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Óptica Moderna Fundamentos e aplicações Sérgio C. Zilio Prefácio Este é um texto destinado à introdução dos conceitos básicos da óptica moderna, elaborado para estudantes de física ou engenharia elétrica. Seu enfoque principal está voltado para a óptica física, onde fenômenos ondulatórios, tais como difração e interferência , são abordados. Entretanto, no Cap. 2 são introduzidos alguns tópicos de óptica g
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  ÓÓptica Moderna ptica Moderna  Fundamentos e aplica Fundamentos e aplica ç ç ões ões  SSéérgio C. rgio C. ZilioZilio      Prefácio Este é um texto destinado à introdução dos conceitos básicos da óptica moderna, elaborado para estudantes de física ou engenharia elétrica. Seu enfoque principal está voltado para a óptica física, onde fenômenos ondulatórios, tais como difração e interferência, são abordados. Entretanto, no Cap. 2 são introduzidos alguns tópicos de óptica geométrica, onde o caráter ondulatório da luz é ignorado. A apresentação destes conceitos é importante, pela analogia que historicamente foi realizada entre a equação de Schrödinger e a equação das ondas eletromagnéticas, via óptica geométrica.  Na exposição do material admite-se que o aluno já tenha conhecimentos de eletromagnetismo e que possua algumas noções de física matemática. No final do Cap. 2, quando se faz a analogia entre a óptica geométrica e a mecânica clássica, são necessários conhecimentos relativos ao formalismo de Hamilton-Jacobi. Cada capítulo apresenta inicialmente os conceitos básicos, seguidos por uma lista de problemas  propostos. No capítulo final são sugeridas demonstrações a serem realizadas pelo professor para a melhor fixação das idéias apresentadas. Tais demonstrações podem ser realizadas com um instrumental relativamente barato, acessível a qualquer instituição ministrando cursos ao nível de graduação. O texto começa fazendo uma introdução do desenvolvimento das idéias na área de óptica. Isto é interessante para se localizar os tópicos que veremos nos capítulos subseqüentes dentro de certo contexto histórico.  Nos capítulo seguinte tratamos da propagação dos raios (óptica de raios), mas depois o texto detém-se no assunto central, a óptica ondulatória. Inicialmente discute-se no Cap. 3 a equação que descreve as ondas eletromagnéticas, suas soluções e propriedades. O Cap. 4 trata da fase do campo eletromagnético e alguns efeitos lidados a ela, porém sem exaurir o assunto. O conceito de fase será utilizado freqüentemente nos capítulos subseqüentes.  No Cap. 5 daremos atenção à natureza vetorial do campo elétrico e introduziremos o conceito de polarização. Ênfase é dada à dedução das equações de Fresnel pela sua utilidade e importância histórica. Em    seguida são apresentados vários dispositivos e técnicas que permitem alterar a polarização da luz e muitas vezes controlar sua intensidade. Estes efeitos são de grande importância em aplicações que envolvem o chaveamento da luz, como por exemplo, em comunicações ópticas. O fenômeno de interferência é abordado no Cap. 6. Nele são discutidos o princípio da superposição, e as interferências de dois feixes e múltiplos feixes. Interferômetros de grande aplicação prática, tais como o de Michelson, Mach-Zehnder e Fabry-Perot são discutidos em detalhes. Um outro assunto tratado, a teoria de películas, é de grande interesse  prático, pois permite o cálculo do efeito de um conjunto de filmes finos dielétricos sobre o espectro de transmissão, ou reflexão, de espelhos multicamadas, filtros interferenciais e revestimentos anti-refletores. Para a observação de padrões de interferência, faz-se em geral necessário que haja coerência na luz utilizada. Este tópico é tratado no Cap. 7. O Cap. 8 refere-se ao fenômeno de difração. Inicialmente introduzimos a formulação matemática que resulta na fórmula de Fresnel-Kirchhoff. Os casos de difração de Fraunhofer e Fresnel são discutidos e a aplicação em redes de difração é apresentada. Neste capítulo também  procuramos tratar tópicos de interesse prático tais como, microscopia por contraste de fase e óptica difrativa (óptica de Fourier). Estes oito capítulos compõem o núcleo central de um curso de óptica básico, que deve ser conhecido por profissionais que trabalham nesta área. Nos capítulos finais procuramos complementar alguns conceitos já introduzidos e abordar tópicos mais específicos. Apresentamos no Cap. 9 um modelo clássico para a interação da radiação com a matéria, para em seguida discutir os princípios de funcionamento do laser. É apresentado o modelo semi-clássico da interação da radiação com a matéria (Cap. 10), discutimos cavidades ópticas (Cap. 11), ação laser (Cap. 12) e regimes de operação de um laser (Cap. 13). Finalmente, introduzimos alguns conceitos de óptica não linear (Cap. 14), óptica de cristais (Cap. 15) e guiamento de luz (Cap. 16).   i 1. Uma visão histórica    1.1   Considerações preliminares....................................................................................1 1.2   Desenvolvimentos iniciais......................................................................................2 1.3   Óptica ondulatória versus corpuscular....................................................................4 1.4   Ressurgimento da teoria ondulatória................................................................ .... ...6 1.5   Ondas eletromagnéticas e luz..................................................................................8 1.6   A relatividade restrita.............................................. .. .......... .. ................ . ...... ..... .....12 1.7   A óptica quântica............................................................................................. .... ..13 Bibliografia........................................................ ... ................. ... ......................... .. .14 2. Óptica de raios 2.1 Introdução..............................................................................................................15 2.2 Propagação de luz em meios homogêneos.............................................................16 2.3 Propagação de luz em meios não homogêneos......................................................17 2.4 A lei de Snell generalizada.....................................................................................19 2.5 O princípio de Fermat.................................................................................... ...... ...22 2.6 A equação dos raios...............................................................................................26 2.7 A função eikonal....................................................................................................29 2.8 Analogia entre a mecânica clássica e a óptica geométrica............................... ..... .32 2.9 Obtenção da equação de Schrödinger....................................................................35 2.10 O potencial óptico................................................................................................38 Bibliografia.................................................................................................. ..... ...41 Problemas............................................................................................................41 3. Ondas eletromagnéticas    3.1 Introdução ao conceito de ondas............................................................................43 3.2 Ondas eletromagnéticas.................................................................... ...... ................45 3.3 Ondas harmônicas unidimensionais.......................................................................47 3.4 Ondas planas e esféricas.........................................................................................50 Índice

Carti de Citit

Aug 4, 2017
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