Propriedades eletricas_opticas1_v7 (1)

Prévia do material em texto

1
Propriedades ópticas
Dario. A. Bahamon
Email: dario.bahamon@mackenzie.br
mailto:dario.bahamon@mackenzie.br
2
Ondas
• A luz se propaga por ondas eletromagnéticas.
• Uma onda viajante é uma perturbação que se propaga no espaço e no tempo.
3
Espectro eletromagnético
4
Espectro eletromagnético
https://evantoh23.wordpress.com/2016/09/21/electromagnetic-spectrum-updated/
5
Classificação de processos ópticos
Refração: a redução da velocidade da luz no matéria leva à 
curvatura dos raios de luz nas interfaces (lei de refração de 
Snell). A refração, por si só, não afeta a intensidade da onda de 
luz à medida que ela se propaga.
Mark Foxx Optical properties of solids
6
Classificação de processos ópticos
Absorção ocorre durante a propagação se a frequência da luz for 
ressonante com as frequências de transição dos átomos no 
meio. Neste caso, o feixe será atenuado à medida que progride. 
A transmissão do meio está claramente relacionada à absorção, 
pois somente a luz não absorvida será transmitida. A absorção 
seletiva é responsável pela coloração de muitos materiais 
ópticos. 
http://sc4science.weebly.com/4p4a4-reflection-refraction--absorption.html
https://socratic.org/questions/how-does-the-visible-light-spectrum-relate-to-photosynthesis
http://sc4science.weebly.com/4p4a4-reflection-refraction--absorption.html
https://socratic.org/questions/how-does-the-visible-light-spectrum-relate-to-photosynthesis
7
Classificação de processos ópticos
Luminescência é o nome geral dado ao processo 
de emissão espontânea de luz por átomos 
excitados em um material. Uma das maneiras 
pelas quais os átomos podem ser promovidos a 
estados excitados antes da emissão espontânea 
é pela absorção de luz.
Espalhamento é o fenômeno em que a luz muda 
de direção e possivelmente também de sua 
frequência após interagir com o meio. 
Espalhamento Rayleigh ocorre principalmente 
através da interação da luz solar com moléculas 
de ar localizadas aleatoriamente. É esta luz 
dispersa que dá ao céu circundante o seu brilho 
e a sua cor. 
8
Ondas eletromagnéticas
• A equação das ondas EM se obtém a partir das equações de Maxwell.
• No vácuo: 
• Comparando com a equação geral de uma onda.
• Substituindo a equação 
 encontramos que: 
9
Ondas eletromagnéticas
• A equação para uma onda que se propaga em um meio com susceptibilidade ε, 
permeabilidade μ e condutividade σ. Mas sem carga livre.
• Substituindo a equação 
 encontramos que: 
• Com σ = 0
• Definindo o índice refração
10
Ondas eletromagnéticas
• Para meios com condutividade finita (perdas) podemos redefinir:
• Podemos então generalizar o índice de refração como:
• Para entender o efeito do índice de refração complexo 
11
Ondas eletromagnéticas
• A parte imaginaria do índice de refração produz um decaimento exponencial na 
amplitude do campo. Por isso é conhecido como coeficiente de extinção 
(amortecimento). 
12
Ondas eletromagnéticas
• A intensidade da luz (I) é definida como a energia carregada pela onda por unidade de 
área, por unidade de tempo (W/m2).
• Outros parâmetros para quantificar a taxa de decaimento.
Coeficiente de absorção 
Comprimento característico 
de penetração 
13
Ondas eletromagnéticas
δ
e-1
14
Dispersão 
• Dispersão é o fenômeno no qual a velocidade de fase de uma onda depende de sua 
frequência.
• Um efeito da dispersão é que a luz branca (composta por todas as cores do espectro 
visível) pode ser refratada em um arco-íris de cores.
https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/rainbow/
Optical Materials. Joseph Simmons Kelly Potter
15
Reflexão e transmissão 
• Uma onda que incide na superfície de um material gera uma onda refletiva e outra 
refratada (transmitida).
• Os ângulos incidência, reflexão e transmissão estão relacionados pela óptica 
geométrica. 
• Os coeficientes de reflexão e transmissão relacionam as intensidades dos feixes 
incidentes, refletidos e transmitidos. 
Materiais e Dispositivos Eletrônicos. Sergio Rezende 
16
Reflexão e transmissão 
• Uma onda eletromagnética com λ = 500 nm incide na superfície plana de uma amostra 
de CdTe intrínseco. Sabendo que neste comprimento de onda o índice de refração 
complexo é 3.00769 +i0.38235 Calcule: 
(a) Velocidade de fase. 
(b) Coeficiente de absorção .
(c) Refletividade.
(d) Transmissão para uma placa de CdTE de espessura 0.1μm. 
17
Reflexão e transmissão 
• Uma onda eletromagnética com λ = 500 nm incide na superfície plana de uma amostra 
de CdTe intrínseco. Sabendo que neste comprimento de onda ε = 8.9 + i2.3. Calcule: 
(c) Refletividade.
18
Reflexão e transmissão 
• Uma onda eletromagnética com λ = 500 nm incide na superfície plana de uma amostra 
de CdTe intrínseco. Sabendo que neste comprimento de onda ε = 8.9 + i2.3. Calcule: 
(d) Transmissão para uma placa de CdTE de espessura 0.1μm. 
I(x) = I(0)e-ax
19
Exercícios
1. A refletividade do silício em 633 nm é de 35% e o coeficiente de absorção é de 3,8 x 105 
m-I. Calcule a transmissão de uma amostra com espessura de 10 μm.
2. O índice de refração complexo do germânio em 400 nm é n = 4,141 + i2,215. Neste 
comprimento de onda calcule: (a) a velocidade de fase da luz, (b) o coeficiente de 
absorção e (c) a refletividade.
3. O índice de refração da sílica é 1,45248 a 850 nm e 1,44427 a 1500 nm. Calcule a 
diferença de tempo para pulsos curtos de luz em 850 nm e 1500 nm para se propagar 
por uma fibra óptica de sílica com comprimento de 1 km.
4. Os detectores usados em redes de fibra óptica operando em 850 nm são geralmente 
feitos de silício, que possui um coeficiente de absorção de 1,3x105 m-1 neste 
comprimento de onda. Os detectores têm revestimentos na superfície frontal que 
tornam a refletividade insignificantemente pequena. Calcule a espessura da região ativa 
de um fotodiodo projetado para absorver 90% da luz.
20
Referências.
D., CALLISTER Jr., W. Ciência e Engenharia de Materiais - Uma Introdução. Grupo GEN, 
2020. [Minha Biblioteca].
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6
	Slide 7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20