ÓPTICA AVANZADA Programa de Doctorado Mención de Calidad 2005-2006 * B.O.E. 167 de 14 de julio de 2005

1. Más información ÓPTICA AVANZADA Programa de Doctorado Mención de Calidad 2005-2006* B.O.E. 167 de 14 de julio de 2005 Departamento de Óptica Facultad de Ciencias Físicas Preinscripción y matriculación: Septiembre 2005 Secretaría de alumnos de la Facultad de Ciencias Físicas Teléfono: 91 3944641 * En convocatorias anteriores de becas de F.P.U. la inscripción o matriculación en cursos de doctorado con Mención de Calidad suponía hasta 1 punto en los criterios de evaluación y selección de los candidatos.

2. Más información Más información Cursos y profesorado Asignaturas y trabajos de investigación Profesorado Contactar con los profesores para consultar detalles de asignaturas y posibles ofertas de tesis doctoral VOLVER

3. Formación teórica y experimental Asignaturas (4 créditos/asignatura)  Computación óptica Dinámica de sistemas abiertos: el láser Elementos de óptica no lineal Haces láser Métodos ópticos de medida Microóptica, óptica integrada y óptica difractiva Nanoóptica Óptica cuántica Trabajos de investigación (12 créditos) Computación óptica: procesado de señales, óptica guiada y holografía Haces láser Metrología óptica y sistemas de inspección y control Óptica cuántica y no lineal VOLVER

