Estudio de la respuesta óptica de sólidos mediante las Transformaciones de Hilbert: Aplicación de las reglas de Kramers-Krönig

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

This work aims to develop a comprehensive catalog that consolidates optical dispersion models of materials, with particular emphasis on the intrinsic nature of each material and its relationship with optical response. Conductive and dielectric materials exhibit distinct behaviors in terms of light absorption and scattering due to their electrical conduction properties. These differences in conductivity significantly influence the interaction between the material and electromagnetic radiation, affecting absorption, reflection, and transmission processes, and consequently shaping the material’s overall optical response. The characterization of a physical system’s response to an external perturbation inherently involves a causal relationship. In this context, the theoretical foundation of this study is based on the Hilbert transforms, specifically the Kramers-Krönig relations, which provide a rigorous framework for understanding space-time causality through the optical response of materials. These relations allow the derivation of the real part of the response function from its imaginary component and explicitly define the cause-effect relationship between the applied perturbation and the system's response. This connection is essential for both the validation of theoretical models and the accurate interpretation of experimental data. Developed as a professional internship, this project represents a comprehensive learning experience that has enabled the prospective Bachelor of Physics to strengthen their skills, competencies, and practical and theoretical knowledge. By addressing a real and relevant problem in the field of physical optics, this work fosters not only the effective application of academic knowledge but also the development of essential research, analytical, and scientific writing abilities.

Descripción

El presente trabajo tiene como objetivo desarrollar un catálogo que consolide los modelos de dispersión óptica de materiales, poniendo especial énfasis en la naturaleza intrínseca de cada material y su relación con la respuesta óptica. Los materiales conductores y dieléctricos exhiben comportamientos diferenciados en términos de absorción y dispersión de la luz, debido a sus propiedades de conducción eléctrica. Estas diferencias en la conductividad influyen directamente en la interacción del material con la radiación electromagnética, afectando los procesos de absorción, reflexión y transmisión, y, por ende, su respuesta óptica global. La caracterización de la respuesta de un sistema físico ante una perturbación implica necesariamente una relación de causalidad. En este contexto, el trabajo se fundamenta teóricamente en el estudio de las transformaciones de Hilbert, y específicamente en las reglas de Kramers-Krönig, las cuales proporcionan un marco riguroso para comprender las relaciones causales espacio-temporales mediante la respuesta óptica de los materiales. Estas reglas permiten derivar la parte real de la función respuesta a partir de su componente imaginaria y, a su vez, establecen de manera explícita la relación causa-efecto entre la perturbación aplicada y la respuesta del sistema. Esta relación es fundamental tanto para la validación de modelos teóricos como para la interpretación precisa de resultados experimentales. Este trabajo, desarrollado bajo la modalidad de pasantía, representa una experiencia formativa integral que ha permitido al futuro licenciado en Física fortalecer sus capacidades, habilidades y competencias profesionales. A través del abordaje de un problema real y pertinente dentro del campo de la óptica física, se propicia no solo la aplicación efectiva de conocimientos teóricos y prácticos, sino también el desarrollo de competencias investigativas, analíticas y comunicativas esenciales para el ejercicio profesional y académico.

Palabras clave

Kramers-Krönig, Transformaciones de Hilbert, Respuesta óptica, Teoría electromagnética

Materias

Licenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicas

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