Óptica Física

Semestre:

7°

Fecha de elaboración:

Agosto de 2013

Fecha de revisión:

Septiembre de 2013

Elaborado por:

Markus Mueller Bender

Ciclo de formación:

Profesional

Área curricular:

Ciencias de la Disciplina

Tipo de unidad:

Teórica

Carácter de unidad:

Obligatoria

Clave:

OF01FP050010

Créditos:

10

Semestre:

7°

Horas Teoría:

5

Horas Práctica:

0

Programas académicos en los que se imparte:

Licenciatura en Ciencias Áreas terminales en Matemáticas, Física, Bioquímica y Biología Molecular, y Ciencias Computacionales y Computación Científica

Prerrequisitos:

Demostrar, deducir y verificar los teoremas de límites de sucesiones y funciones de variable compleja, diferenciabilidad y analiticidad, la integración en el plano complejo, entre otros formalismos matemáticos.

Antecedentes Recomendadas:

Ninguna

Consecuentes Recomendadas:

  • Laboratorio de Óptica

Presentación de la unidad de aprendizaje:

Se trata de un curso introductorio a temas relacionados con la propagación de ondas electromagnéticas en la materia y a la óptica ondulatoria y geométrica; con el estudio de las interfaces se induce al conocimiento de las leyes de la reflexión, refracción y a las fórmulas de Fresnel para la reflectancia y la transmitancia.

Propósito de la unidad de aprendizaje:

Formular y aplicar los principios, conceptos y ecuaciones fundamentales que caracterizan el formalismo teórico de la óptica y sus aplicaciones.

Competencias profesionales:

Describe y explica fenómenos naturales y procesos tecnológicos en términos de conceptos, principios y teorías físicas. Busca, interpreta y utiliza información científica. Demuestra disposición para enfrentar nuevos problemas en otros campos, utilizando sus habilidades y conocimientos específicos.

Contribución al perfil de egreso:

Se considera como aporte para dar cumplimiento al perfil de egreso: posibilitar el adecuado desempeño para seleccionar, movilizar y gestionar las disposiciones y los recursos disponibles para resolver problemas en el campo de la óptica.

Secuencia temática:

  1. I Repaso de ecuaciones de Maxwell.
    1. Potencial electrostático; ley de Ampere; potencial magnético; inducción magnética; conservación de la carga; corriente de desplazamiento; ley de Ampere-Maxwell.
  2. II El campo en materiales.
    1. El campo y el desplazamiento eléctrico; el campo y la inducción magnética; la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética; la conductividad eléctrica; condiciones del contorno.
  3. III Propiedades mecánicas del campo.
    1. Conservación de la energía; teorema de Poynting; flujo y densidad de energía en el campo electromagnético en el vacío y en los materiales.
  4. IV Ecuaciones de ondas electromagnéticas.
    1. Matemáticas del movimiento ondulatorio; ondas escalares y vectoriales; ondas armónicas planas, esféricas y cilíndricas; fase, velocidad de fase, periodo, frecuencia y longitud de onda; polarización; ondas electromagnéticas en el vacío y en materiales; índice de refracción; transporte de energía; radiación por cargas en movimiento (cualitativo).
  5. V Reflexión y refracción.
    1. La interface plana; leyes de reflexión y de Snell; fórmulas de Fresnel; reflexión total interna; ángulo de Brewster; reflexión por metales; disipación; resonancias y el color de las cosas.
  6. VI Propagación de la luz.
    1. Fuentes de onda y principio de Huygens; límite de la óptica geométrica; rayos luminosos; principio de Fermat.
  7. VII Lentes.
    1. Introducción a sistemas ópticos; teoría paraxial; lentes delgadas; distancia focal y fórmula de Gauss; imagen real o virtual, derecha o invertida; fórmula de Newton; magnificación; sistemas de varias lentes; aperturas, pupilas y número f.
  8. VIII Otros componentes ópticos.
    1. Espejos planos y esféricos; aproximación paraxial; prismas dispersores; prismas reflexores; guías de ondas.
  9. IX Aplicaciones.
    1. El ojo; ajuste óptico; miopía, hipermetropía y astigmatismo; anteojos; oculares; microscopios; telescopios; cámaras fotográficas; endoscopios.
  10. X Lentes gruesas.
    1. Fórmula de Gauss y distancia focal; planos principales; trazado de rayos; matrices de transferencia; aberraciones, clasificación cualitativa.
  11. XI Superposición de ondas.
    1. Principio de superposición; suma de ondas de la misma frecuencia; ondas estacionarias; pulsaciones; paquetes de ondas y velocidad de grupo; ondas anarmónicas, análisis y síntesis de Fourier; campos aperiódicos e integrales de Fourier; pulsos; principio de incertidumbre para ondas; ancho de banda; coherencia temporal.
  12. XII Polarización.
    1. Polarización lineal, circular y elíptica; polarizadores lineales; ley de Malus; dicroísmo; Birrefrigencia; rayos ordinarios y extraordinarios; prismas polarizadores; dispersión y polarización; retardadores; placas de onda completa; compensadores; actividad óptica; caracterización de la polarización; parámetros de Stokes y de Jones; propagación de luz polarizada; matrices de Jones y Müller.
  13. XIII Interferencia.
    1. Interferómetros divisores de frente de onda; la doble rendija; interferómetros divisores de amplitud; algunos interferómetros; interferencia en películas delgadas; reflexiones múltiples y el Fabry-Pérot.
  14. XIV Difracción.
    1. Difracción por aperturas pequeñas; límites de Fraunhofer y de Fresnel; arreglos coherentes de radiadores y el principio de Huygens; la rejilla finita sencilla, doble y múltiple; la apertura rectangular y circular; resolución de imágenes limitadas por difracción.

Criterios de Evaluación:

Bibliografía básica:

  • Hecht, E. 2001. Optics. 4a edición. Ed. Addison-Wesley. USA.
  • Jenkins, F. A. and White, H. E. 1957. Fundamentals of optics. Ed. McGraw-Hill.
  • Sears, F.W. 1949. Optics. Ed. Ed. Addison-Wesley. USA.

Bibliografía complementaria:

  • Crawford, F.S. 1968. Ondas, Berkeley physics course. Ed. Reverté. México.
  • Alonso M., Finn, E. 2000. Física Vol. II Campos y ondas. Ed. Adisson Wesley Longman. México.