efecto Cotton-Mouton se refiere a la birrefringencia en un líquido en presencia de un campo magnético transversal constante . Es un efecto similar pero más fuerte que el efecto Voigt (en el que el medio es un gas en lugar de un líquido). El análogo eléctrico es el efecto Kerr .
Cuando una onda polarizada linealmente se propaga perpendicular al campo magnético (por ejemplo, en un plasma magnetizado), puede ser eliptiptizada. Debido a que una onda polarizada linealmente es una combinación de los modos X y O en fase, y debido a que las ondas X y O se propagan con diferentes velocidades de fase, esto causa la eliptización del haz emergente. A medida que las ondas se propagan, la diferencia de fase (δ) entre E X y E O aumenta.
La óptica de cristal es la rama de la óptica que describe el comportamiento de la luz en los medios anisotrópicos , es decir, los medios (como los cristales ) en los que la luz se comporta de manera diferente dependiendo de la dirección en la que se propaga la luz . El índice de refracción depende tanto de la composición como de la estructura del cristal y puede calcularse utilizando la relación Gladstone-Dale . Los cristales a menudo son naturalmente anisotrópicos, y en algunos medios (como los cristales líquidos ) es posible inducir la anisotropía aplicando un campo eléctrico externo.
Medios isotrópicos [ editar ]
Los medios transparentes típicos, como las gafas, son isotrópicos , lo que significa que la luz se comporta de la misma manera, sin importar en qué dirección se desplace en el medio. En términos de las ecuaciones de Maxwell en un dieléctrico , esto da una relación entre el campo de desplazamiento eléctrico D y el campo eléctrico E :
donde ε 0 es la permitividad del espacio libre y P es la polarización eléctrica (el campo vectorial correspondiente a los momentos dipolares eléctricos presentes en el medio). Físicamente, el campo de polarización puede considerarse como la respuesta del medio al campo eléctrico de la luz.
Susceptibilidad eléctrica [ editar ]
En un medio isotrópico y lineal , este campo de polarización P es proporcional y paralelo al campo eléctrico E :
dónde
Es la constante dieléctrica del medio. El valor 1 + se denomina permitividad relativa del medio y está relacionado con el índice de refracción n , para medios no magnéticos, por
Medios anisotrópicos [ editar ]
En un medio anisotrópico, tal como un cristal, el campo de polarización P no es necesariamente alineado con el campo eléctrico de la luz E . En una imagen física, esto puede pensarse como dipolos inducidos en el medio por el campo eléctrico que tienen ciertas direcciones preferidas, relacionadas con la estructura física del cristal. Esto se puede escribir como:
Aquí χ no es un número como antes, sino un tensor de rango 2, el tensor de susceptibilidad eléctrica . En términos de componentes en 3 dimensiones:
o utilizando la convención de suma:
Desde χ es un tensor, P no es necesariamente colineal con E .
En materiales no magnéticos y transparentes, χ ij = χ ji , es decir, la χ tensor es real y simétrica . [1] De acuerdo con el teorema espectral , es posible diagonalizar el tensor eligiendo el conjunto apropiado de ejes de coordenadas, poniendo a cero todas las componentes del tensor excepto χ xx , χ yy y χzz . Esto da el conjunto de relaciones:
Las direcciones x, y y z son en este caso conocidas como los ejes principales del medio. Tenga en cuenta que estos ejes serán ortogonales si todas las entradas de la χ tensor son reales, lo que corresponde a un caso en el que el índice de refracción es real en todas las direcciones.
De ello se deduce que D y E también están relacionados por un tensor:
Aquí ε se conoce como el tensor de permitividad relativa o tensor dieléctrico . En consecuencia, el índice de refracción del medio también debe ser un tensor. Considere una onda de luz que se propaga a lo largo del eje principal z polarizado , ya que el campo eléctrico de la onda es paralelo al eje x. La onda experimenta una susceptibilidad χ xx y una permitividad ε xx . El índice de refracción es así:
Para una onda polarizada en la dirección y:
Así, estas ondas verán dos índices de refracción diferentes y viajarán a diferentes velocidades. Este fenómeno se conoce como birrefringencia y ocurre en algunos cristales comunes como la calcita y el cuarzo .
Si χ xx = χ yy ≠ χ zz , el cristal se conoce como uniaxial . (Consulte Eje óptico de un cristal ). Si χ xx ≠ χ yy y χ xx ≠ χ zz, el cristal se llama biaxial . Un cristal uniaxial exhibe dos índices de refracción, un índice "ordinario" ( n o ) para la luz polarizada en las direcciones x o y, y un índice "extraordinario" ( n e ) para la polarización en la dirección z. Un cristal uniaxial es "positivo" si n e > n o y "negativo" si n e o. La luz polarizada en algún ángulo con respecto a los ejes experimentará una velocidad de fase diferente para diferentes componentes de polarización, y no se puede describir mediante un índice único de refracción. Esto se representa a menudo como un índice elipsoide .
Otros efectos [ editar ]
Ciertos fenómenos ópticos no lineales , como el efecto electro-óptico, provocan una variación del tensor de permitividad de un medio cuando se aplica un campo eléctrico externo, proporcional (al orden más bajo) a la intensidad del campo. Esto provoca una rotación de los ejes principales del medio y altera el comportamiento de la luz que viaja a través de él; El efecto se puede utilizar para producir moduladores de luz.
En respuesta a un campo magnético , algunos materiales pueden tener un tensor dieléctrico que es complejo: hermitiano ; Esto se denomina efecto giromagnético o magneto-óptico . En este caso, los ejes principales son vectores de valores complejos, correspondientes a la luz polarizada elípticamente, y la simetría de inversión temporal se puede romper. Esto se puede utilizar para diseñar aisladores ópticos , por ejemplo.