4. Computación Óptica • Número de créditos: 4 • Profesores: Tatiana Alieva, Mª Luisa Calvo Padilla. • Objetivos: • Durante las últimas décadas la óptica ha tenido un papel preponderante en las tecnologías para computación, en particular en el almacenamiento óptico de la información (CD-ROM), en comunicaciones ópticas (fibras ópticas) y en el procesado óptico (y optoeletrónico) de la información. • El curso de doctorado sobre Computación Óptica tiene como objetivo la puesta a punto y formación de alumnos de tercer ciclo en temas avanzados de teoría de señales aplicada a procesos ópticos de la información, almacenamiento óptico de datos y comunicaciones ópticas. • La primera parte del curso pretende ser de carácter básico, con una puesta a punto de la teoría escalar rigurosa de la difracción como parte introductoria de homogenización de conocimientos. Se introduce al alumno en la caracterización y propiedades de transformadas ópticas lineales: Fresnel, Hilbert, Hartley, y posteriormente una generalización con la distribución de Wigner. Esta primera parte es base fundamental para el estudio de otros aspectos de gran actualidad como transformaciones fraccionarias, cíclicas y la conexión de la transformada de Fourier fraccionaria con otras operaciones particulares como la transformada wavelet, la óptica de fractales y redes neuronales. Esta teoría de señales ópticas tiene actualmente unas aplicaciones de gran importancia en el desarrollo de técnicas ópticas e híbridas (óptico-digital) para tratamiento de imágenes y análisis de estructuras. • La segunda parte pretende formar al alumno en el tema de almacenamiento óptico de la información. El enfoque va dirigido a métodos holograficos para almacenamiento de datos. Después de una introducción a los principios de la holografía se pretende dar al alumno el resumen de nuevos materiales y técnicas para almacenamiento óptico de datos. • La tercera parte esta relacionada con comunicaciones ópticas. Empezando con la teoría de la propagación del haz en fibras ópticas se pretende formar al alumno en un tema avanzada de comunicaciones ópticas: guías de onda, redes de Bragg, amplificadores y conectores ópticos. • Programa: • Caracterización de señales espacio-temporales. Transformada de Hilbert. • Teoría de la difracción escalar. Representación del espectro angular. Transformada de Fresnel generalizada. Representación integral canónica. • Procesadores ópticas de la información. Correladores de Van der Lught, correlador conjunto. • Filtrado óptico. Sistemas ópticos de reconocimiento de caracteres. • Nuevos enfoques en el procesado óptico. Transformada wavelet. Transformada de Gabor. Transformadas Fraccionarias cíclicas: Fourier, Hartley. • Distribución de Wigner. Tomografía de fase y espacio. Recuperación de fase por métodos no interferométricos. Caracterización de haces. • Óptica de fractales. Definición. Aplicaciones a sistemas ópticos. • Redes neuronales. Fundamentos y aplicaciones. • Perspectivas del procesado óptico. • Diferentes técnicas de holografía. Hologramas de volumen. • Almacenamiento y recuperación de la información. Diferentes métodos de multiplexado. • Materiales para memorias holograficas. • Propagación de luz en fibras ópticas. Guías de onda. Redes de Bragg. • Bibliografía: • En español: • M. L. Calvo (coord.), Óptica Avanzada, Ed. Ariel, Barcelona (2002). • M. L. Calvo, T. Alieva, J. A. Rodrigo, D. Rodríguez, T. Aliev, Laboratorio virtual de Óptica: Guía práctica, Ed. Delta publicaciones, Madrid (2004) • M. L. Calvo, "Guías de Onda ópticas", Anales de Física 78 B, pp.93-120 (1982) • En inglés: • L. Mandel and E. Wolf, Optical Coherence and Quantum Optics, Cambridge Univ. Press, Cambridge (1995). • A. VanderLugt, Optical Signal Processing, Ed. John Wiley and Sons, New York, (1992). • A.W. Lohman, D. Mendlovic, Z. Zalevsky, "Fractional Transformations in Optics", Progress in Optics (Ed. E. Wolf), Vol. XXXVIII, Ed. Elsevier, (1998). • M. Bastiaans, “Applications of the Wigner distribution function in optics”, in: The Wigner distribution: Theory and Applications in Signal Processing, Eds. W. Mecklenbraüker et al., Elsevier Science, Amsterdam, p.375 (1997). • T. Alieva, M. J. Bastiaans, and M. L. Calvo, “Fractional cyclic transforms in optics – theory and applications”, Recent Research Developments in Optics 1, Research Signpost, India, pp.105-122 (2001). • J. Uozumi, T. Asakura, in Current Trends in Optics, Ed. J. C. Dainty, Academic Press, Cambridge, pp. 83-94 (1994). • H. J. Caulfield, J. Kinser, S. K. Rogers, “Optical neural networks,” IEEE Proc. 77, pp.1573-1583 (1989). • P. Hariharan, Optical Holography, Cambridge University Press (1996). • A. W. Snyder, J. D. Love, Optical Waveguides Theory, Chapman and Hall, London 1983. VOLVER

5. Dinámica de Sistema Abiertos: el Láser Número de créditos: 4 Profesores: José Manuel Guerra Pérez, Luis Lorenzo Sánchez Soto. Objetivos: Se trata de introducir al alumno al moderno campo de la investigación de istemas abiertos en el que son especialistas conocidos los dos profesores que imparten la asignatura. En particular se centrará una parte importante de la asignatura en los estudios de las dinámicas en el láser como paradigma de sistema abierto, al objeto de que el alumno pueda centrar los aspectos teóricos en sistemas reales cuyo comportamiento tiene una gran trascendencia en la ciencia y en la técnica. Programa: 1.- Generalidades sobre procesos estocásticos. 2.- Dinámica de sistemas abiertos: teoría microscópica 3.- Operaciones cuánticas y medidas continuas. 4.- Dinámicas no markovianas. 5.- Ecuaciones de Maxwell –Bloch. La aproximación de las ecuaciones de balance. 6.- Dinámicas no caóticas 7.- Dinámicas caóticas Bibliografía: 1. H. P. Breuer and F. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems (Oxford Uiversity Press, Oxford, 2002). 2. H. Carmichael, An Open Systems Approach to Quantum Optics, (Springer-Verlag, Berlin, 1993). 3. C. W. Gardiner and P. Zoller, Quantum Noise (Springer-Verlag, Berlin, 2000). 4. K. Kraus, States, Effects, and Operations (Springer-Verlag, Berlin, 1983). 5. H. Haken, Laser theory (Springer-Verlag, Berlín, 1983). 6. G. Infeld and G. Rowlands, Non wear wawes, solitons and chaos (Cambridge University Press, New York, 1990) 7. H. Haken, Light. Vol 2 (North-Holland, Amsterdam 1985). VOLVER

