TEMA 0. Prof. Dr. E. Gómez González Departamento de Física Aplicada III E.S.Ingenieros - Universidad de Sevilla. Curso 2007/08 Transparencias de Clase

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Margarita Correa Cabrera
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1 Fundamentos de Óptica Curso 2007/08 Transparencias de Clase TEMA 0 Introducción n a la Óptica Prof. Dr. E. Gómez González Departamento de Física Aplicada III E.S.Ingenieros - Universidad de Sevilla 2º Ing. Telecom. CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS ÓPTICA (TEMA 0 Introducción ) a la Óptica) 1 E.G.G. E.G.G. DFA DFA III-ESI III-ESI 2006/ /08 UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD DE DE SEVILLA SEVILLA

2 La Óptica y el Electromagnetismo Cargas Corrientes Materiales magnéticos Electrostática Magnetostática Campo EM Electromagnetismo Ecuaciones de Maxwell Frecuencia Solución Ondulatoria [17] Tma. Fourier Rayo- Frente de Onda Ondas planas 2

3 La Óptica y sus aplicaciones Óptica CUÁNTICA Óptica ELECTROMAGNÉTICA Óptica ONDULATORIA ÓPTICA GEOMÉTRICA fuentes de luz convencionales láser [interacción luz-materia] [Óptica No Lineal] polarización cristal líquido: LCD [efectos electro/ magnetoópticos] APLICACIONES radiometría fotometría sensores ópticos Instrumentos Ópticos microscopios telescopios cámara fotográfica ampliadora, proyector, Fibra Óptica comunicaciones ópticas [Óptica GRIN] [Óptica Adaptativa] El ojo humano y el proceso de visión límites defectos correcciones: lentes [color filtros] interferencia difracción holografía almacenamiento magnetoóptico imagen digital: CCD, CMOS visualización: TFT, plasma videoproyección: DLP, LCOS Epígrafes entre corchetes [] no incluidos en la asignatura. 3

4 La Óptica y la Ingeniería Longitud de onda Dirección Estructura Iluminación Un Sistema de Visión: elementos y características principales Brillo Contraste Homogeneidad Campo de visión Profundidad de foco Exposición Conexión Protocolo Señales objeto Lentes Cámara Sensor Interface Ingeniería Óptica Ingeniería Eléctrica / Electrónica Distancia focal Apertura (f/#) Tamaño Tecnología Respuesta Resolución Ordenador Procesado de imagen Ingeniería de software Resultados (información) 4

5 DC AC 1000 diseño óptico por ordenador Townes: láser Rutherford, Bohr: óptica cuántica Rayleigh, Michelson, Einstein: propiedades de la luz Planck, Wien: radiación Hertz, Stefan, Boltzmann: termodinámica Kelvin, Faraday, Maxwell: ondas electromagnéticas Fizeau, Kirchoff, Bunsen: espectroscopía Daguerre: fotografía Brewster, Foucault: polarización, velocidad de la luz Young, Fresnel: teoría de la difracción Hershel: energía infrarroja Hall, Dolland: doblete acromático Bradley: velocidad de la luz Huyghens: teoría ondulatoria Van Loeuwenhoek, Hooke: microscopio Newton: teoría óptica básica Snell: ley de la refracción Kepler: telescopio refractor Copérnico, Galileo: astronomía Bacon: óptica y visión Alhazén: el ojo humano Ptolomeo: óptica y la ley de la reflexión Platón, Aristóteles, Euclides: luz y visión Algunas referencias históricas escala temporal no lineal!! 2000 Construcción de las Pirámides y Stonehenge: observaciones astronómicas 5

6 El rango óptico del espectro electromagnético (DIN 5031) ultravioleta (UVA): 15 nm 380 nm VISIBLE (VIS): 380 nm 780 nm infrarrojo (IR): 780 nm 1 mm [17] [8] [1] 6

7 Formalismos de la Óptica: para luz visible, pero también IR, microondas, radar [8] Explicación del efecto invernadero. [8] [20] [20] [8] 7

8 Frentes de onda (Σ) y rayos (trayectorias ortogonales) Luz: onda electromagnética propagándose (en un medio caracterizado por ε y μ μo) con velocidad c que, en el vacío (εo, μo), resulta ser c m/s c = 1 ε μ λ<< [4] Cuando la luz incide en un medio, tienen lugar los siguientes fenómenos: Rayos: trayectorias ortogonales a los frentes de onda trayectorias de propagación de la energía determinación: Principio de Fermat: camino óptico extremal i) camino óptico (optical path length, OPL) desde un punto origen (A) hasta un punto destino (B) [19] R A T Conservación de la energía: R + T + A = 100% OPL = L = n() s ds OPL = n s medio homogéneo B A ii) ecuación eikonal r d dr() s δ nds= 0 n= n ds ds si n = cte trayectorias son rectas 8 AB

9 Caracterización óptica del medio: índice de refracción caracterizamos el medio por la velocidad de propagación de la luz en él: v n 1 1 c c = v = n = ε o μ o ε μ v r si n = n( ) medio inhomogéneo si n = n( r, r &) medio anisótropo si n = cte medio homogéneo e isótropo [4] En un medio ópticamente más denso, la velocidad de la luz es menor y n es mayor. Índice n v (km/s) [7] [17] Dispersión: n = n(λ) las propiedades del medio dependen de la λ definir una λ o como referencia relación de Cauchy: B n ( λ) = A + 2 λ A, B constantes del medio 9

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