Física - Óptica - Introdução Reflexão e Reflexão

8/14/2019 Fsica - ptica - Introduo Reflexo e Reflexo

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Objetivos das aulas

Cobrir as propriedades fundamentais da propagao da luz e interao com interessenas apreciao da ptica geomtrica e ptica de onda escalar, enfatizando- intuio fsica e ferramentas de base matemtica- abordagem dossistemas para anlise e design de sistemas pticos

Aplicao dos conceitos fsicos para os domnios tpicos da engenharia, escolhidos apartir de- microscopia ptica de alta definio- alternncia ptica para comunicao de dados e interconexo entre computadores- armazenamento ptica de dados- interface para a percepo visual humana e aprendizado- componentes micro pticos adaptivos (MEMS ptico)

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O que voc precisa

Absolutamente necessrio- Geometria Euclidiana- Clculo com variveis complexas- Apreciao da srie de Taylor- MATLAB ou outro programa de computao/visualizao

til se voc souber, mas cobriremos aqui:- eletrodinmica bsica- propagao bsica de onda- sistemas lineares e anlise de Fourier

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Tpicos

ptica geomtrica- Traado bsico de raios- Formao de imagem e sistemas de formao de imagens- Design ptico

ptica de onda- Propagao escalar de onda linear- Propriedades da luz de onda- Polarizao- Interferncia e interferometria- Abordagem de sistemas/Fourier para propagao de luz- Filtragem espacial, resoluo, formao de imagem coerente e incoerente,

problemas inversos- Modulao de frente de onda/holografia

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Aplicaes

Microscopia com o mesmo foco- corte ptico- fluorescncia- dois ftons- tempo real- hologrfico- Espectrocspico- Bio-formao de imagem, imagem

atravs de turbulncia Super resoluo

- filtros de apodizao- abordagens hbridas (ptica +

processamento de sinal)- ponto de vista terico da informao

Armazenamento ptico de dados- discos pticos (discos CD, DVD e

MD)- memrias hologrficas

Alternncia ptica- MEMS ptico- Cristal lquido- Termo-ptica- Acstico-ptica- ptica estatstica- Coerncia na formao de imagem

(teorema de van Cittert-Zernicke,rdio astronomia)

- Tomografia por Raio-X (Teorema deProjeo por Diviso,Transformaes de Radon)

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Planejamento de Aula

Transmisso- [email protected] Livros: Optics por E. Hecht, 3 edio (Addison-Wesley)

- [2.710 somente] Introduction to Fourier optics (Introduo ptica de Fourier)por J.W. Goodman, 2 edio (McGraw-Hill)

Textos recomendados:- Waves and fields in optoelectronics (Ondas e campos em optoeletrnica) por

H.A. Haus- Optics por Klein e Furtak- Fundamentals of photonics por Saleh e Teich- Fundamentals of optics por Jenkins e White

- Modern Optical Engineering por W.J. Smith

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Administrativo: 2.71

Nota: 30% trabalhos, 40% exames, 30% exame final. Dez trabalhos

- cada um com prazo de uma semana aps a data da publicao (vide lista)- veja o site a respeito das polticas de atraso e colaborao- essencialmente problemas de compreenso

Demonstraes ocasionais em laboratrio (opcional)

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Administrativo: 2.710

Nota: 25% trabalhos, 30% exames, 20% projetos, 25% exame final.

Dez trabalhos- cada um com prazo de uma semana aps a data da publicao (vide lista)- veja o site a respeito das polticas de atraso e colaborao- ambos problemas de compreenso e abertos

Demonstraes ocasionais em laboratrio (opcional) Projeto

- equipes de 2-3 pessoas- selecionados entre uma das reas de aplicao (tpicos sero informados em breve)- incio na primeira semana de Novembro- semanalmente ou ento reunies informativas com instrutor/TA- apresentao oral e relatrio tcnico de 3 pginas

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Administrativo: ambos

Dois exames- Exame 1 na quarta-feira, 10 de outubro, 10:00h. (em sala)- Contedo do Exame 1: ptica geomtrica, propagao bsica de onda- Exame 2 na quarta-feira, 14 de novembro, 10:00h. (em sala)- Contedo do Exame 2: ptica de Fourier

