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Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Absorção da luz varia massivamente. Visível Profundidade de penetração em água comprimento de onda 1 km1 m1.

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1 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Absorção da luz varia massivamente. Visível Profundidade de penetração em água comprimento de onda 1 km1 m1 mm1 µm1 nm Ultra-Violeta Raio-X Rádio Microondas Infra-Vermelho 1 mm 1 km 1 µm 1 m 10 ordens de magnitude!

2 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Light is, in short, the most refined form of matter. Louis de Broglie

3 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Introdução à Fotônica Óptica Origem Propagação Detecção QED Ópt Quântica Ópt Física Ópt Geom

4 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Introdução à Fotônica

5 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Introdução à Fotônica

6 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Introdução à Fotônica

7 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Introdução à Fotônica

8 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Introdução à Fotônica Óptica Geométrica Fermatreversibilidade ex: reflexão interna total

9 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz What happens when light passes through two slits? The idea is central to many laser techniques, such as holography, ultrafast photography, and acousto-optic modulators. Tests of quantum mechanics also use it. Light pattern that emerges fringes Youngs Two-Slit Experiment

10 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Diffraction Light bends around corners. This is called diffraction. The diffraction pattern far away is the Fourier transform of the slit transmission vs. position. Light patterns after passing through rectangular slit(s): One slit: Two slits:

11 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Equações da óptica física: as equações de Maxwell campo el é trico, campo magn é tico, densidade de carga, permitividade, permeabilidade.

12 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Light is not only a wave, but also a particle. Photographs taken in dimmer light look grainier. Very very dimVery dimDim BrightVery brightVery very bright When we detect very weak light, we find that it is made up of particles. We call them photons. Campo EM ou matéria quantizada?

13 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz O The Laser Um laser é um meio que armazena energia, cercado por uma cavidade refletora. Fótons entrando neste meio promovem emissão estimulada. Desta forma, a irradiação saindo do medium excede a que entra. Uma saída parcialmente refletora deixa sair uma fração da luz. O the laser leisa se o feixe é amplificado durante um ciclo: isto é, se I 3 > I 0.

14 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Propriedades dos fótons c vácuo = ·10 8 ms -1 [Hz] = [s -1 ] 2 [rad s -1 ] c [m] kek k = 2 e, | k |, [m] [cm -1 ] velocidadefreqüência freqüência angular comprimento de onda vetor de onda número de onda quantização dos campos EM quantização dos campos EM

15 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Photons The energy of a single photon is: h or = ( h /2 ) where h is Planck's constant, x Joule-sec. One photon of visible light contains about Joules, not much!. is the "photon flux," or the number of photons/sec in a beam. = P / h where P is the beam power.

16 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Propriedades dos fótons E = h h = · Js E = hc·v, hc = eV·nm pkp p = h k, |p| = h = E 2 c j = e j = ± h e 2 p m fóton |p| = hv c c 2 entre fótons cm 2 fluxo > cm -2 s -1 energia momento linear momento angular massafaseinteração

17 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Fótons possuem momenta Se um átomo emite um fóton, ele recolhe no sentido oposto. Se átomos são excitados, e posteriormente emitem luz, o feixe atômico excitado expande muito mais que átomos não excitados, ou que ainda não emitiram. átomos energia de excitação fótons emitidos

18 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz utut Propriedades dos fótons posição e momentum posição e ângulo energia e tempo freqüência e tempo pRíNcíPio dE InceRTeZa PaRa FÓtonS pRíNcíPio dE InceRTeZa PaRa FÓtonS pxxpxx w u F{u}

19 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Fourier decomposing functions plays a big role in optics. Here, we write a square wave as a sum of sine waves of different frequency.

20 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz The Fourier transform is perhaps the most important equation in science. It converts a function of time to one of frequency: and converting back uses almost the same formula:

21 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Photons--Radiation Pressure Photons have no mass and always travel at the speed of light. The momentum of a single photon is: h/, or Radiation pressure = Energy Density (Force/Area = Energy/Volume) When radiation pressure cannot be neglected: Comet tails (other forces are small) Viking space craft (would've missed Mars by 15,000 km) Stellar interiors (resists gravity) PetaWatt laser (10 15 Watts!)

22 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz |E| Propriedades dos fótons iNceRtEza de Número de fótons e Fase: resultando na relação: No campo macroscópico: Pr o pried ade s Estat ísti cas de Campos de Fó tons Pr o pried ade s Estat ísti cas de Campos de Fó tons |E| |E| |E|

23 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Pr o pried ade s Estat ísti cas de Campos de Fó tons Feixes elementares: limitados por difração e largura de banda w c t

24 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Pr o pried ade s Estat ísti cas de Campos de Fó tons radiação de corpo negro ditribuição / dtlargura luz térmica luz laser t t

25 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Counting photons tells us a lot about the light source. Random (incoherent) light sources, such as stars and light bulbs, emit photons with random arrival times and a Bose-Einstein distribution. Laser (coherent) light sources, on the other hand, have a more uniform distribution: Poisson.

26 Fotônica2. Propriedades e Descrição da Luz Photons "What is known of [photons] comes from observing the results of their being created or annihilated." Eugene Hecht What is known of nearly everything comes from observing the results of photons being created or annihilated.


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