalares.
3. Ondas cuasimonocromáticas. Velocidad de grupo.
TEMA 3: ONDAS VECTORIALES.
1. Ondas vectoriales monocromáticas planas. 2. Polarización.
3. Representaciones de la luz polarizada. 4. Ondas vectoriales monocromáticas no planas.
TEMA 4: REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS.
1. Leyes de la reflexión y de la refracción.
2. Fórmulas de Fresnel. Reflectancia y transmitancia. 3. Polarización por reflexión. Ley de Brewster. 4. Reflexión total. Fibras ópticas.
5. Reflexión en metales.
TEMA 5: ÓPTICA RELATIVISTA.
1. Experiencia de Fizeau. 2. Aberración de la luz.
3. Transformación relativista de una monocromática. 4. Efecto Doppler.
I) ÓPTICA GEOMÉTRICA
TEMA 6: PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA ÓPTICA GEOMÉTRICA.
1. Principio de Fermat.
2. Leyes de la reflexión y de la refracción. 3. Ecuación diferencial del camino óptico. 4. Ecuación diferencial del rayo luminoso. 5. Límites de la Óptica Geométrica.
TEMA 7: FORMACIÓN DE IMÁGENES(I).
1. Convenio de signos.
2. Reflexión y refracción en superficies planas. 3. Reflexión y refracción en superficies esféricas. 4. Puntos aplanáticos de una superficie esférica.
5. Trazado de rayos no paraxiales a través de superficies esféricas.
TEMA 8: FORMACIÓN DE IMÁGENES (II).
1. Refracción a través de un prisma. Prismas delgados. 2. Dispersión angular de un prisma.
3. Refracción en una lente delgada. Combinaciones de lentes. 4. Imágenes de objetos extensos.
TEMA 9: SISTEMAS CENTRADOS.
1. Sistemas de muchas superficies. 2. Planos principales.
3. Sistemas de dos componentes separadas. Lentes gruesos. 4. Puntos nodales.
TEMA 10: RADIOMETRÍA Y FOTOMETRÍA.
1. Conceptos básicos en Radiometría y Fotometría: Manantiales y unidades. 2. Manantiales puntuales.
3. Manantiales extensos.
TEMA 11: INTRUMENTOS ÓPTICOS.
1. El ojo humano como sistema óptico. 2. Telescopios. 3. Microscopios. 4. Instrumentos de iluminación. TEMA 12: ABERRACIONES. 1. Aberraciones cromáticas. 2. Aberraciones monocromáticas.
3. Función Aberración. Clasificación de Aberraciones. 4. Cálculo de Aberraciones primarias.
II) ÓPTICA ONDULATORIA: FENÓMENOS DE INTERFERENCIA Y DIFRACCIÓN
TEMA13: INTERFERENCIAS.
1. Consideraciones generales. Principio de superposición y concepto de coherencia. 2. Experiencia de Young.
3. Formación de franjas de interferencia: Espejo de Fresnel y espejo de Lloyd. 4. Interferencia en láminas delgadas. Anillos de Newton.
5. Películas antirreflectantes y películas reflectantes de gran rendimiento.
TEMA 14: INTERFERÓMETROS.
1. Interferómetros de doble haz: Interferómetros de Michelson y de Mach-Zener. 2. Interferencia múltiple. Formula de Airy.
3. Interferómetros de Fabry-Perot. 4. Filtros interferenciales.
TEMA 15: DIFRACCIÓN.
1. Características fenomenológicas de la difracción: Difracción de Fresnel y de Fraunhofer. 2. Principio de Huygens-Fresnel. Aplicaciones.
3. Teoría de Kirchhoff de la difracción.
TEMA 16: DIFRACCIÓN DE FRAUNHOFER.
1. Difracción producida por aberturas de formas diversas. 2. Redes de difracción.
3. Redes bidimensionales y tridimensionales. Difracción de rayos X por cristales.
TEMA 17: ÓPTICA DE FOURIER.
1. Transformada de Fourier y Convolución. 2. Teorema de Convolución y Difracción. 3. Formación de imágenes.
4. Holografía.
III) ÓPTICA EN MEDIOS MATERIALES.
1. Medios no dispersivos. 2. Medios dispersivos.
3. Energía electromagnética en medios dispersivos.
4. Ecuación de ondas en medios dispersivos. Índice de refracción complejo.
TEMA 19: MODELOS MICROSCÓPICOS DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN.
1. Gases a baja presión. 2. Medios densos. 3. Medios conductores.
TEMA 20: ÓPTICA EN CRISTALES.
1. Propagación de ondas electromagnéticas en medios anisótropos. Elipsoide de índices. 2. Cristales uniáxicos y biáxicos.
3. Refracción de la luz en cristales anisótropos: Construcción de Huygens. 4. Actividad Óptica y Dicroísmo.
5. Métodos para obtener luz polarizada.
TEMA 21: ANISOTROPÍAS INDUCIDAS.
1. Efectos electro-ópticos y magneto-ópticos. 2. Efecto Faraday.
3. Efecto Zeeman.
4. Efectos Cotton-Mouton, Kerr y Pockel.
TEMA 22: ANCHURA Y FORMA DE LÍNEAS ESPECTRALES.
1. Ensanchamiento natural o radiativo. 2. Ensanchamiento de presión.
3. Ensanchamiento Doppler, Perfiles Voigt. 4. Efectos del perfil instrumental.
TEMA 23: LIMITACIONES DE LA TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA. TEORÍA CUÁNTICA DE LA LUZ.
1. Radiación térmica de equilibrio. 2. Radiación del cuerpo negro.
3. Insuficiencias de la teoría clásica. Formula de Plack.
4. Efecto fotoeléctrico. Cuantización de la energía electromagnética. 5. Efecto Compton.
TEMA 24: FUNDAMENTO DEL LÁSER.
1. Transiciones radiactivas: Coeficientes de Einstein. 2. Absorción y amplificación por transiciones estimuladas. 3. Ganancia en un medio amplificador.
4. Dispositivos láser.
TEMA 25: CARACTERÍSTICAS DEL LÁSER.
1. Ecuaciones dinámicas del láser. 2. Análisis estacionario.
3. Análisis dinámico.
4. Generación de pulsos mediante conmutación rápida de las pérdidas del resonador (Q-switching). 5. Generación de pulsos mediante acoplamiento de los modos del resonador (Mode-locking).
TEMA 26: TIPOS DE LASERES Y APLICACIONES.
1. Láseres de estado sólido. 2. Láseres de gas.
3. Láseres de colorante. 4. Láseres de semiconductores. 5. Aplicaciones de los láseres.
Programa de contenidos Prácticos: Con indicación de las competencias que se van a trabajar:
Se realizarán ejercicios y problemas en los que se tratará, por una parte, de afianzar los contenidos teóricos del programa y, por otra, de aplicar dichos contenidos a situaciones prácticas. Se procurará hacer ver al alumno las posibilidades existentes para analizar una amplia variedad de situaciones físicas a partir de un número muy reducido de conceptos teóricos, utilizando y aplicando para ello un también número reducido de herramientas matemáticas.
Mecanismo de Control y Seguimiento: Al margen de las contempladas a nivel general para toda la experiencia piloto, se recogerán aquí los mecanismos concretos que los docentes propongan para el seguimiento de cada asignatura
