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Lista de Exercícios #03: disponível até amanhã.
Lista de Exercícios #04: disponível em breve.
Projeto-Exame:
Formato de “turn-in paper”, ou seja, um resumo em formato de artigo científico (título, abstract, introdução, etc..., referências), de ao menos 4 páginas, aprofundando um determinado assunto de seu interesse, que seja fortemente relacionado com o conteúdo da disciplina.
Entrega dos resumos das propostas (máximo 1 página; título e resumo) até 1 fs antes da aula de 19/11.
Próximas aulas:
12/11
palestra convidada na LAOP
não haverá aula em sala
atividade acadêmica complementar
19/11
Miscelânea
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https://en.wikipedia.org/wiki/Zodiacal_light
• RESUMO:
• Interação radiação-matéria II: espalhamentos elásticos einelásticos (não-elásticos), espalhamentos não-lineares(estimulados).
FF-289 – Introdução à FotônicaParte II: Aula 05 – 05 NOV 2018
3http://www.pnas.org/content/108/9/3809.full
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Ópticos
4
Espalhamentos (quase) Elásticos (in out):
Rayleigh (Tyndall);
Mie;
Geométrico (superfícies em geral, etc.);
(Difração) Bragg; e
Thomson.
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos) (in out):
Compton;
Raman; e
Brillouin.
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Elásticos
5
Comparação entre Espalhamentos Rayleigh, Mie e Geométrico:
Rayleigh: partícula
Mie: partícula
Geométrico: partícula (Óptica Geométrica)
https://en.wikipedia.org/wiki/Mie_scattering
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Elásticos
6
Espalhamento Rayleigh:
Partícula
Origem do espalhamento: átomos, moléculas, flutuações das propriedades ópticas de um meio material, etc.
Intensidade espalhada (I) por esferas dielétricas: I0 : intensidade incidente
d : diâmetro das esferas
n : índice de refração
: comprimento de onda
: ângulo do espalhamento
Espalhamento Rayleigh em Fibras Ópticas: Coeficiente de atenuação por espalhamento:
https://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_scattering
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Elásticos
7
Espalhamento Rayleigh:
Responsável pela tonalidade azuladado céu, e avermelhada do nascer/pôrdo sol.
� ∝ ���
�
�� + ��� � �
https://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_scatteringE. Hecht. Optics. Pearson, 5th Ed., 2017.
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Elásticos
8
Espalhamento Rayleigh:
Espalhamento pode apresentar polarização preferencial, dependendo do material e das características da iluminação.
https://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_scattering
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Elásticos
9
Espalhamento Rayleigh:
Efeito Tyndall (Espalhamento Willis-Tyndall) em colóides(partículas dispersas insolúveis)
https://en.wikipedia.org/wiki/Tyndall_effect
Vidro opalescente
Suspensão Coloidal
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Elásticos
10
Espalhamento Mie (Lorenz–Mie–Debye):
partícula
Análise teórica desenvolvida para partículas esféricas
Pouca dependência com o comprimento de onda
Espalhamento mais intenso na direção de propagação
https://en.wikipedia.org/wiki/Mie_scattering
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Elásticos
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Espalhamento Geométrico (Geometria Óptica) :
Ocorre quando: partícula
Exemplos: superfícies e objetos, em geral; etc
Aplica-se, com precisão, os princípios da óptica geométrica
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Elásticos
12
Espalhamento Bragg:
Espalhamento Quase-Elástico.
Resultante da interação de interação de ondas acústicas com a matéria e, indiretamente, com a luz.
Difração/Reflexão/Espalhamento de Bragg.
B.E.A. Saleh, M.C. Teich. Fundamentals of Photonics, 2nd Ed.. Wiley, 2007.
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Elásticos
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Espalhamento Bragg:
Acustoóptica: efeito elastoóptico altera o índice de refração.
B.E.A. Saleh, M.C. Teich. Fundamentals of Photonics, 2nd Ed.. Wiley, 2007.