6. Elementos de Óptica No Lineal Número de créditos: 4 Profesores: Miguel Antón Revilla, Rosa María Weigand Talavera. Objetivos: Se pretende proporcionar al alumno una visión general del extenso campo de la óptica no lineal (ONL) sentando unas bases sólidas sobre la fenomenología básica de dicho campo y tratando algún fenómeno objeto de la investigación actual. La formulación matemática que se le enseña es clásica y semiclásica, para dotarle de herramientas fundamentales para sus labores investigadoras posteriores. Programa: 1. Revisión e introducción. Medios anisótropos Propagación de luz (ecuaciones de propagación y haces gaussianos) Polarización lineal y no lineal Absorción y emisión de radiación 2. Efectos cuadráticos y cúbicos ONL en cristales anisótropos Generación de segundo armónico Suma y diferencia de frecuencias Osciladores paramétricos (OPO) y aplicaciones (generación de estados de squeezing) 4-w mixing y conjugación de fase (no degenerado y degenerado) ONL en medios homogéneos e isótropos Automodulación de fase (SPM) Efecto Kerr Óptico Scattering Raman estimulado Absorción a 2 o más fotones Absorbentes saturables Biestabilidad optica 3. Óptica no lineal e interferencia cuántica Interacción con átomos de tres niveles. Procesos de interferencia cuántica. Transparencia inducida electromagnéticamente (EIT). Procesos no lineales sin absorción mediante EIT. Bibliografía: 1. R. W. Boyd, Nonlinear Optics, Academic Press, New York 1992 2. N. Butcher and D. Cotter, The Elements of Nonlinear Optics, Cambridge University Press, New York 1990 3. Y. R. Shen The Principles of Nonlinear Optics, Wiley, New York, 1984 4. M. Schubert and B. Wilhelmi, Nonlinear Optics and Quantum Electronics, Wiley, New York, 1986 5. Guang S. He and Song H. Liu, Physics of Nonlinear Optics, World Scientific, New York, 1999 VOLVER

7. Haces Láser • Número de créditos: 4 • Profesores: Rosario Martínez-Herrero, Pedro Mejías Arias, Gemma Piquero Sanz, Julio Serna Galán. • Objetivos: • Estudiar la estructura espacial de los haces luminosos (especialmente de los haces láser), examinando entre otros aspectos su evolución y su control mediante sistemas ópticos apropiados. Desde un planteamiento tanto analítico como experimental se abordan aspectos relativos al perfil de irradiancia, anchura transversal, divergencia, calidad, curtosis, polarización y momento angular transportado por el haz. • Programa: • Caracterización espacial de haces láser propagándose en sistemas ópticos de primer orden • Parametrización de haces láser y su conformado mediante sistemas ópticos no de primer orden • Caracterización espacio-temporal de haces pulsados • Aspectos relativos a la polarización • Determinación experimental de los parámetros que describen la estructura espacial del haz • Bibliografía: • A. E. Siegman, Lasers. University Science Books, Mill Valley (1986). • J. Serna, R. Martínez-Herrero y P. M. Mejías, “Parametric characterization of general partially coherent beams propagating through ABCD optical systems”. J. Opt. Soc. Am. A, 8, 1094–1098 (1991). • H. Weber (editor), Laser beam quality. Optical and Quantum Electronics 24 (2004). Número monográfico. • P. M. Mejías, H. Weber, R. Martínez-Herrero y A. González-Ureña (editores), Laser beam characterization. SEDO (1993). • F. Encinas-Sanz, J. Serna, R. Martínez-Herrero y P. M. Mejías, “Time-resolved parametric characterization of the spatial structure of laser pulses”. Advances in Laser and Optics Research, vol. II, William T. Arkin, ed. Nova Science Publishers 135–168 (2002). • P. M. Mejías, R. Martínez-Herrero, G. Piquero y J. M. Movilla, “Parametric characterization of the spatial structure of non-uniformly polarized laser beams”. Prog. Quantum Electron. 26, 65–130 (2002). VOLVER

