ÓPTICA

plano conjugado o un plano focal conjugado de un plano P dado , es el plano P ' tal que los puntos en P se representan en P' . ^[1] Si un objeto se mueve al punto ocupado por su imagen, entonces la nueva imagen del objeto movido aparecerá en el punto donde se originó el objeto. En otras palabras, el objeto y su imagen son intercambiables. Esto proviene del principio de reversibilidad que establece que los rayos de luz viajarán a lo largo del camino de origen si la dirección de la luz se invierte. ^[2] Los puntos que abarcan los planos conjugados se denominan puntos conjugados. ^[3]

En un telescopio , el plano focal del sujeto está en el infinito y el plano de la imagen conjugada, en el que se coloca el sensor de imagen , se dice que es un conjugado infinito . En microscopía y fotografía macro , el sujeto está cerca de la lente, por lo que se dice que el plano en el que se coloca el sensor de imagen es un conjugado finito . Dentro de un sistema con lentes de relevo o oculares , puede haber planos que estén conjugados con la abertura .

 patrón de interferencia o figura de interferencia conoscópica es un patrón de colores birrefringentesatravesados ​​por bandas oscuras (o isogiros ), que se pueden producir utilizando un microscopio petrográfico geológico para la identificación de minerales y la investigación de propiedades químicas, ópticas y minerales . Las cifras se producen por interferencia óptica cuando los rayos de luz divergentes viajan a través de una sustancia ópticamente no isotrópica, es decir, una en la que el índice de refracción de la sustanciavaría en diferentes direcciones dentro de ella. Se puede pensar en la figura como un "mapa" de cómo la birrefringencia de un mineral variaría con el ángulo de visión desde la perpendicular a la diapositiva, donde el color central es la birrefringencia vista mirando hacia abajo y los colores más alejados del centro equivalente. Para ver el mineral en ángulos cada vez mayores de perpendicular. Las bandas oscuras corresponden a posiciones donde se vería la extinción óptica (aparente isotropía). En otras palabras, la figura de interferencia presenta todos los colores de birrefringencia posibles para el mineral a la vez.

Ver la figura de interferencia es una manera infalible de determinar si un mineral es ópticamente uniaxial o biaxial. Si la figura está alineada correctamente, el uso de una placa de tinte sensible junto con el microscopio permite al usuario determinar el signo óptico mineral y el ángulo óptico .

Creación de una figura [ editar ]

En la mineralogía óptica , un microscopio petrográfico y una luz polarizada cruzada se usan a menudo para ver el patrón de interferencia. La sección delgada que contiene el mineral a ser investigado se coloca en el microscopio etapa , por encima de un polarizador lineal , pero con un segundo (el "analizador") entre la lente objetivo y el ocular . El condensador del microscopio.se acerca por debajo del espécimen para producir una amplia divergencia de rayos polarizados a través de un punto pequeño, y la intensidad de la luz aumenta tanto como sea posible (por ejemplo, subir la bombilla y abrir el diafragma). Normalmente se utiliza una lente de objetivo de alta potencia. Esto maximiza el ángulo sólido subtendido por la lente y, por lo tanto, la variación angular de la luz interceptada, y también aumenta la probabilidad de que solo se vea un solo cristal en un momento dado.

Para ver la figura, los rayos de luz que salen del microscopio deben emerger más o menos en paralelo. Esto se logra generalmente ya sea sacando el ocular por completo (si es posible), o colocando una lente Bertrand (Emile Bertrand, 1878) entre la lente del objetivo y el ocular.

Cualquier sección de cristal puede en principio producir un patrón de interferencia. Sin embargo, en la práctica, solo unas pocas orientaciones cristalográficas diferentes son 1. convenientes de identificar, para permitir que se produzca una figura, y 2. capaces de producir información confiable sobre las propiedades del cristal. Por lo general, la orientación más útil y fácil de obtener es una que mira hacia abajo el eje óptico de una sección de cristal, lo que produce una figura conocida como una figura de eje óptico (ver más abajo). Estas orientaciones de cristal se pueden encontrar en una sección delgada buscando cortes a través de minerales que no son isotrópicos, pero que sin embargo aparecen uniformemente negros o gris muy oscuro bajo la luz polarizada cruzada normal en todos los ángulos de la etapa (es decir, están " extintos ")."). Si está lejos de mirar hacia abajo en un eje óptico, se puede ver una figura de destello : un color de birrefringencia de orden superior, interrumpido cuatro veces a medida que la plataforma se gira 360 grados por" destellos "de negro que recorren el campo de ver.

