PROPIEDADES ÓPTICAS DE
SÓLIDOS
Andrés
Cantarero y Ana Cros
1. Efectos de campos campos eléctricos y magnéticos en las propiedades
ópticas.
1.1. Efecto de un campo magnético
sobre la estructura de bandas.
1.2. Transiciones intrabanda e
interbanda.
1.3. Influencia del campo.
magnético en sistemas de baja dimensión.
1.4. Efecto de un campo eléctrico
sobre la estructura de bandas.
1.5. Efecto Franz-Keldysh.
1.6. Electrorreflectancia.
1.7. Efecto Stark.
1.8. Efecto de un campo eléctrico
en estructuras de baja dimensión.
2. Propiedades ópticas bajo altas presiones.
2.1. Efecto de la presión sobre
la estructura cristalina.
2.2. Efecto de la presión sobre
la estructura de bandas.
2.3. Procesos de absorción y
emisión bajo altas presiones
2.4. Dispersión Raman bajo altas
presiones.
3. Espectroscopía de resolución temporal..
3.1 Técnicas
experimentales.
3.2. Espectroscopía de picosegundos.
3.3. Espectroscopía de femtosegundos.
Bibliografía
- Nasser Peyghambarian, Stephan W. Koch y André
Mysyrowicz. Introducction to semiconductor
optics. Prentice Hall 1993.
- Peter Y. Yu y Manuel Cardona. Fundamentals of Semiconductors. Springer 1996.
- John H. Davies. The Physics of Low-Dimensional
Semiconductors. Cambridge 1998.
- Jacques I. Pankove. Optical Processes in Semiconductors.
Dover 1971.
- F. Bassani y M. Altarelli. Interaction of radiation with condensed
matter. North holland, 1983.
- F. Bassani, G. Pastori, Parravicini y R. A.
Ballinger. Electronic states and optical transitions in solids. Pergamon
Press, 1975.
- Heinrich Stolz. Time-Resolved light scattering
from excitons. Springer 1994.
Optica No Lineal
Eugenio Roldán y Germán J.
de Valcárcel
1. Propagación de ondas EM en medios periódicos. Acustoóptica
2. El efecto Kerr
2.1. Dependencia del índice de
refracción con la intensidad de la luz.
2.1. Propagación de la luz en
medios Kerr isótropos.
2.3. Nolinealidades electrónicas
no resonantes.
2.4. Nolinealidades debidas a la
orientación molecular.
2.5. Nolinealidades debidas a
electrostricción
3. Difusión espontánea de la luz
3.1. Generalidades.
3.2. Teorías microscópica y
termodinámica de la difusión.
3.3. Difusión Brillouin
espontánea.
4. Difusión Brillouin estimulada
4.1. Difusión Brillouin
Estimulada (SBS) inducida por electrostricción.
4.2. Conjugación de fase por SBS.
4.3. Teoría General de la SBS,
SBS en fibras ópticas.
5. Difusión Raman estimulada
5.1. Difusión Raman espontánea.
5.2. Difusión Raman estimulada
(SRS).
5.3. Polarización no lineal para
la difusión Raman.
5.4. Acoplamiento
Stokes-AntiStokes.
5.5. Difusión Rayleigh lateral.
5.6. SRS en fibras ópticas.
6. Solitones ópticos
6.1. Inestabilidad moduladora.
6.2. Solitones en fibras.
6.3. Estabilidad de los
solitones.
6.4. Solitones Oscuros.
6.5. Sistemas de comunicación
basados en solitones.
7. El efecto Fotorrefractivo
7.1. Modelo de transporte.
7.2. Campo producido por la
distirbución de cargas: modificación del índice de refracción.
7.3. Redes de difracción en
volumen fotorrefractivas.
7.4. Velocidad de formación de la
red.
7.5. Redes en movimiento.
7.6. Soluciones tansitorias.
7.7. Efecto fotovoltaico.
8. Mezcla de ondas en medios fotorrefractivos
8.1. Mezcla de dos y cuatro
ondas: casos degenerado y no degenerado.
9. Aplicaciones del efecto fotorrefractivo
9.1. Resonadores
fotorrefractivos.
9.2. Conjugadores de fase.
9.3. Computación óptica.
9.4. Otras aplicaciones.
10. Optica no lineal en cavidades.
10.1. Evolución de los campos en
una cavidad óptica.