Exame final.- agendado pelo Registrar- inclui tudo o que foi abrangido em sala

Ausncia dos exames/exame final: aplicam-se as polticas do Instituto Graduao: aplicam-se as definies do Instituto

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Administrativo: ambos (continuao)

Horrios de expediente: a ser informado

Acesso ilimitado por e-mail ( incentivado o envio), fazendo o possvel para responderem 24 horas. Recitaes durante os horrios agendados de aula

- a maioria s quartas-feiras (algumas separadas para 2.71 e 2.710)- transmisso por e-mail quando no estiver na lista- contedos

. problemas exemplo (geralmente antes que os exerccios sejam entregues)

. solues de exerccios (aps as data de entrega dos exerccios)

. cobertura estendida de alguns tpicos especiais (ex.: programa de design ptico;transformaes de Fourier em 2D). sugestes so bem-vindas.

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Breve histria da ptica

Grcia antiga ( ~ sculo 5-3 AC)- Pitgoras (raios emergem dos olhos)- Demcrito (corpos emitem substncia mgica, imagens)- Plato (combinao de ambos os de acima)- Aristteles (transferncia de movimento entre objeto & olho)

Idade Mdia- Alkindi, Alhazen derrubam a hiptese da emisso ( ~ sculo 9-10 DC)- Lente inventada por acidente (norte da Itlia, ~ sculo 12 DC)- Della Porta, da Vinci, Descartes, Galileu, Kepler formulam a ptica geomtrica,

explicam o comportamento da lente, constroem instrumentos pticos (~ sculo 15

DC) Depois da Idade Mdia:- Newton (1642-1726) e Huygens (1629-1695) brigam sobre a natureza da luz.

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Breve histria da ptica (continuao)

Sculos 18-19- Fresnel, Young observam experimentalmente a difrao, derrubam a teoria de

partculas de Newton- Maxwell formula equaes eletromagnticas, Hertz verifica o princpio da emisso

da antena (1899) Sculo 20

- Teoria quntica explica a dualidade onda-partcula- Inveno da holografia (1948)- Inveno do laser (1956)- Proliferam as aplicaes pticas

. computao, comunicao, cincia fundamental, medicina, indstria,entretenimento.

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Propriedades da luz de partculas

Fton = partcula elementar da luz

Massa = 0

Velocidade c = 3x108 m/s

Energia E=hv ========= Relata a natureza dupla da luz de partcula & onda;

h = constante de Planck= 6,6262x1034 J seg. v a frequncia de oscilao temporal das ondas de luz

v = frequncia (sec-1 ) o perodo espacial das ondas de luz= extenso de onda (m)

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Fluxo de fton: uma onda de luz

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O conceito de um raio

Em meio homogneo, a luz se propagaem caminhos retilneos.

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O conceito de um raio

Em meio homogneo, a luz se propagaem caminhos retilneos

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Luz na matria

Velocidade c = 3x108 m/s Velocidade c/nn: ndice relativo (ou ndice de refrao)

Coeficiente de absoro = 0 Coeficiente de absoro aCoeficiente de queda de energia, aps distnciaL: e2aL

Ex.: o vidro tem n = 1,5, fibra de vidro tem a = 0,25dB/Km=0,0288/Km

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O princpio do caminho mnimo

(tambm conhecido como Princpio de Fermat)

Consequncias: lei da reflexo, lei da refrao

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A lei da reflexo

a) Considere a fonte virtual Pao invs de P

b) Caminho alternativo POP maior do que POP

c) Desta forma, a luz segue ocaminho simtrico POP

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A lei da refrao

Lei da Refrao de Snelln sen = nsen

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Reflexo Interna Total (TIR)

n > nse torna imaginrio quando

feixe refratado desaparece, toda a energia refletida.

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Reflexo Interna Total Frustrada (FTIR)

Raios refletidos so perdidosquandoas superfcies do ndice combinadoo tocam formada sombra

ngulo de incidncia excede ongulo crtico.

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