ÓPTICA

coma , o aberración comática , en un sistema óptico se refiere a la aberracióninherente a ciertos diseños ópticos o debido a la imperfección en la lente u otros componentes que dan como resultado fuentes puntuales fuera del eje , como estrellas que aparecen distorsionadas, aparentando tener una cola ( coma ) como un cometa . Específicamente, el coma se define como una variación en el aumento de la pupila de entrada . En refractivo o difractivo.Los sistemas ópticos, especialmente aquellos que toman imágenes de un amplio rango espectral, el coma puede ser una función de la longitud de onda , en cuyo caso es una forma de aberración cromática .

Descripción general [ editar ]

Coma es una propiedad inherente de los telescopios que usan espejos parabólicos . A diferencia de un espejo esférico , un haz de rayos paralelos paralelos al eje óptico estará perfectamente enfocado a un punto (el espejo está libre de aberraciones esféricas).), no importa donde golpeen el espejo. Sin embargo, esto solo es cierto si los rayos son paralelos al eje de la parábola. Cuando los rayos entrantes golpean el espejo en ángulo, los rayos individuales no se reflejan en el mismo punto. Cuando se mira un punto que no está perfectamente alineado con el eje óptico, parte de la luz entrante de ese punto golpeará el espejo en ángulo. Esto hace que una imagen que no está en el centro del campo aparezca en forma de cuña. Cuanto más fuera del eje (o cuanto mayor sea el ángulo subtendido por el punto con el eje óptico), peor será este efecto. Esto hace que las estrellas parezcan tener un cometa cometa , de ahí el nombre.

Los esquemas para reducir la aberración esférica sin introducir coma incluyen los sistemas ópticos Schmidt , Maksutov , ACF y Ritchey-Chrétien . Se han diseñado lentes de corrección, " correctores de coma " para reflectores newtonianos que reducen el coma en telescopios por debajo de f / 6. Estos funcionan por medio de un sistema de lentes duales de una lente plano-convexa y una plano-cóncava ajustadas en un adaptador de ocular que se asemeja superficialmente a una lente Barlow . ^[1] [2]

La coma de una sola lente o un sistema de lentes puede minimizarse (y en algunos casos eliminarse) eligiendo la curvatura de las superficies de la lente para que coincida con la aplicación. Las lentes en las que tanto la aberración esférica como el coma se minimizan en una única longitud de onda se denominan lentes de forma óptima o aplanáticas .

En la visión humana [ editar ]

El coma vertical es la aberración de orden superior más común en los ojos de los pacientes con queratocono . ^{[3] El} coma también es un síntoma temporal común de lesiones o abrasiones de la córnea, en cuyo caso el defecto visual se resuelve gradualmente a medida que la córnea sana.

 parámetro de haz complejo es un número complejo que especifica las propiedades de un haz gaussiano en un punto particular z a lo largo del eje del haz. Suele denotarse por q . Puede calcularse a partir de la longitud de onda de vacío del haz λ ₀ , el radio de curvatura R del frente de fase , el índice de refracción n ( n = 1 para el aire) y el radio del haz w (definido a 1 / e ² intensidad), de acuerdo a: ^[1]

$${\ displaystyle {\ frac {1} {q (z)}} = {\ frac {1} {R (z)}} - {\ frac {i \ lambda _ {0}} {\ pi nw (z) ^ {2}}}}.

Alternativamente, q se puede calcular de acuerdo a

$${\ displaystyle q (z) = z + {\ frac {i \ pi nw_ {0} ^ {2}} {\ lambda _ {0}}} = z + z _ {\ mathrm {R}} i \,}^[1]

donde z es la ubicación en la que q se calcula, con respecto a la ubicación de la cintura del haz , z _R es el rango Rayleigh , y i es la unidad imaginaria .

Usos del parámetro de haz complejo [ editar ]

El parámetro de haz complejo se usa generalmente en el análisis de matriz de transferencia de rayos , que permite el cálculo de las propiedades del haz en cualquier punto dado a medida que se propaga a través de un sistema óptico, si se conocen la matriz de rayos y el parámetro de haz complejo inicial. Este mismo método también se puede usar para encontrar el tamaño de modo fundamental de un resonador óptico estable .

Dado el parámetro de haz inicial, q _i , se puede usar la matriz de transferencia de rayos de un sistema óptico,{\ displaystyle {\ begin {pmatrix} A&B \\ C&D \ end {pmatrix}}}, para encontrar el parámetro de haz resultante, q _f , después de que el haz haya atravesado el sistema: ^[1]

$${\ displaystyle q_ {f} = {\ frac {Aq_ {i} + B} {Cq_ {i} + D}}}.

A menudo es conveniente expresar esta ecuación en términos de los recíprocos de q : ^[1]

$${\ displaystyle {1 \ sobre q_ {f}} = {\ frac {C + D / q_ {i}} {A + B / q_ {i}}}}.

