| Introducción |
| 1 | Oscilaciones |
| | § 1. | Las oscilaciones y su espectro |
| | § 2. | Suma de oscilaciones |
| | § 3. | Oscilaciones amortiguadas |
| | § 4. | Oscilaciones forzadas y resonancia |
| 2 | Ondas |
| | § 1. | Las ondas planas y sus parámetros principales |
| | § 2. | Frente de onda. Ondas esféricas |
| | § 3. | Energía transportada por las ondas electromagnéticas |
| | § 4. | Descomposición espectral de las ondas |
| | § 5. | Espectro electromagnético |
| | § 6. | Resumen |
| 3 | Interferencia |
| | § 1. | Máximos y mínimos de interferencia |
| | § 2. | Noción de coherencia |
| | § 3. | Interferencia de dos ondas planas |
| | § 4. | Interferencia de haces de luz que atraviesan un medio. Camino óptico |
| | § 5. | Noción de interferometría |
| | § 6. | Interferencia en láminas delgadas |
| | § 7. | Tratamiento antirreflectante. Filtros de interferencia y espejos |
| | § 8. | Resumen |
| 4 | Difracción |
| | § 1. | Principio de Huygens--Fresnel |
| | § 2. | Difracción de Fraunhofer en una rendija |
| | § 3. | Red de difracción |
| | § 4. | Noción de holografía |
| | § 5. | Difracción de Fresnel en un orificio redondo |
| | § 6. | Divergencia por difracción |
| | § 7. | Resumen |
| 5 | Óptica geométrica y ondulatoria |
| | § 1. | Noción de rayo |
| | § 2. | Refracción de la luz |
| | § 3. | Placa plano--paralela. Prisma |
| | § 4. | Lente |
| | § 5. | Fórmula de la lente |
| | § 6. | Concentración de la radiación. Foco y distancia focal |
| | § 7. | Zona de concentración de la radiación |
| | § 8. | Resumen |
| 6 | Polarización de la luz |
| | § 1. | Orientación de los vectores de intensidad eléctrica y de inducción magnética de una onda electromagnética |
| | § 2. | Polarización plana de la luz. Ley de Malus |
| | § 3. | Luz parcialmente polarizada. Grado de polarización |
| | § 4. | Birrefringencia |
| | § 5. | Efecto Kerr |
| | § 6. | Lámina cuarto de onda. Luz con polarización circular |
| | § 7. | Rotación del plano de polarización |
| | § 8. | Efecto Faraday |
| | § 9. | Resumen |
| 7 | Las ondas electromagnéticas y el medio |
| | § 1. | Ley de Bouguer |
| | § 2. | Dispersión del coeficiente de absorción y del índice de refracción |
| | § 3. | Reflexión de la luz en la superficie de dieléctricos transparentes |
| | § 4. | Reflexión interna total. Fibra óptica |
| | § 5. | Reflexión de la luz en medios altamente absorbentes (reflexión en metales) |
| | § 6. | Reflexión difusa |
| | § 7. | Concepto de color |
| | § 8. | Resumen |
| 8 | Radiación térmica |
| | § 1. | Poder emisivo y factor de absorción. Cuerpo negro |
| | § 2. | Radiación en equilibrio |
| | § 3. | Ley de Kirchhoff |
| | § 4. | Ley de desplazamiento de Wien. Ley de Stefan--Boltzmann |
| | § 5. | Ley de Planck |
| | § 6. | Resumen |
| 9 | Efecto fotoeléctrico y naturaleza cuántica de la luz |
| | § 1. | Leyes del efecto fotoeléctrico |
| | § 2. | Ecuación fotoeléctrica de Einstein |
| | § 3. | Energía e impulso de un fotón |
| | § 4. | Fotones y ondas electromagnéticas |
| Índice de materias |
La óptica se puede definir como la ciencia que estudia la propagación de la
luz y su interacción con el medio. Se ha establecido que la luz es una
manifestación de una de las interacciones fundamentales: la electromagnética.
A mediados del siglo XVII se consideraba que las leyes de la óptica
geométrica describían completamente la propagación de la luz. Estas leyes se
pueden formular brevemente de la forma siguiente:
1. En un medio homogéneo la luz se propaga siguiendo una línea recta. La línea por la
cual se propaga la luz se denomina
rayo. Se utiliza también el término
rayo de luz para denominar un
haz de luz estrecho.
2. Dos rayos de luz que se cortan no se perturban uno a
otro, es decir, los rayos de luz se propagan independientemente.
3. Al pasar de un medio a otro, los rayos se
refractan. La relación entre el ángulo de refracción
phirefr y el ángulo de incidencia phiinc se llama ley de Snell:
n1 sen phiinc=n2 sen phirefr.
La magnitud n se denomina índice de refracción.
4. Al reflejarse la luz en un espejo, la magnitud del ángulo de
incidencia es igual a la del ángulo de reflexión,
es decir,
phiinc=phirefl.
Los rayos reflejado y refractado se encuentran en el plano de
incidencia, que es el plano
que contiene al rayo incidente y a la normal a la superficie.
Las leyes de la óptica geométrica permiten calcular casi todos los parámetros
(a excepción del poder de resolución) de instrumentos ópticos
tan complejos como los microscopios, telescopios, etcétera.
Sin embargo, a finales del siglo XVII se hizo evidente que las leyes de la
óptica geométrica eran incapaces de explicar algunos fenómenos descubiertos en
aquel tiempo, sobre todo, la birrefringencia y la difracción. Estos
fenómenos fueron comprendidos cuando se supuso que la luz era una onda. La
representación de la luz como una onda resultó ser muy fructífera, puesto
que permitió explicar una enorme cantidad de hechos experimentales y
pronosticar otros nuevos. Además, se llegó a la conclusión de que la óptica
geométrica es un caso límite de la óptica ondulatoria. En la segunda mitad
del siglo XIX ya estaba claro que la luz es una de las manifestaciones del
electromagnetismo.
Posteriormente se descubrió que algunos fenómenos ópticos están en
contradicción con el modelo ondulatorio de la luz. La explicación total de
todos los fenómenos ópticos es lograda en el marco de la electrodinámica
cuántica, una de las ramas más recientes de la física. La
electrodinámica cuántica es una ciencia bastante compleja y, por
tal razón, en el presente libro los modelos cuánticos
de la luz se consideran muy brevemente, al nivel más simple.
Los procesos ondulatorios son muy parecidos a las oscilaciones, así que antes
de estudiar la óptica ondulatoria es necesario recordar las leyes
fundamentales de los procesos oscilatorios.
Andréi Vadímovich Shepeliov
Terminó la facultad de física
de la Universidad Estatal
M. V. Lomonósov de Moscú
en 1974. En el año 1980 defendió
la tesis doctoral en ciencias físico-matemáticas “Efectos ópticos
no lineales en la frontera de separación de los medios”.
Hasta el año 1987 trabajó
en la facultad de física de la Universidad Estatal de Moscú,
y desde ese mismo año trabaja
en la Academia de Ciencias
de la Federación Rusa.
En 1991 defendió la tesis
“Métodos y medios de control
y registro de la radiación óptica basados en los efectos del calentamiento en no equilibrio
y de la dispersión de la luz”, obteniendo así el título de Doctor
en Ciencias. En 1997
A. V. Shepeliov recibe el alto
grado académico de profesor.
