Óptica básica, parte 1

13 mayo 2009 at 18:37 Deja un comentario

Ya que me gustaría hacer un repaso de lo que he estado viendo en la asignatura de Comunicaciones Ópticas (al final aquel examen no salió bien y me temo que tendré que recuperar este parcial en breves), voy a empezar primero con conceptos básicos sobre óptica.

Durante mucho tiempo, siempre ha habido una duda sobre la luz: ¿partículas u ondas? En tiempos de Newton se optaba por la teoría corpuscular, aunque existían hechos que no se podían explicar con las teorías sobre partículas. Más tarde llegaría Maxwell (sí, el de las famosas cuatro ecuaciones) y su apoyo a una teoría ondulatoria con explicación sobre fenómenos que, en un principio, serían exclusivos de las partículas. Actualmente, sin embargo, estamos más de la parte de la teoría que apoyaron gente como Einstein: la luz tiene naturaleza dual, como partículas y ondas.

De hecho, y gracias a Max Plank, podemos decir que la luz está formada por fotones, partículas que tienen una energía que depende de la frecuencia a la que oscilen.

La energía del fotón, como se ve, depende de la frecuencia y, en consecuencia, de la longitud de onda y de la velocidad a la que se mueva. En el vacío, ésta es la velocidad de la luz, pero un medio distinto a éste, ¿a qué velocidad se mueve?

Aquí lo veis más claro: la velocidad de la luz se divide por un factor conocido como el índice de refracción del medio por el que se desplace. El concepto del índice de refracción no sólo afecta a la velocidad de la luz en el medio, sino también a su trayectoria. Supongamos dos medios, uno con índice de refracción n1 y otro con índice de refracción n2, separados el uno del otro. Observamos dos fenómenos que seguro que a más de uno le son conocidos:

En la reflexión, el ángulo incidente formado con la normal a la separación entre los medios es igual al ángulo de reflexión.

En la refracción, la relación entre el ángulo incidente y el refractado se define a través de la fórmula de Snell:

Una consideración en la refrección se da en el siguiente caso: si n1>n2 y si el ángulo de incidencia es mayor que un determinado ángulo conocido como ángulo crítico, en vez de refractarse, el rayo se reflejará en un fenómeno conocido como la reflexión total. La definición del ángulo crítico, además, se da con la siguiente fórmula, suponiendo para éste que el ángulo de refracción es recto (seno de 90º = 1):

Otro concepto interesante es el de las lentes. Aquí no voy a entrar en detalle sobre lentes convexas y cóncavas, sino que esto será más general.

Tengamos una lente con radio de curvatura interno R1, radio de curvatura externo R2 y altura (diámetro) D. Si incide sobre ésta un rayo paralelo a la horizontal de la lente, el rayo se desviará hasta cortar precisamente esa horizontal en un punto llamado foco.

La distancia focal se obtiene con la siguiente fórmula, teniendo en cuenta el índice de refracción del medio (normalmente aire, próximo al vacío):

Además, definimos el número de la lente como:

Un concepto asociado a las lentes es la creación de imágenes. Tengamos un objeto O situado a una distancia objeto (do) respecto de la lente. Proyectamos un rayo paralelo a la horizontal de la lente y otro que pase por el centro de la lente (que no se desviará). El punto donde se corten dará la altura máxima de la imagen I, situada a una distancia imagen (di).

La relación entre la distancia imagen y la distancia objeto es la siguiente a través de la definición de la magnificación M:

También podemos relacionar los ángulos objeto e imagen:

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WiMAX, parte 3 Óptica básica, parte 2

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