Para encontrar el parámetro de haz complejo de un resonador óptico estable , se necesita encontrar la matriz de rayos de la cavidad. Esto se hace trazando el camino de la viga en la cavidad. Suponiendo un punto de inicio, encuentre la matriz que atraviesa la cavidad y regrese hasta que la viga esté en la misma posición y dirección que el punto de inicio. Con esta matriz y al hacer q _i = q _f , se forma una cuadrática como:

$${\ displaystyle C {q_ {f}} ^ {2} + (DA) q_ {f} -B = 0}.

Al resolver esta ecuación se obtiene el parámetro de haz para la posición de inicio elegida en la cavidad y, al propagar, se puede encontrar el parámetro de haz para cualquier otra ubicación en la cavidad.

condensador es una lente óptica que convierte un haz divergente de una fuente puntual en un haz paralelo o convergente para iluminar un objeto.

Los condensadores son una parte esencial de cualquier dispositivo de imágenes, como microscopios , ampliadores , proyectores de diapositivas y telescopios. El concepto es aplicable a todos los tipos de radiación en transformación óptica, como los electrones en microscopía electrónica , la radiación de neutrones y la óptica de radiación de sincrotrón.

Microscopio de condensador [ editar ]

Un condensador (derecha) y su respectivo diafragma (izquierda)

Un condensador entre el escenario y el espejo de un microscopio vintage.

Los condensadores están ubicados sobre la fuente de luz y debajo de la muestra en un microscopio vertical, y sobre la etapa y debajo de la fuente de luz en un microscopio invertido . Actúan para reunir la luz de la fuente de luz del microscopio y la concentran en un cono de luz que ilumina la muestra. La apertura y el ángulo del cono de luz deben ajustarse (a través del tamaño del diafragma) para cada lente objetivo diferente con diferentes aperturas numéricas.

Los condensadores consisten típicamente en un diafragma de apertura variable y una o más lentes. La luz de la fuente de iluminación del microscopio pasa a través del diafragma y es enfocada por las lentes en la muestra. Después de pasar a través de la muestra, la luz se divide en un cono invertido para llenar la lente frontal del objetivo.

Los primeros condensadores simples se introdujeron en microscopios preacromáticos en el siglo XVII. Robert Hooke usó una combinación de un globo lleno de agua salada y una lente plano-convexa, y muestra en la ' Micrographia ' que entiende las razones de su eficiencia. Los fabricantes del siglo XVIII, como Benjamin Martin, Adams y Jones, entendieron la ventaja de condensar el área de la fuente de luz a la del área del objeto en el escenario. Este era un simple lente plano-convexo o bi-convexo, o algunas veces una combinación de lentes. Con el desarrollo del moderno objetivo acromático en 1829, por Joseph Jackson Lister., la necesidad de mejores condensadores se hizo cada vez más evidente. En 1837, el uso del condensador acromático se introdujo en Francia, por Felix Dujardin y Chevalier. Los fabricantes ingleses tomaron esta mejora desde el principio, debido a la obsesión por resolver objetos de prueba como las diatomeas y las rejillas regidas por Nobert. A fines de la década de 1840, los fabricantes ingleses como Ross, Powell y Smith; Todos podrían suministrar condensadores altamente corregidos en sus mejores soportes, con el centrado y el enfoque adecuados. Se afirma erróneamente que estos desarrollos fueron puramente empíricos: nadie puede diseñar un buen condensador acromático corregido de forma esférica basándose únicamente en los empíricos. En el continente, en Alemania, el condensador corregido no se consideró útil ni esencial, principalmente debido a un malentendido de los principios ópticos básicos involucrados. Así la empresa alemana líder,Carl Zeiss en Jena, ofreció nada más que un condensador cromático muy pobre a fines de la década de 1870. Los fabricantes franceses, como Nachet, proporcionaron excelentes condensadores acromáticos en sus stands. Cuando el principal bacteriólogo alemán, Robert Koch , se quejó a Ernst Abbe , de que se vio obligado a comprar un condensador acromático Seibert para su microscopio Zeiss, con el fin de obtener fotografías satisfactorias de bacterias, Abbe produjo un diseño acromático muy bueno en 1878.

Hay tres tipos de condensador:

1. El condensador cromático, como el Abbe, donde no se intenta corregir la aberración esférica o cromática . Contiene dos lentes que producen una imagen de la fuente de luz que está rodeada por un color azul y rojo en sus bordes.
2. El condensador aplanático se corrige por aberración esférica.
3. El condensador acromático compuesto se corrige por aberraciones tanto esféricas como cromáticas.

Abbe condensador [ editar ]

El condensador de la etapa secundaria enfoca la luz a través del espécimen para que coincida con la apertura del sistema de lente objetivo.