10.2. Medio Kerr en una cavidad
óptica
10.3. Biestabilidad.
10.4. Inestabilidad de polarización.
10.5. Formación de estructuras
espaciales, Solitones Espaciales.
Óptica
difractiva.
Pedro Andrés, Manuel Martínez y
Genaro Saavedra.
1. Luz difractada a lo largo del eje óptico.
1.1. Distribución de intensidad a
lo largo del eje óptico para una abertura cualquiera. Abertura circular.
1.2. Extensión a cualquier eje
perpendicular al plano objeto.
1.3. Aplicación a una corona
circular.
1.4. Extensión a N coronas
circulares.
2. Lentes difractivas.
2.1. Introducción.
2.2. Definición.
2.3. Comportamiento axial para
objetos periódicos en la coordenada radial al cuadrado. Existencia de múltiples
focos.
2.4. Aberración cromática.
2.5. Redes unidimensionales y
placas zonales: equivalencia.
2.6. Lente kinoform: analogías y
diferencias con una lente esférica.
3. Desplazamiento de foco.
3.1. Introducción.
3.2. Desplazamiento de foco para
una onda esférica limitada.
3.3. Distribución axial de
irradiancia para haces focalizados.
3.4. Desplazamiento de foco.
Influencia del número de Fresnel del haz.
3.5. Ejemplos.
3.6. Desplazamiento de foco para
otras rectas focales.
4. Propagación de haces gaussianos.
4.1. Introducción.
4.2. Los patrones de Fresnel de
una distribución de amplitud gaussiana.
4.3. Descripción general de un
haz gaussiano: cintura, divergencia y curvatura.
4.4. Desplazamiento de foco.
4.5. Efecto de los sistemas
ópticos en la propagación de un haz gaussiano.
4.6. Desplazamiento de foco en
haces gaussianos truncados.
4.7. Haces gaussianos de orden
superior.
5. Bases de la teoría de la coherencia óptica.
5.1. Introducción.
5.2. Representación compleja de
campos policromáticos. Señal analítica.
5.3. Campos estacionarios.
5.4. Interferencia de dos haces
de luz parcialmente coherentes: función de coherencia mutua y grado complejo de
coherencia.
5.5. Luz cuasimonocromática.
5.6. Intensidad mutua.
5.7. Grado de coherencia
espacial.
5.8. Área de coherencia.
5.9. Coherencia espacial y
visibilidad de las franjas de Young: casos límites coherente e incoherente.
6. Propagación de luces cuasimonocromáticas parcialmente coherentes.
6.1. Grado de coherencia de la
luz procedente de una fuente extensa de luz cuasimonocromática: Teorema de Van
Cittert-Zernike.
6.2. Interferómetro estelar de
Michelson.
6.3. Fórmula de Hopkins.
6.4. Transmisión a través de un
componente óptico delgado.
6.5. Propagación de la intensidad
mutua en un sistema lineal.
6.6. Distribución de intensidad
en el plano de salida: casos límite coherente e incoherente
7. Coherencia temporal.
7.1. Función de coherencia
temporal y grado de coherencia temporal.
7.2. Tiempo y longitud de
coherencia.
7.3. Representación espectral de
la coherencia temporal Teorema de Wiener-Khintchin.
7.4. Anchura espectral.
7.5. Interferencia de dos ondas y
coherencia temporal.
7.6. Interferograma.
7.7. Espectroscopía de Fourier.
7.8. Coherencia mutua de la luz
procedente de un fuente extensa policromática. Generalización del Teorema de
Van Cittert-Zernike.
7.9. Propagación de la coherencia
mutua.
8. Óptica temporal.
8.1. Descripción matemática de un
impulso temporal de luz.
8.2. Propagación de un impulso
luminoso en un medio dispersivo.
8.3. Función de transferencia
para la envolvente del impulso. Aproximación cuadrática.
8.4. Velocidad de grupo y tiempo
propio.
8.5. Analogía con los patrones de
difracción de una abertura unidimensional.
8.6. Ejemplos: impulso
rectangular e impulso gaussiano.
8.7. Autoimágenes temporales.
8.8. Formación de imágenes
temporal.
8.9. Transformadores de Fourier
temporales.
