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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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