Figuras características de minerales uniaxiales y biaxiales [ editar ]

Bocetos de figuras de interferencia uniaxial, vistas a lo largo del eje óptico de cada mineral. Los colores se aproximan a los colores de birrefringencia que podrían verse si se tratara de un mineral con birrefringencia máxima de segundo orden. El patrón oscuro de "cruz maltesa" es característico de los minerales uniaxiales. También se muestran esquemas de la forma de una sección transversal a través de la indicatriz óptica del mineral (que registra su índice de refracción en 3D) que se vería en cada posición. La dirección alargada se podría distinguir agregando una placa de tinte sensible al microscopio, permitiendo al usuario discriminar entre los minerales "uniaxial positivo" (izquierda) y "uniaxial negativo" (derecha).

Una figura de interferencia producida mirando directamente hacia abajo o cerca del eje óptico de un mineral uniaxial mostrará una característica forma de cruz "maltesa" en sus isogiros. Si está mirando perfectamente hacia abajo en el eje óptico, el patrón permanecerá completamente invariable a medida que se gire el escenario. Sin embargo, si el ángulo de visión está ligeramente alejado del eje óptico, el centro de la cruz girará / girará alrededor del punto central a medida que se gira la plataforma. La forma de la cruz se mantendrá constante a medida que se mueve.

Posibles figuras de interferencia para un mineral biaxial con un gran 2V, visto a lo largo de uno de sus dos ejes ópticos. La forma curva del isogiro es característica de los minerales biaxiales, aunque el grado de curvatura cambiará a medida que se gire la etapa del microscopio, y en algunas orientaciones el patrón se parecerá al patrón de "cruz maltesa" de un mineral uniaxial. La imagen de la mano izquierda ilustra la figura sola; el parche gris en el centro indica los colores de birrefringencia de primer orden (gris) que se ven aquí (el orden de los colores vistos aumentaría en realidad desde el centro, pero estos colores no se muestran). Las dos figuras de la derecha muestran el efecto de agregar una placa de tinte sensible a la configuración, reemplazando el gris en el centro con el azul de segundo orden y los primeros colores amarillos de birrefringencia.

La figura del eje óptico de un mineral biaxial es más compleja. Uno o dos isogiros curvos (a veces llamados "pinceles") serán visibles, uno de los cuales tendrá su punto de curvatura máxima perfectamente centrado. (La figura muestra un ejemplo con un solo isogiro visible). Si hay dos isogiros visibles, se colocarán uno detrás del otro. Girar el escenario hará que los isogiros se muevan y cambien de forma de manera sorprendente, moviéndose desde una posición en la que los isogiros se curvan suavemente y se separan ampliamente en su punto más cercano, y luego se vuelven gradualmente más ajustados / cuadrados en sus puntos medios a medida que se acercan entre sí (a segundo isogiro que aparece fuera del campo de visión, si antes no existía, y luego se fusiona para formar un patrón de cruz maltés muy parecido al de un mineral uniaxial. Si continúa girando el escenario, los isogiros se separarán de nuevo, pero en los cuadrantes opuestos a donde estaban antes, luego se reunirán nuevamente, luego se separarán nuevamente en sus cuadrantes originales, y así sucesivamente. Los isogiros se tocarán entre sí cuatro veces en una revolución de 360 ​​grados, correspondiendo cada vez a uno de losPosiciones de extinción observadas en luz polarizada cruzada normal.

La separación máxima entre isogiros se produce cuando la diapositiva se gira exactamente 45 grados desde una de las orientaciones donde se unen los isogiros. El punto donde los isogiros están más estrechamente curvados representa la posición de cada uno de los dos ejes ópticos presentes para un mineral biaxial, y por lo tanto la separación máxima entre las dos curvas es un diagnóstico del ángulo entre los dos ejes ópticos para el mineral. Este ángulo se denomina ángulo óptico y, a menudo, se indica como "2V" . En algunos casos, conocer el ángulo óptico puede ser una herramienta de diagnóstico útil para discriminar entre dos minerales que de otra manera parecen muy similares. En otros casos, 2V varía con la composición química de una manera conocida para un mineral dado, y su valor medido se puede usar para estimar relaciones entre elementos en elestructura cristalina - por ejemplo, Fe / Mg en olivinos . Sin embargo, en estos casos también es importante estar seguro del signo óptico del mineral (esencialmente, esto le indica cómo se orienta el ángulo óptico con respecto a toda la indicación óptica que describe los índices refractivos del mineral en 3D). El signo óptico y el ángulo óptico se pueden determinar juntos combinando la microscopía de patrón de interferencia con el uso de una placa de tinte sensible .

A cada lado de la "silla de montar" formada por los isogiros, anillos de color birrefringentes corren concéntricamente alrededor de dos ojos, como formas llamadas melanótopos . Las bandas más cercanas son círculos, pero más lejos se vuelven en forma de pera con la parte estrecha que apunta a la silla. Las bandas más grandes que rodean la silla y ambos melanótopos tienen forma de figura 8. ^[1]

Un gráfico Michel-Levy se usa a menudo junto con el patrón de interferencia para determinar información útil que ayuda en la identificación de minerales.

