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Óptica geométrica
Una de las imágenes más famosas de la historia de la óptica es la de Sir Isaac Newton con un haz de luz blanca atravesando un prisma de cristal y un arco iris saliendo por el otro lado. Es uno de los experimentos ópticos más famosos, no sólo por su sencillez, sino también porque ayudó a Newton a sentar las bases de su teoría corpuscular de la luz. Ese pequeño prisma que utilizaba Newton es sólo un ejemplo del uso de un prisma en un sistema óptico. En este artículo, intentaremos describir los cuatro tipos de prismas: dispersivos (como el que utilizaba Newton), reflectantes, rotativos y desplazables. En este artículo también se habla de la fabricación de prismas.
Prismas dispersivosLos prismas dispersivos, normalmente en forma de prisma triangular, se utilizan para separar las diferentes longitudes de onda de un haz de luz incidente en diferentes caminos ópticos. Cada longitud de onda será desviada en un ángulo diferente por la forma del prisma, cambiando así el índice de refracción para cada longitud de onda. El sílex es un vidrio muy común para fabricar prismas debido a su gran dependencia de su índice de refracción con respecto a la longitud de onda de la luz. La aplicación típica de los prismas dispersivos se encuentra en la espectroscopia, pero también pueden utilizarse para la sintonización del láser y la combinación de haces.Prismas reflectantesLos prismas reflectantes pueden utilizarse en sistemas de imagen. Debido a la reflexión interna total, la luz que entra en el prisma puede sufrir múltiples reflexiones hasta llegar a una cara de salida. Es posible añadir una superficie reflectante para que el prisma se comporte como un divisor de haz. Los prismas reflectantes se utilizan para reducir el tamaño físico de un sistema óptico, redirigir la dirección de la luz y reformar la orientación de una imagen.Los prismas reflectantes presentan menores pérdidas de potencia óptica que los sistemas equivalentes realizados con espejos y suelen ser más fáciles de alinear debido a que se utiliza un único elemento en lugar de varios.La figura 1 muestra una de las geometrías de prismas reflectantes más comunes. En general, si el número de caras reflectantes es par, estaremos creando una imagen vertical, mientras que un número par de superficies reflectantes creará una imagen invertida.
Apuntes de física de la óptica
Existe una amplia gama de ópticas de rayos X diferentes que comparten el mismo objetivo: un cambio bien definido de la dirección de la luz de rayos X entrante y una influencia controlada en el espectro de la luz. Todos los tipos de ópticas de rayos X pueden clasificarse por el efecto físico utilizado. La siguiente tabla muestra los efectos que influyen en la dirección o el espectro de los rayos X de forma controlada y las ópticas que utilizan estos efectos:
Por supuesto, hay muchas variantes de estos tipos básicos, que se enumeran bajo los tipos básicos. Cada tipo de óptica tiene sus rasgos característicos, que dependen principalmente de las limitaciones inherentes a los efectos físicos subyacentes y a las del proceso de fabricación. Muchas ópticas cubren una amplia gama de aplicaciones. No obstante, vale la pena intentar elaborar una tabla que destaque los principales puntos fuertes individuales de los tipos de ópticas que controlan la dirección de los rayos X:
1 Una buena calidad de imagen sólo es posible en las ópticas de espejo, en las que cada rayo sufre un número par de reflexiones (sólo entonces puede cumplirse aproximadamente el criterio de Abbé) 2 El rango de energía de los fotones depende principalmente del detector
Ramas de la óptica en la física
La óptica es una parte de la física que se encarga del estudio de la luz y de los fenómenos asociados a ella. Como la luz presenta un comportamiento dual, que puede considerarse como onda o partícula, básicamente existen dos tipos de óptica:
Un conjunto de rayos luminosos forma un haz de luz. La luz emitida por una fuente puntual se propaga en todas las direcciones, por lo que se denomina haz de rayos luminosos divergentes. Cuando los rayos son paralelos, como en el caso de la luz emitida por una linterna, decimos que el haz de luz es convergente.
La Óptica Geométrica se encarga del estudio de varios conceptos físicos, como la formación de la sombra, la penumbra y el eclipse; la reflexión y la refracción de la luz, y la formación de imágenes en espejos, lentes e instrumentos ópticos.
Tipos de óptica en física
Como se supone que este es en gran parte un blog centrado en la ciencia, quería empezar con algunos posts serios sobre temas científicos. Al igual que la mayoría de los blogueros científicos establecidos, mezclaré posts que traten sobre conceptos científicos básicos y posts que traten sobre temas específicos y técnicos. Este post será uno de los primeros.
Mi especialización en física y mi área de investigación es la ciencia óptica. Aunque la mayoría de la gente asocia la palabra “óptica” con la ingeniería de lentes para gafas, telescopios y microscopios, en física el término se refiere más ampliamente al estudio del comportamiento de la luz y sus interacciones con la materia. Sin embargo, la conexión con las gafas y similares no es accidental: el desarrollo de diversas herramientas ópticas llevó a los científicos a estudiar más de cerca el comportamiento de la luz que esas herramientas canalizaban.
1. La óptica geométrica. Nuestra experiencia cotidiana con la luz sugiere que ésta viaja, en su mayor parte, en líneas rectas. Cuando los rayos del sol se asoman por un hueco en una nube o por un hueco en algún follaje oscuro, vemos una “línea” o “corriente” continua de luz que sale de ese hueco. Si reducimos el hueco (dentro de unos límites, que se comentan más adelante), el chorro se hace más estrecho, pero sigue siendo un chorro de luz.