- O documento discute a história da óptica, desde os antigos gregos até as teorias de Newton e Huygens e o desenvolvimento do eletromagnetismo e da compreensão da luz como onda eletromagnética. Também aborda a dualidade onda-partícula da luz e a descoberta do fóton, além de vórtices ópticos em lasers e processos não lineares em óptica.

1. Torcendo a Luz
Antonio Zelaquett Khoury
Instituto de Física
Universidade Federal Fluminense

2. Sumário
• A história da visão
• Newton x Huygens• Newton x Huygens
• O Eletromagnetismo e a Luz
• O fóton
• Vórtices

3. A história da visão

4. OsOs antigosantigos e ae a visãovisão
Platão (427 a 347 AC)
Aristóteles (384 a 322 AC)
Mozi (470 a 391 AC)
“Raios” emitidos pelo
OBSERVADOR
“Raios” emitidos pelo
OBJETO

5. AlhazenAlhazen
Ibn al-Haytham ou Alhazen (965 a 1040)
Método científico - Ótica geométrica

6. Newton x Huygens

7. Isaac Newton (1643Isaac Newton (1643--1727)1727)
Teoria corpuscular
Refração – mudança de velocidade das partículas
Cores – corpúsculos com diferentes energias

8. ChristiaanChristiaan Huygens (1629Huygens (1629--1695)1695)
Teoria ondulatória
Dupla refração – ondas – polarização

9. Thomas Young (1773Thomas Young (1773--1829)1829)
O experimento de Young
Interferência – ONDAS

10. O Eletromagnetismo e a Luz

11. ForçasForças elétricaselétricas ee magnéticasmagnéticas
Forças elétricas Forças magnéticas
Interação à distância

12. CamposCampos eletromagnéticoseletromagnéticos
Campo elétrico Campo magnético
Linhas de campo: Alteração do espaço
Michael Faraday (1791-1867)

13. OndasOndas eletromagnéticaseletromagnéticas
Leis do Eletromagnetismo
James Clerk Maxwell (1791-1867)
EQUAÇÃO DE ONDA
LUZ ??

14. O Fóton

15. OndasOndas eletromagnéticaseletromagnéticas
Ondas em pacotes de energia
Max Planck (1791-1867)
FÓTON: E=hν
Onda ou corpúsculo ??
Dualidade onda-partícula

16. ModosModos normaisnormais dede umauma ondaonda
Cordas Membranas
Vibração geral – superposição de modos
Energia de cada modo: E=nhν

17. Vórtices ópticos

18. OndasOndas propagantespropagantes
Frentes de onda: pontos do espaço
oscilação “em fase” (síncrona)
Ondas planas Ondas esféricas Vórtices

19. FluxoFluxo dede energiaenergia
Fluxo de energia perpendicular às frentes de onda
Vórtices

20. VórticesVórtices emem laserslasers
HermiteHermite--Gauss (HG)Gauss (HG) LaguerreLaguerre--Gauss (LG)Gauss (LG)

21. Fase e intensidade dos modos LGFase e intensidade dos modos LG
Intensidade
2
ψ
l=1 p=0 l=2 p=0l=1 p=0 l=2 p=0
Interferencia com
ondas planas
2
1+ψ
Fase

22. Padrões de interferênciaPadrões de interferência

23. Produção de modos com momento angular orbitalProdução de modos com momento angular orbital
N.R. Heckenberg, R. McDuff, C. P. Smith,
and A. G. White,
Opt. Lett. 17, 221 (1992)
Métodos holográficos
l = -1 l = 0
Lente
confocal
l = 1
l = 0

24. Holographic production of HermiteHolographic production of Hermite--GaussGauss
Holograma

25. SuperposiçãoSuperposição dede modosmodos
(
2
1
)+=
i+= (
2
1
)
Cylindrical lenses at
45o
Conversor de modos

26. Conversão por astigmatismo:
Lentes
cilíndricas
Conversão de modos LGConversão de modos LG--HGHG
(
2
1
)+ i+(
2
1
)

27. SpinSpin--Orbit CNOT gateOrbit CNOT gate
C. E. R. Souza and A.Z. Khoury, Opt. Express 18, 9207
(2010).
Single lens mode
transformer
CNOT gate

28. ω 2ω
ω Geração de
Segundo
harmônico
Processos ópticos não linearesProcessos ópticos não lineares
NL
Conversão
paramétrica
descendente
NL
ω2
k2
idler
pump
ωpkp
signal
ω1
k1

29. Transfer of OAM in an OPOTransfer of OAM in an OPO
B. Coutinho dos Santos, A. Z. Khoury, and J. A. O.Huguenin;
Opt. Lett. 33, 2803 (2008).

30. Muito obrigado!!