8.10. Óptica espacio-temporal.
8.11. Efecto de las lentes
refractivas y difractivas sobre un impulso luminoso uniforme.
9. Microóptica.
9.1. Aspectos generales.
9.2. Técnicas de fabricación.
9.3. Replicado.
9.4. Óptica integrada planar.
9.5. Interconectores ópticos.
10. Formación de imágenes tridimensional.
10.1. Difracción con objetos
planos versus difracción con objetos tridimensionales.
10.2. Función de transferencia
asociada a la propagación libre.
10.3. Formación de imágenes con
objetos tridimensionales.
10.4. Sistemas afocales.
10.5. Función de transferencia
tridimensional en sistemas afocales.
10.6. Sistemas de microscopía
confocal de barrido electrónico.
10.7. Superresolución en
microscopía confocal.
Bibliografía
– J.W. Goodman, Introduction to Fourier Optics (McGraw-Hill, 1996).
– J.D. Gaskill, Linear Systems, Fourier Transforms, and Optics (Wiley, 1978).
– J.J. Stammes, Waves in focal regions (Adam Hilger, 1986).
– A.E. Siegman, Lasers (University Science Books, 1986).
– P.W. Milonni y J.H. Eberly, Lasers (Wiley, 1988).
– B.E.A. Saleh y M.C. Teich, Fundamentals of Photonics (Wiley, 1991).
– M. Born y E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon, 1980).
– J.W. Goodman, Statistical Optics (Wiley, 1985).
– L. Mandel y E. Wolf, Optical Coherence and Quantum Optics (Cambridge University, 1995).
– H.P. Herzig (ed.), Micro-optics (Taylor & Francis, 1997).
– M. Gu, Principles
of Three-Dimensional Imaging in Confocal Microscopes (Worl Scientific,
1996).
GUÍAS DE ONDAS Y FIBRAS
Albert Ferrando, Enrique
Silvestre y Miguel V. Andrés
1. Introducción.
1.1. Descripción de las guías de ondas y su clasificación.
1.2. Concepto de modo de una guía de onda.
1.3. Clasificación del espectro de modos: ondas TEM, TE, TM e
híbridas.
2. Teoría
general de los sistemas guiadores de ondas electromagnéticas.
2.1. Ecuaciones en valores propios: el operador evolución.
2.2. Diagrama w-b: el espectro de modos de una guía de ondas
superficiales.
2.3. Propiedades de ortogonalidad.
3. Estudio de
guías complejas.
3.1. Métodos modales.
3.2. Métodos perturbativos.
3.3. Otros métodos.
4. Fibras
ópticas.
4.1. Métodos de fabricación y tipos de fibras ópticas.
4.2. El espectro de modos de una fibra de salto de índice.
4.3. Aproximación LP y aproximación gaussiana.
4.3. Fibras ópticas de interés tecnológico: parámetros
característicos.
5. Guías
ópticas integradas.
5.1. Métodos de fabricación y tipos.
5.2. El espectro de modos de una lámina dieléctrica.
5.3. Guías ópticas de interés tecnológico.
6. Métodos de
caracterización.
6.1. Medida de los parámetros característicos de una fibra óptica.
6.2. Caracterización de las guías ópticas integradas.
Bibliografía
- R.E. Collin. Field theory of guided waves.
IEEE Press 1991.
- A.W. Snyder y J.D. Love. Optical
waveguide theory. Chapman and Hall,
1983.
Alfredo Segura y Vicente
Muñoz.
1. Fabricación
de materiales masivos
1.1. Técnicas de síntesis.
1.2. Métodos de crecimiento
cristalino.
1.3. Método Bridgman.
1.4. Método Czochralski.
1.5. Método THM.
1.6. Método de transporte en fase
gaseosa.
2. Fabricación
de capas delgadas
2.1. Evaporación en vacío.
2.2. Pulverización catódica.
2.3. Ablación láser.
2.4. Epitaxia en fase líquida.
2.5. Epitaxia por haz molecular.
2.6. Deposición química en fase
gaseosa mediante organometálicos.
3. Técnicas de
caracterización
3.1. Difracción de rayos X.
3.2. Microscopía electrónica.
3.3. Microanálisis.
3.4. Microscopía óptica.
4. Detectores
de luz
4.1. Detectores fototérmicos.
4.2. Detectores de fotones.
4.3. Fotoconductores.
4.4. Fotodiodos.
4.5. Detectores de radiación.
5. Ruido en
detectores de luz
5.1. Limitaciones debidas al
ruido.