La conoscopia (del griego antiguo κῶνος (konos) "cono, peonza, piña" y σκοπέω (skopeo) "examinar, inspeccionar, mirar o examinar, considerar" es una técnica óptica para hacer observaciones de un espécimen transparente en un cono De los rayos de luz convergentes. Las diversas direcciones de propagación de la luz son observables simultáneamente.

Un conoscopio es un aparato para realizar observaciones y mediciones conoscópicas , a menudo realizadas por un microscopio con una lente de Bertrand para observar la imagen de la dirección . La primera referencia al uso de la conoscopia (es decir, la observación en luz convergente con un microscopio de polarización con una lente Bertrand ) para evaluar las propiedades ópticas de las fases cristalinas líquidas (es decir, la orientación de los ejes ópticos) es en 1911, cuando se utilizó por Mauging para investigar la alineación de las fases nemática y quiral-nemática . ^[1]

Se sabe que un haz de luz convergente (o divergente) es una superposición lineal de muchas ondas planas sobre un cono de ángulos sólidos. El trazado de rayos de la Figura 1 ilustra el concepto básico de conoscopia : la transformación de una distribución direccional de los rayos de luz en el plano focal frontal en una distribución lateral ( imagen de direcciones ) que aparece en el plano focal posterior (que es más o menos curvado). Los haces paralelos elementales entrantes (ilustrados por los colores azul, verde y rojo) convergen en el plano focalposterior de la lente, y la distancia entre su punto focal y el eje óptico es una función (monótona) del ángulo de inclinación del haz.

Figura 1: Imágenes de haces de rayos paralelos elementales para formar una imagen de direcciones en el plano focal posterior de una lente delgada positiva.

Esta transformación se puede deducir fácilmente a partir de dos reglas simples para la lente positiva delgada:

• los rayos a través del centro de la lente permanecen sin cambios,
• Los rayos a través del punto focal frontal se transforman en rayos paralelos.

El objeto de medición generalmente se encuentra en el plano focal frontal de la lente . Para seleccionar un área específica de interés en el objeto (es decir, la definición de un punto de medición o campo de medición), se puede colocar una abertura encima del objeto. En esta configuración solo los rayos del punto de medición (apertura) golpean la lente.

La imagen de la apertura se proyecta a infinito, mientras que la imagen de la distribución direccional de la luz que pasa a través de la apertura (es decir, la imagen de direcciones) se genera en el plano focal posterior de la lente. Cuando no se considera apropiado colocar una abertura en el plano focal frontal de la lente, es decir, en el objeto, la selección del punto de medición (campo de medición) también se puede lograr utilizando una segunda lente. Una imagen del objeto (ubicada en el plano focal frontal de la primera lente) se genera en el plano focal posterior de la segunda lente. La ampliación, M, de esta imagen está dada por la relación de las distancias focales de las lentes L ₁ y L ₂ , M = f ₂ / f ₁.

Figura 2: Formación de una imagen del objeto (apertura) mediante la adición de una segunda lente. El campo de medición está determinado por la apertura ubicada en la imagen del objeto.

Una tercera lente transforma los rayos que pasan a través de la abertura (ubicada en el plano de la imagen del objeto) en una segunda imagen de direcciones que puede ser analizada por un sensor de imagen (por ejemplo, una cámara electrónica).

Figura 3: Trazado de rayos esquemático de un conoscopio completo: formación de la imagen de las direcciones y la imagen del objeto.

La secuencia funcional es la siguiente:

• la primera lente forma la imagen de las direcciones (transformación de direcciones en ubicaciones),
• la segunda lente junto con la primera proyecta una imagen del objeto,
• la apertura permite la selección del área de interés (punto de medición) en el objeto,
• la tercera lente junto con las segundas imágenes la imagen de las direcciones en un sensor óptico bidimensional (por ejemplo, una cámara electrónica).

Esta sencilla disposición es la base de todos los dispositivos conoscópicos (conoscopios). Sin embargo, no es sencillo diseñar y fabricar sistemas de lentes que combinen las siguientes características:

• ángulo máximo de incidencia de luz lo más alto posible (por ejemplo, 80 °),
• Diámetro del punto de medición hasta varios milímetros.
• Rendimiento acromático para todos los ángulos de inclinación.
• Mínimo efecto de polarización de la luz incidente.

El diseño y la fabricación de este tipo de sistema de lentes complejas requiere asistencia mediante modelos numéricos y un proceso de fabricación sofisticado.

Los modernos dispositivos conoscópicos avanzados se utilizan para medir y evaluar rápidamente las propiedades electro-ópticas de las pantallas LCD (por ejemplo, variación de luminancia , contraste y cromaticidadcon la dirección de visualización ).