Aula 1 - Conceitos Gerais de Optoeletrônica

ECA – Optoeletrônica, Semestre: 10°, Código: OPE10  2 aulas semanais.
O QUE É OPTOELETRÔNICA?
Do dicionário online de português (modificado pelo professor):
Optoeletrônica é o campo da ciência que estuda o desenvolvimento de dispositivos

que associam a eletrônica a óptica, empregando a interação de fenômenos ópticos e
eletrônicos.
Esses fenômenos são utilizados para o desenvolvimentos de dispositivos e

equipamentos completamente improváveis durante o seu desenvolvimento, na área
de controle e automação, sensores optoeletrônicos, transdutores e o cabeamento,
utilizando fibras ópticas e lasers como onda portadora, são usuais, a vantagem no
cabeamento e não poderem interferir uns com os outros, desta forma o grave
problema da incompatibilidade eletromagnética foi resolvido.
ÓPTICA O QUE SERÁ?
Óptica é a parte da Física que estuda a luz e seus fenômenos. A luz comporta-se de
forma dual, segundo o modelamento utilizado pode ser considerada como onda ou
partícula, ao mesmo tempo, desta forma os estudos da Óptica podem ocorrer de duas
formas:
Óptica física  considera a natureza ondulatória da luz;
Óptica geométrica  quando a luz é considerada uma partícula e seus estudos são
feitos a partir do conceito de raios de luz, conferindo um modelo geométrico para a luz
(recordação).
Primeiramente trataremos da óptica geométrica, para a fixação de conceitos, na

sequência a óptica física, utilizando a Teoria Eletromagnética e a Mecânica Quântica,
para estudarmos os guias de ondas planares, os guias de ondas cilíndricos (Fibras
Ópticas), os LED’s (Light Emitting Diode - Diodo Emissor de Luz), os LASER’s (Light
Amplification by Stimulated Emission Radiation - Amplificação da luz por emissão
estimulada de radiação), os Fotodetetores, Eletro-óptica, Acusto-óptica e Aplicações
de Dispositivos Optoeletrônicos.
A LUZ
A luz é uma onda eletromagnética, cujo comprimento de onda se inclui num

determinado intervalo dentro do qual o olho humano é a ela sensível. Trata-se, de
outro modo, de uma radiação eletromagnética que se situa entre a radiação
infravermelha e a radiação ultravioleta.
VELOCIDADE DA LUZ
A velocidade da luz, comumente denotada pela letra c, vale cerca de 299.792.458

m/s, ou seja, a cada segundo, a luz viaja aproximadamente 300.000 km ao se
propagar no vácuo. A escolha da letra c deve-se à palavra em latim celeritas, que
significa rapidez.
Em 1868, as equações do matemático e físico escocês James Clerk Maxwell tinham

como base os trabalhos de Ampère, Coulomb e Faraday. Segundo ele, todas as ondas
eletromagnéticas viajavam exatamente na mesma velocidade da luz no vácuo.
Maxwell concluiu, ainda, que a própria luz, em si, era um tipo de onda que viaja através
de campos elétricos e magnéticos invisíveis.
O cientista apontou que a luz e outras ondas eletromagnéticas devem viajar a uma
certa velocidade fixa em relação a algum objeto que ele batizou de "éter".
O próprio Maxwell não conseguiu explicar o funcionamento do "éter" e foi Einstein que
solucionou a questão. Segundo o cientista alemão, a velocidade da luz é constante e
não depende do observador.
A compreensão da velocidade da luz passa, assim, a ser o alicerce da Teoria da

Relatividade.
REFRAÇÃO E REFLEXÃO
Reflexão é o fenômeno que consiste no fato de a luz voltar a se propagar no meio de

origem, após incidir sobre uma superfície de separação entre dois meios.
Refração é o fenômeno que consiste no fato de a luz passar de um meio para outro
diferente.
ÍNDICE DE REFRAÇÃO
Podemos determinar, matematicamente, o índice de refração absoluto de um meio (n)

através do quociente entre a velocidade da luz no vácuo (c) e a velocidade da luz no
meio considerado (v) da seguinte maneira:
A velocidade da luz no vácuo é uma constante de suma importância para a Física,

pois essa constante representa o limite superior da velocidade para qualquer objeto.
De fato, esse valor foi obtido através de uma técnica experimental muito eficiente,
sendo então aproximado para 3 x 108 m/s.
LEI DE BREWSTER
A lei de Brewster determina o chamado ângulo de Brewster, que é o ângulo de

incidência. Esse ângulo, somado ao ângulo de refração de um raio de luz, resulta em
um ângulo reto (90°).
Na imagem abaixo, os ângulos θ1 e θ2 são, respectivamente, os ângulos de incidência

e refração da luz. Caso a soma θ1 + θ2 seja igual a 90°, o ângulo θ1 será chamado de
ângulo de Brewster.
Esse ângulo pode ser determinado em função dos índices de refração n1 e n2, por
meio da seguinte relação:
Caso o meio de incidência da luz seja o ar ou o vácuo, podemos assumir que n1 será
igual a 1, logo, a equação que determina o ângulo de Brewster pode ser reescrita na
sua forma geral.
Nessa forma geral, o índice n está representando o índice de refração n2.
Quando a luz incide em uma superfície sobre o ângulo de Brewster, ela poderá sofrer
a polarização por reflexão, na qual o raio de luz refletido possui apenas um dos
componentes do campo elétrico que o integra. Esse fenômeno pode ser observado
na reflexão dos raios do Sol após a incidência em superfícies como vidro e água. Nos
pontos de brilho intenso nessas reflexões, a luz está incidindo sobre o ângulo de
Brewster e sofre polarização por reflexão.
PRINCÍPIOS DA ÓPTICA GEOMÉTRICA
Primeiro princípio: Propagação da luz em linha reta  em meios homogêneos e

transparentes, a luz propaga-se em linha reta.
Segundo princípio: Independência dos raios luminosos  quando feixes de luz se

interceptam, um não interfere na propagação do outro.
Terceiro princípio: reversibilidade dos raios luminosos  a trajetória da irradiação
luminosa independe de onde seja seu destino.

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Esses fenômenos são utilizados para o desenvolvimentos de dispositivos e

ÓPTICA O QUE SERÁ?

Óptica física  considera a natureza ondulatória da luz;

Primeiramente trataremos da óptica geométrica, para a fixação de conceitos, na

A luz é uma onda eletromagnética, cujo comprimento de onda se inclui num

A velocidade da luz, comumente denotada pela letra c, vale cerca de 299.792.458

Em 1868, as equações do matemático e físico escocês James Clerk Maxwell tinham

A compreensão da velocidade da luz passa, assim, a ser o alicerce da Teoria da

Reflexão é o fenômeno que consiste no fato de a luz voltar a se propagar no meio de

Podemos determinar, matematicamente, o índice de refração absoluto de um meio (n)

A velocidade da luz no vácuo é uma constante de suma importância para a Física,

A lei de Brewster determina o chamado ângulo de Brewster, que é o ângulo de

Na imagem abaixo, os ângulos θ1 e θ2 são, respectivamente, os ângulos de incidência

Nessa forma geral, o índice n está representando o índice de refração n2.

PRINCÍPIOS DA ÓPTICA GEOMÉTRICA

Primeiro princípio: Propagação da luz em linha reta  em meios homogêneos e

Segundo princípio: Independência dos raios luminosos  quando feixes de luz se

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