Una introducción a la teoría de la dispersión óptica

Uno de los aspectos fundamentales de la historia de la física es el estudio de la interacción entre la luz y la materia, cuyas manifestaciones más notables son la dispersión cromática y la absorción de luz. Este manual presenta, con diverso grado de detalle e intentando conectarlas entre sí, las teorías clásica y semiclásica, así como la teoría cuántica antigua, además de incluir un último capítulo dedicado específicamente a la historia de la dispersión óptica.

Eugenio Roldán Serrano  es catedrático de Óptica en el Departamento de Óptica y Optometría y Ciencias de la Visión de la Universitat de València. Ha impartido docencia en diversas universidades, como la Universitat Politècnica de Catalunya, la Universitat Politècnica de València o la Universitat Jaume I. Sus líneas de investigación cubren el campo de la óptica cuántica y la óptica no lineal: física del láser y dinámica espacio-temporal de sistemas ópticos, incluyendo investigaciones experimentales en fluctuaciones cuánticas en cavidades no lineales y en el estudio de quantum walks.

Prefacio

Capítulo 1. Teoría clásica del índice de refracción

1.1.  El índice de refracción y las ecuaciones de Maxwell

1.2.  Ecuación de Lorentz

1.3.  Polarizabilidad

Capítulo 2. Índice de refracción en gases

2.1.  Dispersión cromática. Velocidad de la luz

2.1.1.  Velocidad de fase

2.1.2.  Velocidad de grupo

2.1.3.  Velocidad de la señal. Velocidad del frente

2.2. Absorción. Mecanismos de ensanchamiento de línea

2.2.1.  Ensanchamiento homogéneo

2.2.2.  Ensanchamiento inhomogéneo

Capítulo 3. Índice de refracción en dieléctricos

3.1.  Campo local

3.2.  Dependencia del índice con la densidad

3.3.  Índice de refracción en dieléctricos anisótropos

3.4.  Efecto de campos estáticos externos

3.4.1.  Efectos electroópticos

3.4.2.  Efectos magnetoópticos

Capítulo 4. Índice de refracción en metales y plasmas

4.1.  Índice de refracción

4.2. Absorción y reflexión

Capítulo 5. Difusión

5.1.  Generalidades

5.2.  Difusión Rayleigh

5.3.  Difusión Brillouin

Capítulo 6. Óptica No Lineal

6.1.  Medios no centro-simétricos

6.1.1.  Generación de segundo armónico

6.1.2.  Efecto Pockels

6.1.3.  Generación de frecuencias suma y resta. Ajuste de fases

6.2.  Medios centro-simétricos

6.2.1.  Efecto Kerr autoinducido

Capítulo 7. Teoría cuántica antigua de la dispersión y la absorción

7.1.  Teoría de Einstein

7.1.1.  Procesos básicos de interacción

7.1.2.  Ecuaciones de balance

7.1.3.  Equilibrio térmico. Relación entre coeficientes

7.1.4.  Comportamiento fuera del equilibrio

7.2. Amplificación

7.2.1.  Inversión de población

7.2.2.  Propagación de la radiación. Condición necesaria de amplificación

7.3.  Teoría cuántica antigua de la dispersión

Capítulo 8. Teoría semiclásica de la dispersión y la absorción

8.1.  Hamiltoniano dipolar eléctrico

8.2.  Ecuaciones de evolución

8.3.  Observables. Oscilaciones de Rabi

8.4.  Átomo vestido. Triplete de fluorescencia

8.5.  Ecuaciones ópticas de Bloch

8.5.1.  Evolución temporal

8.5.2.  Ecuación de balance

8.6.  Dispersión y absorción semiclásicas

8.6.1.  Polarizabilidad

8.6.2.  Saturación y ensanchamiento por potencia

8.6.3.  Efecto Kerr autoinducido

8.7.  Más allá del átomo de dos niveles

8.7.1.  Transición a un continuo. El efecto fotoeléctrico

8.7.2.  Procesos multifotónicos

Capítulo 9. Conexión entre teorías

9.1.  Ecuación de Lorentz

9.2.  Ecuaciones de Einstein

9.3.  Discusión

9.4.  Capítulo

10. Historia de la dispersión de la luz

10.1.  De Newton al siglo XIX

10.2.  De 1800 a 1870

10.3.  Dispersión anómala, 1870

10.4.  El modelo de la resonancia en la teoría mecánica de la luz

10.5.  El modelo de la resonancia en la teoría electromagnética de la luz

10.6. Teoría cuántica, 1913-1930

10.7. Epílogo

Bibliografía

Bibliografía general

Bibliografía histórica