DEPARTAMENTO DE FÍSICA

 

Ondas e Óptica - F+EF+EB+mnrF

Ano letivo: 2008-2009
Specification sheet

Specific details
course codecycle os studiesacademic semestercredits ECTSteaching language
1002654126pt


Learning goals
1. O aluno deve saber como analisar sistemas ópticos reais e compreender as limitações desses sistemas.
2. Deve saber descrever ondas e compreender os conceitos de velocidade de grupo, dispersão e interferência.
3. Deve saber lidar com luz polarizada e saber como funcionam e em que se baseiam os polarizadores.
4. Deve conhecer os ingredientes subjacentes à difracção de Fraunhofer e compreender a difracção de Fresnel nos seus aspectos essenciais.
5. Deve saber analisar a refracção e a reflexão de ondas entre dois meios distintos.
6. Deve saber calcular a interferência entre ondas e compreender a importância das técnicas interferométricas.
7. Deve ficar a saber como funcionam e para que servem as fibras ópticas, os lasers e os hologramas.
Syllabus
1. Óptica geométrica
1.1 Análise matricial de sistemas ópticos.
1.2 Teoria das aberrações de Seidel.
1.3 Óptica de sistemas GRIN*.
1.4 Análise computacional de sistemas ópticos.

2. Ondas
2.1 Oscilações. Estados próprios de oscilação. Sistemas contínuos. Ondas.
2.2 Ondas a 1, 2 e 3 dimensões. Ondas estacionárias.
2.3 Pacotes de ondas. Velocidade de grupo.

Ondas mecânicas a 1 dimensão
2.1 Ondas transversais na corda. Ondas longitudinais na mola.
2.2 Ondas acústicas e de pressão acústica.

3.1 Ondas esféricas e cilíndricas.
3.2 Ondas transversais numa membrana.
3.3 Estados de ondas estacionária numa membrana.

4.1 Ondas electromagnéticas.
4.2 Meios ópticos dispersivos.
4.3 Polarização da luz.

5.1 Interferência de duas ondas.
5.2 Difracção de Fraunhofer. Uma fenda, duas fendas, N fendas. Redes de difracção.
5.3 Difracção por abertura circular. Padrão de Airy. Resolução óptica*.

6. Difracção de Fresnel. Zonas de Fresnel. Lentes de Fresnel.

7. Difracção de Kirchhoff-Fresnel. Integrais de Fresnel. Difracção por uma aresta.

8. Refracção e reflexão de ondas entre dois meios.
8.1 Equações de Fresnel para a óptica.
8.2 Equações de Rayleigh para a acústica.

9. Interferometria. Interferómetros. Filtros interferométricos*.

10. Fibras ópticas. Modos de propagação. Análise de aplicações*.

11. Lasers. Inversão de população. Emissão estimulada. Cavidades ressonantes e modos próprios. Tipos de lasers. Propriedades da luz laser.

12. Holografia. Análise do princípio físico e das aplicações.
Prerequisites
Algebra
Análise Matemática
Física Geral.
Electromagnetismo

- os estudantes devem já conhecer a teoria electromagnética.
- o conhecimento prévio de óptica geométrica elementar é desejável.
- devem ter já estar familiarizados com a algebra, nºs complexos, o cálculo infinitesimal e as equações diferenciais.
Generic skills to reach
. Competence in analysis and synthesis;
. Competence to solve problems;
. Critical thinking;
. Ethical commitment;
. Creativity;
. Competence in oral and written communication;
. Computer Skills for the scope of the study;
. Adaptability to new situations;
. Quality concerns;
. Self-criticism and self-evaluation;
(by decreasing order of importance)
Teaching hours per semester
lectures30
laboratory classes45
total of teaching hours75

Assessment
Laboratory or field work20 %
Problem solving10 %
Mini tests10 %
Assessment Tests20 %
Exam40 %

Bibliography of reference
Optics, Hecht e Zajac. (existe trad.; ed. Gulbenkian);
Introduction to Optics, F. L. Pedrotti, L. S. Pedrotti, 1992;
Óptica e Fotónica, Mário Ferreira, 2003;
Vibrations and Waves, 1992, A. French. (existe trad. em castel.);
Notas Lectivas, 2006.
Teaching method
-aulas teóricas no quadro negro que podem por vezes ser acompanhadas da projecção de transparências ou de sinal de vídeo com apresentações e animações computacionais;
-aulas teórico-práticas de discussão de problemas;
-aulas laboratoriais;
-aulas de demonstrações experimentais;
-elaboração de textos de apoio cobrindo toda a matéria leccionada;
-elaboração de cerca de 100 problemas resolvidos e discutidos, exemplificativos da matéria leccionada;
- as aulas, todas as aulas, devem ser sempre abertas à discussão, envolvendo nela os estudantes.
Resources used
Laboratório de óptica/fotónica bem equipado.