8. Métodos Ópticos de Medida • Número de créditos: 4 • Profesores: José Antonio Gómez Pedrero, Agustín González Cano, Juan Antonio Quiroga Mellado. • Objetivos: • Las técnicas ópticas se han venido utilizando profusamente en los últimos años para la inspección y control de procesos industriales, así como para la realización de medidas de precisión en el laboratorio. Se pretende como objetivo fundamental en el curso familiarizar al alumno con las principales técnicas existentes, incidiendo especialmente en aquellos aspectos más novedosos y avanzados. • Específicamente, se describen los principios físicos de cada técnica y se presentan las aplicaciones más relevantes en cada caso. Así mismo, se proporcionan al alumno los recursos precisos para que desarrolle esos conocimientos con más detalle. • Programa: • Introducción general • Métodos interferométricos de medida • Fundamentos del fenómeno de interferencia • Coherencia temporal y espacial. Condiciones de interferencia • Clasificación de los dispositivos interferométricos • Dispositivos y técnicas experimentales • Métodos moiré • Modelo geométrico del efecto Moiré • Modelo ondulatorio del efecto Moiré • Técnicas experimentales de Shadow-Moiré • Técnicas experimentales de deflectometría Moiré • Técnicas experimentales de proyección de franjas • Fotoelasticidad digital • Introducción al fenómeno fotoelástico • Métodos de análisis de patrones fotoelásticos • Separación de tensiones principales • Tendencias futuras • Sensores de fibra óptica • Fundamentos básicos • Principios y técnicas de medida • Redes de Bragg en fibras • Dispositivos de campo evanescente • Procesado digital de patrones de franjas • Fundamentos • Técnicas de preprocesado de patrones de franjas • Algoritmos de demodulación de patrones de franjas • Algoritmos de casamiento de fase • Bibliografía: • K.J. Gasvik, Optical metrology, 3ª ed., J. Wiley and Sons, Chichester, Reino Unido, 2002 • G. Cloud, Optical methods of engineering analysis, Cambridge University Press, Cambrige, Reino Unido, 1998 • K. Patorski, The Moiré fringe technique, Elsevier, Ámsterdam, Países Bajos, 1993 • D. Malacara, Optical shop testing, 2ª ed., J. Wiley and Sons, Nueva York, Estados Unidos, 1992 • D. Robinson, G. Reid, Interferogram análisis: digital fringe pattern measurement techniques, Institut of Physics Publ. Co., Bristol, Reino Unido, 1993 • J.M. López-Higuera (ed.), Handbook of optical fibre sensing technology, J. Wiley and Sons, Chichester, Reino Unido, 2002 VOLVER