5.2. Definiciones básicas.
5.3. Densidad espectral de ruido.
5.4. Fuentes de ruido.
5.5. Ruido de disparo.
5.6. Ruido de Johnson.
5.7. Parámetros de mérito.
5.8. Ganancia.
5.9. Relación señal-ruido.
5.10. Detectividad
6. Dispositivos
de conmutación óptica
6.1. Efectos no lineales en el
frente de absorción de un semiconductor: efecto Moss-Burnstein, efectos de
apantallamiento.
6.2. Biestabilidad óptica.
6.3. Dispositivos de
amplificación y conmutación.
FIBRAS ÓPTICAS: COMPONENTES Y APLICACIONES
Miguel V. Andrés y José L.
Cruz.
1. Introducción.
1.1. Descripción de los tipos de componentes y sus
aplicaciones.
1.2. Teoría de modos acoplados.
2. Acopladores
N´N de fibra óptica.
2.1. Técnicas de fabricación: dispositivos de fibra pulida
y dispositivos de fibra fundida
2.2. Matriz característica: medida de los parámetros
del acoplador.
2.3. Aplicaciones: divisores de potencia,
separadores de longitud de onda, separadores de polarización.
2.4 Interferómetros y líneas de retardo.
3. Dispositivos
acusto-ópticos.
3.1. Modelo teórico.
3.2. Aplicaciones:
conmutación, desplazadores de frecuencia.
4. Redes de
fase grabadas en fibra óptica.
4.1. Modelos teóricos.
4.2. Técnicas de fabricación y tipos de redes.
4.3. Aplicaciones: filtros de longitud de onda,
extracción/inserción de una portadora, sensores, líneas de retardo de
microondas sintonizables
5. Fibras
ópticas activas.
5.1. Tipos de fibra óptica:
amplificación y emisión.
5.2. Amplificadores de fibra
óptica: características y diseño.
5.3. Láseres de fibra óptica.
Bibliografía
- N. Kashima. Passive
optical componentes for optical fiber transmission. Artech House 1995.
- H.A. Haus.
Waves and fields in
optoelectronics. Prentice-Hall 1984.
- Rare
earth doped fiber lasers and amplifiers. Edited by M.J.F. Digonnet. Marcel Dekker 1993.
- R. Kashyap.
Fibre Bragg grating. Academic Press 1999.
HOLOGRAFÍA E INTERFEROMETRÍA
Carlos Ferreira y Pascuala García.
1. Introducción
1.1. El concepto de imagen holográfica.
1.2. El holograma como interferograma irregular
1.3. Registro de
la amplitud y de la fase.
2. El problema
de la reconstrucción del frente de ondas.
2.1. Holograma en
eje.
2.2. Holograma
fuera de eje.
2.3.
Reconstrucción: imágenes ortoscópicas y seudoscópicas.
2.4. Importancia
del ángulo de referencia.
2.5 Localización
y aumentos de las imágenes.
3. Tipos de
hologramas.
3.1. Hologramas
planos y de volumen.
3.2. Hologramas
de amplitud y fase.
3.3.
Clasificación de hologramas según el frente de ondas registrado.
3.4.
Estereogramas holográficos.
3.5 Hologramas
arco iris.
3.6. Hologramas
multiplexados.
4. Hologramas
de volumen.
4.1. Registro de
una red holográfica de volúmen.
4.2. Difracción
por una red de volumen.
4.3. Redes de
tamaño finito.
4.4 Teoría de las
ondas acopladas: estudio de diversas soluciones.
4.5. Hologramas
de múltiples exposiciones: registros coherente e incoherente.
5. Hologramas
generados por ordenador
5.1. El problema
del muestreo.
5.2. El holograma
de desvío de fase.
5.3. Distribución
aleatoria de fase y métodos de difusión de error.
5.4. El Kinoform
y el ROACH.
5.5.
Interferogramas generados por ordenador
5.6. Hologramas
generados por ordenador en ensayos ópticos.
6. Técnicas
especiales
6.1. Holografía
en color.
6.2. Hologramas
de polarización.
