Óptica

Código:

F302

Sigla:

F302

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2014/2015 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Física e Astronomia
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Física

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:AST	0	Plano de Estudos a partir de 2008	3	-	7,5	-
L:B	0	Plano de estudos a partir de 2008	3	-	7,5	-
L:F	18	Plano de estudos a partir de 2008	3	-	7,5	-
L:G	0	P.E - estudantes com 1ª matricula anterior a 09/10	3	-	7,5	-
		P.E - estudantes com 1ª matricula em 09/10	3	-	7,5	-
L:M	0	Plano de estudos a partir de 2009	3	-	7,5	-
L:Q	0	Plano de estudos Oficial	3	-	7,5	-
M:DCA	0	P.E. Mestrado em Des. Curricular pela Astronomia	1	-	7,5	-
MI:EF	23	Plano de Estudos a partir de 2007	3	-	7,5	-

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Fornecer uma visão panorâmica da Ótica Clássica. Apresentar os princípios e os métodos da Ótica Geométrica, e suas aplicações na instrumentação ótica. Abordar a fenomenologia e aplicações da polarização, interferência e difração de ondas óticas. Apresentar aspetos de Ótica Moderna relevantes para a ciência e a técnica.

Resultados de aprendizagem e competências

Obter uma visão articulada da Ótica Clássica e das suas relações com a Ótica Moderna. Compreender os métodos da Ótica Geométrica e suas limitações, e aplicar esses métodos na análise de sistemas óticos. Dominar aspetos fundamentais da Ótica Física (polarização, interferência, e difração de ondas óticas) e compreender uma gama diversificada das suas aplicações em instrumentos e métodos óticos de medição e processamento de sinal. Obter uma visão genérica de certos tópicos de Ótica Moderna.

 

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Eletromagnetismo. Física das Ondas.

Programa

1. Introdução. Desenvolvimento histórico e impacto da invenção do laser.
2. Revisão de Eletromagnetismo. Ondas eletromagnéticas; ondas planas, esféricas e cilíndricas; propagação de feixe gaussiano. Dispersão material. Leis de Snell e fórmulas de Fresnel. Reflexão total. Guias de onda óticos.
3. Ótica Geométrica. Equações fundamentais. Princípio de Fermat. Equação dos raios óticos e suas aplicações.
4. Introdução a sistemas óticos e ótica paraxial. Dioptro esférico, lente esférica, lente fina. Formação de imagem com sistemas de lentes; equações de conjugação e traçado de raios. Abertura ótica, pupilas de entrada e saída, abertura de campo. Espelhos planos e esféricos. Prismas óticos, desvio angular, dispersão e reflexão total.
5. Análise matricial de sistemas óticos. Transformações paraxiais de refração, reflexão e translação. Matriz de um sistema ótico, conjugação, ampliações (transversal, longitudinal, angular), pontos principais e focais. Combinação de sistemas óticos. Análise de cavidades de Fabry-Pérot.
6. Exemplos de sistemas óticos. Olho humano, lupa, microscópio, telescópios refratores e refletores.
7. Radiometria e Fotometria. Conceitos, grandezas e nomenclatura. Lei de Lambert. Curva padrão de luminosidade. Caraterísticas de fontes e detetores. Cálculos radiométricos.
8. Aberrações. Aberrações geométricas de 3ª ordem. Aberrações cromáticas. Compensação de aberrações.
9. Polarização. Radiação polarizada, estados de polarização. Radiação parcialmente polarizada, matriz de coerência. Parâmetros e vetores de Stokes, matrizes de Mueller, esfera de Poincaré. Vetores e matrizes de Jones. Polarizadores de grelha, polaroid. Polarização por reflexão e por espalhamento. Propagação em meios anisotrópicos. Equação de Fresnel, elipsoide dos índices. Meios uniaxiais. Refração entre meios e polarizadores. Lâminas retardadoras e compensadores. Referência a birrefringência circular, fotoelasticidade, efeitos eletroóticos.
10. Interferência. Sobreposição de ondas, condições de interferência, padrões de interferência, visibilidade das franjas. Interferómetro de Young. Interferência por divisão de amplitude, franjas de Haidinger e de Fizeau, aneis de Newton. Interferómetros de Michelson, de Twyman-Green, de Mach-Zehnder, de Sagnac. Multicamadas dielétricas, refletoras e anti-refletoras. Interferómetro de Fabry-Pérot.
11. Difração. Princípio de Huygens-Fresnel, formulações de Helmoltz-Kirchhoff e de Rayleigh-Sommerfeld. Difração e teoria de sistemas lineares, resposta impulsional e função de transferência. Difração de Fesnel e difração de Fraunhofer. Difração por aberturas. Redes de difração (amplitude, fase), resolução espetral e eficiência. Transformação de Fourier e processamento ótico coerente com lentes. Formação de imagem com radiação coerente e incoerente, resposta impulsional e função de transferência.
12. Coerência. Experiência de Young, coerência temporal e espacial. Grau de coerência. Teorema de Van Cittert-Zernike. Interferómetro de Michelson, fonte de espetro contínuo, coerência temporal. Interferometria de baixa coerência.
13. Tópicos de Ótica Moderna.

Bibliografia Obrigatória

Eugene Hecht; Óptica, Fundação Calouste Gulbenkian, 2002
F.L. Pedrotti, L.S. Pedrotti; Introduction to Optics, Prentice-Hall, 1996
R.D. Guenther; Modern Optics, J. Wiley, 1990
M.V. Klein, Th.E. Furtak; Optics, 2nd ed., Wiley
J.W. Goodman; Introduction to Fourier Optics, 2nd ed., McGraw-Hill, 1996

Bibliografia Complementar

M.B. Born, E. Wolf; Principles of Optics , Cambridge University Press, 1999
M. Bass et al (eds) ; Handbook of Optics, vols. I-IV, McGraw-Hill, 1995-2001

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas de exposição e aulas teórico-práticas de discussão e resolução de problemas.

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Óptica

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	100,00
Total:	100,00

Obtenção de frequência

O aluno será excluído de frequência quando falte a mais de um quarto das aulas teórico-práticas previstas.

Fórmula de cálculo da classificação final

O aluno pode optar por realizar a avaliação através de dois testes, ou por exame. No primeiro caso, terá que obter uma classificação não inferior a 8 valores (no máximo de 20) em cada um dos testes; e uma média não inferior a 10 valores nesses testes. Independentemente da classificação que obtenha nos testes, pode sempre realizar o exame.

Melhoria de classificação

Por exame final