9. Microóptica, Óptica Integrada y Óptica Difractiva • Número de créditos: 4 • Profesores: Francisco Javier Alda Serrano, José Alonso Fernández, Eusebio Bernabeu Martínez. • Objetivos: • Los objetivos de la asignatura son la presentación al alumno de las tecnologías de vanguardia en el ámbito de la microóptica, óptica integrada y óptica difractiva. El enfoque del curso • es fundamentalmente práctico, aunque se esbozan los modelos básicos en que se basan el estudio, comprensión, diseño y aplicación de estos sistemas. Los profesores de este • programa han ido atesorando experiencia en el tema durante los últimos años, siendo promotores de la creación de una unidad de apoyo a la investigación de la UCM destinada a la • fabricación y caracterización de micro-estructuras con aplicación a la óptica. También participan y/o dirigen proyectos nacionales e internacionales en el ámbito de la microóptica, óptica • integrada y óptica difractiva. • Programa: • Parte I. Óptica difractiva • Introducción • Teoría de la difracción.Teoría rigurosa de la difracción.Teoría escalar de la difracción • Redes de difracción delgadas y de volumen • Difracción de Fresnel y de Fraunhofer • Elementos ópticos difractivos (DOEs) • Redes lineales. • Lentes difractivas y kinoformas • Photon sieves • Elementos difractivos de retraso de fase • Elementos ópticos holográficos (HOEs) • Diseño de DOEs. Técnicas iterativas • Fabricación. Aplicaciones • Parte II. Microóptica • Introducción • Óptica de microcomponentes • Elementos refractivos. Optica de arrays • Elementos basados en gradientes de índice • Cristáles fotónicos • MEMS ópticos • Aplicaciones • Aplicaciones en sistemas formadores de imagen.Aplicaciones de arrays bidimensionales • Fabricación de microcomponentes • Parte III. Óptica integrada • Introducción • Guias de onda planas • Modelo de Marcatili • Pérdidas en guías planares • Técnicas de acoplamiento • Fabricación • Emisores y detectores • Moduladores • Aplicaciones de la óptica integrada • Bibliografía: • Shaomin Wang, Daomu Zhao, "Matrix Optics", Springer, Berlin, 2000 • E. L Dereniak, G. D. Boreman, "Infrared detectors and Systems", Wiley Interscience, New York, 1996 • G. Holst, "Testing and evaluation of infrared imaging systems", SPIE Press,Bellingham, 1998. • L. Mandel, E. Wolf, "Optical Coherence and Quantum Optics", Cambridge U. Press, 1995. VOLVER

10. Nanoóptica • Número de créditos: 4 • Profesores: Eusebio Bernabeu Martínez, Luis Miguel Sánchez Brea. • Objetivos: • Los objetivos de la asignatura son la presentación al alumno de las técnicas y métodos de nanotecnología, en general, y Nanoóptica, más significativamente. • En enfoque es práctico orientado a técnicas de nanofabricación y en sus múltiples aplicaciones. • Los profesores de este programa están iniciados en estos temas de vanguardia y participan en proyectos de I+D de ámbito europeo. • Programa: • Introducción a la Nanotecnología y a la NanoÓptica • Fundamentos y definición • Aplicaciones e incidencia a diferentes campos • Rangos e interconexiones • Técnicas de Nanofabricación • Haz de electrones • Epitaxia • Técnicas directas por sondas de aproximación • Nanolitografía • Autoensamblado y generación de plantillas • Nanoimpresión y replicado • Respuesta óptica de dispositivos sublongitud de onda y de estructuras nanométricas • Ondas evanescentes de Fresnel. Representación multipolar • Bases teóricas del campo próximo óptico • Microscopía óptica de campo próximo • Sondas ópticas. Caracterización • Interacciones con nanoesferas y nanoelementos. Incidencia en la amplificación de señales ópticas • Aplicaciones • Nanosensores • Diagnosis de sistemas biomoleculares • Diagnosis de materiales y dispositivos fotónicos • Implicaciones sociales y éticas • Bibliografía: • K.E. Drexler “Nanosystems” John Wiley. New York (1994) • S. Kawata, M. Oliesen, M. Irie “Nano-Optics” Springer Verlag. Heidelberg (2002) • B. Bhushan (ed.) “Handbook of Nanotechnology” Springer Verlag, Heidelberg (2004) VOLVER