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Elásticos
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Espalhamento Bragg:
Comprimento de onda do fóton difratado/espalhado é deslocadopelo valor da frequência da onda acústica: r =
Conservação de energia e momento (vetor de onda)
B.E.A. Saleh, M.C. Teich. Fundamentals of Photonics, 2nd Ed.. Wiley, 2007.
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Elásticos
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Espalhamento Thomson:
Espalhamento devido a partículas carregadas eletricamente
Energia do fóton energia-massa da partícula
Aplicação em Física dos Plasmas
https://en.wikipedia.org/wiki/Thomson_scattering
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Coffee Break
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
17https://en.wikipedia.org/wiki/Compton_scattering#Inverse_Compton_scattering
Espalhamento Compton:
Espalhamento devido a partículas carregadas eletricamente
Efeito Compton
Fotón: Raio-X ou Raio-Gama
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
18
Normal modes of vibration progression through acrystal. The amplitude of the motion has beenexaggerated for ease of viewing; in an actual crystal,it is typically much smaller than the lattice spacing.
Espalhamentos Brillouin & Raman: Interação da luz com os modos
vibracionais e rotacionais, quantizados, da matéria. Em especial, com fónons(quase-partículas associadas aos modoscoletivos em sólidos e alguns líquidos)
Brillouin: fónos acústicos
Raman: fónons ópticos (modosvibracionais e rotacionais)
Optical and acoustic vibrations in linear diatomic chain. (https://en.wikipedia.org/wiki/Phonon)
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
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The atoms in a CH2 group, commonly found inorganic compounds, can vibrate in six different ways:symmetric and asymmetric stretching, scissoring,rocking, wagging and twisting.
Espalhamentos Brillouin & Raman:
Modos vibracionais e rotacionais, quantizados, da matéria.
(https://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_vibration)
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
20
Espalhamentos Brillouin & Raman:
Modos vibracionais e rotacionais coletivos em sólidos (cristais)
http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaN/mechanic.html
(https://en.wikipedia.org/wiki/Phonon)
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
21
Espalhamentos Brillouin & Raman:
Modos de estruturas complexas (ZIF 7):
http://www.diamond.ac.uk/Home/Corporate-Literature/Annual-Review/Review2015/Villages/Soft-Condensed-Matter-Village/Good-vibrations-Terahertz-modes-and-lattice-dynamics-in-metal-organic-frameworks.html
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
22B.E.A. Saleh, M.C. Teich. Fundamentals of Photonics, 2nd Ed.. Wiley, 2007.
Espalhamento Brillouin & Raman:
Interações não-ressonantes por meio de estados energéticosvirtuais: faixa espectral ampla.
Desvio Stokes (out in) ou Anti-Stokes (out in)
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
23R. W. Boyd. Nonlinear Optics, 3rd Ed.. Academic Press, 2007.
Espalhamento Brillouin & Raman:
Emissão espontânea tem comportamento óptico linear.
Propriedades físicas diferem significativamente.
Rayleigh-wing não ocorre em materiais dielétricos isotrópicos.
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
24
R. W. Boyd. Nonlinear Optics, 3rd Ed.. Academic Press, 2007.B.E.A. Saleh, M.C. Teich. Fundamentals of Photonics, 2nd Ed.. Wiley, 2007.https://en.wikipedia.org/wiki/Brillouin_scattering
Espalhamento Brillouin:
Espalhamento da luz por fónons acústicos Também pode ser causado por flutuações de: magnons (modos de oscilação
de spins magnéticos), ou polarons (modos de deslocamento de cargas).
Em sólidos, causa variação da frequência óptica de ~10 GHz; para líquidos e gases, a variação é da ordem de 1-10 GHz.
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
25
Espalhamento Brillouin:
Aplicações: Sensores a fibra óptica: temperatura e deformação
Detecção de substâncias
R. W. Boyd. Nonlinear Optics, 3rd Ed.. Academic Press, 2007.B.E.A. Saleh, M.C. Teich. Fundamentals of Photonics, 2nd Ed.. Wiley, 2007.