El condensador Abbe se llama así por su inventor Ernst Abbe , quien lo desarrolló en 1870. El condensador Abbe, que fue diseñado originalmente para Zeiss, se monta debajo de la plataforma del microscopio. El condensador concentra y controla la luz que pasa a través de la muestra antes de ingresar al objetivo. Tiene dos controles, uno que mueve el condensador Abbe más cerca o más lejos del escenario, y otro, el diafragma de iris , que controla el diámetro del haz de luz. Los controles se pueden utilizar para optimizar el brillo, la uniformidad de la iluminación y el contraste. Los condensadores de Abbe son difíciles de usar para aumentos superiores a 400X, ya que el cono aplanático es solo representativo de una apertura numérica (NA) de 0.6.

Este condensador está compuesto por dos lentes, una lente plano-convexa algo más grande que un hemisferio y una lente grande bi-convexa que sirve como lente de recolección a la primera. El foco de la primera lente está tradicionalmente a unos 2 mm de distancia de la cara del plano, coincidiendo con el plano de muestra. Se puede usar una tapa de orificio para alinear el eje óptico del condensador con el del microscopio. El condensador Abbe sigue siendo la base para la mayoría de los diseños de condensadores de microscopios de luz modernos, a pesar de que su rendimiento óptico es pobre. ^{[1] [2] [3]}

Condensadores aplanáticos y acromáticos [ editar ]

Un condensador aplanático corrige la aberración esférica en la trayectoria de la luz concentrada, mientras que un condensador compuesto acromático corrige tanto la aberración esférica como la cromática .

Condensadores especializados [ editar ]

El campo oscuro y las configuraciones de contraste de fase se basan en un condensador Abromático, aplanático o acromático, pero a la trayectoria de la luz se le agrega una parada de campo oscuro o varios anillos de fase de tamaño. Estos elementos adicionales están alojados de varias maneras. En la mayoría de los microscopios modernos (ca. 1990-), estos elementos están alojados en deslizadores que encajan en una ranura entre el iluminador y la lente del condensador. Muchos microscopios más antiguos albergan estos elementos en un condensador tipo torreta, estos elementos están alojados en una torreta debajo de la lente del condensador y se giran en su lugar.

Los condensadores especializados también se utilizan como parte de los sistemas de Contraste de Interferencia Diferencial y Contraste de Modulación Hoffman , que tienen como objetivo mejorar el contraste y la visibilidad de las muestras transparentes.

En la microscopía de epifluorescencia , la lente objetivo actúa no solo como una lupa para la luz emitida por el objeto fluorescente , sino también como un condensador para la luz incidente .

El condensador Arlow-Abbe es un condensador Abbe modificado que reemplaza el diafragma iris, el soporte del filtro, la lámpara y la óptica de la lámpara con una pequeña pantalla digital OLED o LCD. La unidad de visualización permite filtros sintetizados digitalmente para iluminación de campo oscuro, Rheinberg, oblicua y dinámica (en constante cambio) bajo control directo por computadora. El dispositivo fue descrito por primera vez por el Dr. Jim Arlow en la revista Microbe Hunter, número 48.

Condensadores y apertura numérica [ editar ]

Al igual que las lentes objetivas, los condensadores varían en su apertura numérica (NA). Es NA la que determina la resolución óptica , en combinación con la NA del objetivo. Los diferentes condensadores varían en su apertura numérica máxima y mínima, y ​​la apertura numérica de un solo condensador varía según la configuración del diámetro de la apertura del condensador . Para que se realice la apertura numérica máxima (y, por lo tanto, la resolución) de una lente del objetivo, la apertura numérica del condensador debe coincidir con la apertura numérica del objetivo utilizado. La técnica más comúnmente utilizada en microscopía para optimizar la trayectoria de la luz entre el condensador (y otros componentes de iluminación del microscopio) y la lente objetivo se conoce comoLa iluminación de Köhler .

El máximo de NA está limitado por el índice de refracción del medio entre la lente y la muestra. Al igual que con las lentes objetivas, una lente de condensador con una apertura numérica máxima de más de 0.95 está diseñada para ser utilizada en inmersión en aceite (o, más raramente, en inmersión en agua).), con una capa de aceite de inmersión colocada en contacto con el deslizador / cubreobjetos y la lente del condensador. Un condensador de inmersión en aceite puede tener normalmente NA de hasta 1.25. Sin esta capa de aceite, no solo no se alcanza la apertura numérica máxima, sino que el condensador no puede enfocar con precisión la luz en el objeto. Los condensadores con una apertura numérica de 0,95 o menos están diseñados para usarse sin aceite u otro líquido en la lente superior y se denominan condensadores secos. Los condensadores dobles de secado / inmersión son básicamente condensadores de inmersión en aceite que, sin embargo, pueden enfocar la luz con el mismo grado de precisión, incluso sin aceite entre la lente superior y la corredera.