Un tensor dieléctrico que no es hermitiano da lugar a valores propios complejos, que corresponden a un material con ganancia o absorción a una frecuencia particular.
El límite de Dawes es una fórmula para expresar el máximo poder de resolución de un microscopio o telescopio . Se llama así por su descubridor, WR Dawes [1] , aunque también se le atribuye a Lord Rayleigh .
La fórmula toma diferentes formas dependiendo de las unidades.
| R = 4.56 / D | D en pulgadas, R en segundos de arco |
| R = 11.6 / D | D en centímetros, R en segundos de arco |
| dónde | D es el diámetro de la lente principal ( apertura ) |
R es el poder de resolución del instrumento. desenfoque es la aberración en la que una imagen está simplemente desenfocada . Esta aberración es familiar para cualquiera que haya usado una cámara, videocámara, microscopio, telescopio o binoculares. Ópticamente, desenfoque se refiere a una traslación del foco a lo largo del eje óptico lejos de la superficie de detección. En general, el desenfoque reduce la nitidez y el contraste de la imagen. Lo que deberían ser bordes nítidos y de alto contraste en una escena se convierten en transiciones graduales. Los detalles finos de la escena están borrosos o incluso se vuelven invisibles. Casi todos los dispositivos ópticos de formación de imágenes incorporan algún tipo de ajuste de enfoque para minimizar el desenfoque y maximizar la calidad de la imagen.  En la óptica y la fotografía [ editar ]
El grado de desenfoque de la imagen para una cantidad determinada de cambio de enfoque depende inversamente del número f de la lente . Los números f bajos, como f /1.4 a f /2.8, son muy sensibles al desenfoque y tienen muy poca profundidad de enfoque . Los números f altos, en el rango de f / 16 a f / 32, son altamente tolerantes al desenfoque y, por lo tanto, tienen grandes profundidades de enfoque. El caso límite en el número f es la cámara con orificios , que opera tal vez en f / 100 a f / 1000, en cuyo caso todos los objetos están enfocados casi independientemente de su distancia desde la apertura del orificio.. La penalización por lograr esta profundidad de enfoque extrema es una iluminación muy tenue en la película o sensor de imágenes , resolución limitada debido a la difracción y tiempo de exposición muy prolongado , lo que introduce el potencial de degradación de la imagen debido al desenfoque de movimiento .
La cantidad de desenfoque permisible está relacionada con la resolución del medio de imagen. Una película o chip de imagen de menor resolución es más tolerante al desenfoque y otras aberraciones. Para aprovechar al máximo un medio de mayor resolución, se debe minimizar el desenfoque y otras aberraciones.
Defocus se modela en formato polinomial de Zernike como, dónde Es el coeficiente de desenfoque en longitudes de onda de la luz. Esto corresponde a la diferencia de trayectoria óptica en forma de parábola entre dos frentes de onda esféricos que son tangentes en sus vértices y tienen diferentes radios de curvatura .
Para algunas aplicaciones, como la microscopía electrónica de contraste de fase , las imágenes desenfocadas pueden contener información útil. Se pueden usar múltiples imágenes grabadas con diversos valores de desenfoque para examinar cómo varía la intensidad de la onda de electrones en el espacio tridimensional, y de esta información se puede inferir la fase de la onda. Esta es la base de la recuperación de la fase no interferométrica . Los ejemplos de algoritmos de recuperación de fase que utilizan imágenes desenfocadas incluyen el algoritmo de Gerchberg-Saxton y varios métodos basados en el transporte de la ecuación de intensidad .
En vision [ editar ]
En una conversación informal, el término desenfoque puede usarse para describir cualquier reducción en la visión. Sin embargo, en un entorno clínico, la visión borrosa significa la experiencia subjetiva o la percepción del desenfoque óptico dentro del ojo , llamado error de refracción . El desenfoque puede aparecer de manera diferente según la cantidad y el tipo de error de refracción. Los siguientes son algunos ejemplos de imágenes borrosas que pueden resultar de errores refractivos:
La extensión de la visión borrosa se puede evaluar midiendo la agudeza visual con una gráfica ocular . La visión borrosa a menudo se corrige enfocando la luz en la retina con lentes correctivos . Estas correcciones a veces tienen efectos no deseados que incluyen aumento o reducción, distorsión, franjas de color y percepción de profundidad alterada. Durante un examen ocular, la agudeza del paciente se mide sin corrección, con su corrección actual y después de la refracción . Esto permite al optometrista u oftalmólogo ("oculista") determinar el grado en que los errores de refracción juegan para limitar la calidad de la visión del paciente. Una agudeza de Snellende 6/6 o 20/20, o como valor decimal 1.0, se considera una visión aguda para un humano promedio (los adultos jóvenes pueden tener casi el doble de ese valor). Una agudeza mejor corregida más baja que eso es una indicación de que hay otra limitación para la visión más allá de la corrección del error de refracción.
El disco borroso [ editar ]
El desenfoque óptico puede ser el resultado de lentes correctivos incorrectos o de una adaptación insuficiente , como, por ejemplo, en la presbicia del ojo envejecido. Como se dijo anteriormente, los rayos de luz de una fuente puntual no se enfocan en un solo punto de la retina, sino que se distribuyen en un pequeño disco de luz, llamado disco borroso . Su tamaño depende del tamaño de la pupila y la cantidad de desenfoque, y se calcula mediante la ecuación
( d = diámetro en grados, ángulo visual, p = tamaño de la pupila en mm, D = desenfoque en dioptrías). [1]
En la teoría de sistemas lineales , la imagen puntual (es decir, el disco borroso) se conoce como la función de dispersión puntual (PSF). La imagen de la retina viene dada por la convolución de la imagen enfocada con el PSF.
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