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
26
Espalhamento Raman:
Espalhamento da luz por fónons ópticos (modos vibracionais e rotacionais).
Causa variação da frequência óptica de ~10 THz
Aplicações: Espectroscopia Raman, para caracterização de materiais (inorgânicos ou
orgânicos).
Detecção de magnons
Sensor de temperatura
Amplificação óptica (emissão estimulada)
B.E.A. Saleh, M.C. Teich. Fundamentals of Photonics, 2nd Ed.. Wiley, 2007.https://en.wikipedia.org/wiki/Raman_scattering
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
27
P. Vandenabeele. Practical Raman spectroscopy: an introduction, Wiley, 2013.B.E.A. Saleh, M.C. Teich. Fundamentals of Photonics, 2nd Ed.. Wiley, 2007.
Espalhamento Raman:
Múltiplas faixas possibilitam caracterizar materiais(espectroscopia Raman)
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Inelásticos (Não-elásticos)
28
Espalhamento Raman:
Frequency shift em cm-1: ( / 2 ) em unidades de cm-1
= c0 ( / 2 )
P. Vandenabeele. Practical Raman spectroscopy: an introduction, Wiley, 2013.
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Não-lineares (Estimulados)
29R. W. Boyd. Nonlinear Optics, 3rd Ed.. Academic Press, 2007.
Espalhamento Estimulado Brillouin:
Electrostriction: compressão do material na presença de campo elétrico, devido separação de cargas (dipolos).
Depende de intensidades mais elevadas do laser
Processo de realimentação crescente entre Laser-fónons e Laser-Stokes
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Não-lineares (Estimulados)
30
R. W. Boyd. Nonlinear Optics, 3rd Ed.. Academic Press, 2007.
Espalhamento Estimulado Brillouin:
Pode limitar a propagação em fibras ópticas, em altas intensidades
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Não-lineares (Estimulados)
31
E. Hecht. Optics. Pearson, 5th Ed., 2017.R. W. Boyd. Nonlinear Optics, 3rd Ed.. Academic Press, 2007.B.E.A. Saleh, M.C. Teich. Fundamentals of Photonics, 2nd Ed.. Wiley, 2007.
Espalhamento Estimulado Brillouin:
Aplicações: Sensores a fibra óptica: temperatura e deformação
Imageamento óptico via método de Conjugação de Fases.
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Não-lineares (Estimulados)
32
R. W. Boyd. Nonlinear Optics, 3rd Ed.. Academic Press, 2007.B.E.A. Saleh, M.C. Teich. Fundamentals of Photonics, 2nd Ed.. Wiley, 2007.
Espalhamento Estimulado Raman:
Amplificação Óptica
Laser Raman
Múltiplas faixas
Efeito óptico não-linear 3a ordem
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Interação radiação-matéria II
Espalhamentos Não-lineares (Estimulados)
33C. Headley and G. P. Agrawal. Raman Amplification in Fiber Optical Communication Systems, Academic Press, 2005.
FINISAR - Raman Amplifier Module
Espalhamento Estimulado Raman:
Amplificação Raman
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Avisos Finais• Próxima Aula (19 NOV 2018):
• Interação radiação-matéria III: interação dos fótons com metais, dielétricos, semicondutores e nanomateriais.
• Introdução a tópicos avançados em Fotônica.
• Aplicações tecnológicas da Fotônica.
• Lista de Exercícios #03: disponível até amanhã.
• Lista de Exercícios #04: disponível em breve.
• Projeto-Exame:
Formato de “turn-in paper”, ou seja, um resumo em formato de artigo científico (título, abstract, introdução, etc..., referências), de ao menos 4 páginas, aprofundando um determinado assunto de seu interesse, que seja fortemente relacionado com o conteúdo da disciplina.
Entrega dos resumos das propostas (máximo 1 página; título e resumo) até 1 fs antes da aula de 19/11. 34