6.3. Holografía con
luz incoherente.
6.4. Copia de
hologramas.
7. Interferómetros
de polarización
7.1. Sistemas de
doble refracción con desplazamiento lineal: polariscopios de Savart, Françon,
Steel y Tsuruta.
7.2. Sistemas de
doble refracción con desplazamiento angular: Prismas de Wollanston y Nomarski.
7.3. Principio de
los interferómetros de polarización. Localización y contraste de las franjas.
7.4. Descripción
de los principales interferómetros de polarización
8. Interferencias
y coherencia parcial
8.1. Interferencia
en luz casi monocromática.
8.2. Grado de
coherencia de dos puntos iluminados por una fuente extensa. Casos particulares.
8.3. Método de
Michelson para la medida del diámetro angular de las estrellas.
9. Interferómetro
de intensidad
9.1. El
interferómetro de Hanbury-Brown y Twiss.
9.2. Relación
entre las fluctuaciones de intensidad y el grado de coherencia parcial.
9.3. Relación
entre las señales de los fotomultiplicadores y el grado de coherencia parcial.
10. Estudio
interferencial de frentes de onda
10.1.
Interferómetro de Twyman-Green. Interferómetro de Martin-Watt-Weinstein.
10.2. Método de
Michelson.
10.3. Aplicación
de los interferómetros de polarización al estudio de aberraciones.
10.4.
Interferómetro de Bates.
10.5. Método de
Ronchi.
10.6. Interferómetro
de Burch.
11. Diversas
aplicaciones de las interferencias
11.1. Medida de
espesores y longitudes.
11.2. Método de
los excedentes fraccionarios para medida del orden de interferencia.
11.3. Medida del
índice de refracción.
11.4. Estudio de
planeidad de superficies.
11.5. Estudio de
superficies esféricas. Microscopio interferencial.
12. Interferometría
holográfica
12.1.
Interferometrías de simple y doble exposición.
12.2.
Aplicaciones al estudio de objetos difusores y objetos de fase.
12.3. Localización
de las franjas.
12.4. El
holodiagrama. Aplicaciones al estudio de vibraciones, fotoelasticidad y
determinación de contornos.
12.5. Técnicas
avanzadas.
Bibliografía
- M. Françon. Optical
Interferometry. Ac. Press. 1966
- P. Hariharan. Optical
Holography. Principles, Techniques and Applications. Cambridge University Press. 1996.
- J.W. Goodman. Introduction
to Fourier Optics.
McGraw-Hill. 1996.
- M. Born, E. Wolf. Principles of Optics. Pergamon Press. 1975
LÁSERES
Juan C. Soriano, Fernando
Silva y Juan Martínez.
1. Fundamentos
1.1.
Introducción. Estructura general del láser
1.2. Propiedades
radiativas de gases, líquidos y sólidos
1.3. Estudio
particular de algunos tipos de láseres
1.4. Pulsaciones
láser y competición modal
1.5. Q-switching
(conmutación Q)
1.6. Acoplamiento
activo de modos láser
1.7. Mode locking
pasivo
2. Láseres de
estado sólido
2.1. Introducción: clasificación y generalidades.
Rangos de potencias y longitudes de onda. Presente y futuro de los láseres de
Estado sólido.
2.2. Láseres de cristal: rubí, Nd:YAG.
Funcionamiento CW y pulsado. Excitación con lámpara. Bombeo con diodos láser.
2.3. Láseres sintonizables de colorante.
Funcionamiento CW y pulsado. Bombeo y rangos de sintonización.
2.4. Láser de Ti:zafiro. Funcionamiento CW y pulsado
(mode-locked activo y pasivo).
2.5. Láseres de diodo. Del láser de homo-unión al
láser de doble heteroestructura: ingeniería de materiales. Reducción de
tamaños: confinamiento cúantico de portadores. Cavidades ópticas: emisión
lateral y vertical
3. Caracterización
y propagación de haces láser
3.1. Parámetros
característicos de haces láser
3.2. Manipulación
de haces láser
3.3. Sistemas
experimentales de medida de haces. Normas internacionales
3.4. Aplicaciones
Bibliografía
- W. Koechner.
Solid-State Laser Engineering. Springer 1996.
- Quantum
Well Lasers. Editor: P. S. Zory.
Academic Press 1993.