11. Óptica Cuántica Número de créditos: 4 Profesores: Isabel Gonzalo Fonrodona, Alfredo Luis Aina. Objetivos: Se pretende introducir al alumno en los conceptos básicos relativos al campo cuantificado de la radiación electromagnética. Se hace especial énfasis en las diferencias entre el campo electromagnético clásico y cuántico a través de fenómenos de correlación cuántica espacial y temporal. Así mismo se presentan los experimentos básicos que para ser explicados requieren la cuantificación de la luz. También se aborda el problema de la interacción de la radiación y la materia, propagación en medios no lineales, generación, detección y aplicaciones de estados no clásicos de luz. Estos conceptos y experiencias son de enorme interés en la actualidad encontrando aplicaciones tales como criptografía cuántica, computación cuántica, etc. Programa: Introducción: Breve repaso de conceptos cuánticos Estado cuántico Imágenes de evolución temporal Campo electromagnético cuantificado. Desarrollo del campo electromagnético Cuantificación. Estados de Fock Campo del vacío. Efecto Casimir y otros efectos Estados coherentes.Cuadraturas, incertidumbres Luz térmica Coherencia G(1)clásica y cuántica. Coherencia y visibilidad. G(2) clásica. Experiencia de Hanboury Brown-Twiss. G(2) cuántica. Estados de Fock, efectos sin análogo clásico, estados coherentes y caóticos. Coherencia de orden n y total Estadística temporal de fotones. G(1)y G(2) temporal Manifestación experimental de luz cuántica Estados de un sólo fotón, dualidad onda corpúsculo. Estados de dos fotones “entrelazados”. Borrado cuántico de la información. Representación de estados de luz sobre el plano de amplitud compleja Funciones características Funciones Q, P y función de Wigner Estados comprimidos Cuadraturas, relaciones de incertidumbre, medida de una cuadratura, detección de estados comprimidos Tomografía Medida simultánea de dos cuadraturas, medida de la función Q Sensibilidad de medidas interferométricas Interacción radiación-materia Hamiltoniano de interacción Átomos de dos niveles: modelo de Jaynes-Cummings Colapsos y reavivaciones Emisión espontánea: teoría de Wigner-Weisskopf Batidos cuánticos Efectos cuánticos en óptica no lineal Generación del subarmónico.Generación de estados comprimidos.Conversión paramétrica de frecuencia Bibliografía: 1. L. E. Ballentine Quantum Mechanics World Scientific, 2003 2. R. Loudon The Quantum theory of light, Third edition Oxford University Press, 2000 3. W. H. Louisell Quantum statistical properties of radiation John Wiley and Sons, 1973 4. P. W. Milonni The Quantum Vacuum Academic Press, 1994 5. H. Paul, Introduction to Quantum Optics, Cambridge University Press, 2004 6. M. O. Scully y M. S. Zubairy Quantum Optics Cambridge University Press, 1997 7. D. F. Walls y G. J. Milburn Quantum Optics Springer Verlag,1995 VOLVER

12. Profesorado Alda Serrano, Francisco Javier Alieva, Tatiana Alonso Fernández, José Antón Revilla, Miguel Bernabeu Martínez, Eusebio Calvo Padilla, Mª Luisa Gómez Pedrero, José Antonio González Cano, Agustín Gonzalo Fonrodona, Isabel Guerra Pérez, José Manuel Luis Aina, Alfredo Martínez Herrero, Rosario Mejías Arias, Pedro Miguel Piquero Sanz, Gemma Quiroga Mellado, Juan Antonio Sánchez Brea, Luis Miguel Sánchez Soto, Luis Lorenzo Serna Galán, Julio Weigand Talavera, Rosa María j.alda@fis.ucm.es talieva@fis.ucm.es j.alonso@fis.ucm.es antonm@fis.ucm.es ebernabeu@fis.ucm.es mlcalvo@fis.ucm.es jagomezp@fis.ucm.es agus@fis.ucm.es igonzalo@fis.ucm.es jmguerra@fis.ucm.es alluis@fis.ucm.es r.m-h@fis.ucm.es pmmejias@fis.ucm.es piquero@fis.ucm.es aq@fis.ucm.es optbrea@fis.ucm.es lsanchez@fis.ucm.es azul@fis.ucm.es weigand@fis.ucm.es VOLVER Teléfono de contacto: 913944555