ÓPTICA

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Esquema de un éter de Gires-Tournois cuando la luz incide con una incidencia normal en la primera placa reflectante.

En óptica , un éter de Gires-Tournois es una placa transparente con dos superficies reflectantes, una de las cuales tiene una reflectividad muy alta, idealmente unidad. Debido a la interferencia de múltiples haces, la luz que incide en un etalon de Gires-Tournois se refleja (casi) por completo, pero tiene un cambio de fase efectivo que depende en gran medida de la longitud de onda de la luz.

La compleja reflectividad de amplitud de un éter de Gires-Tournois está dada por

$${\ displaystyle r = - {\ frac {r_ {1} -e ^ {- i \ delta}} {1-r_ {1} e ^ {- i \ delta}}}}

donde r ₁ es la reflectividad de amplitud compleja de la primera superficie,

$${\ displaystyle \ delta = {\ frac {4 \ pi} {\ lambda}} nt \ cos \ theta _ {t}}

n es el índice de refracción de la placa.

t es el espesor de la placa

θ _t es el ángulo de refracción que hace la luz dentro de la placa, y

λ es la longitud de onda de la luz en el vacío.

No lineal de desplazamiento de fase efectiva [ editar ]

Desplazamiento de fase no lineal Φcomo función de δ para diferentes valores R : (a) R = 0, (b) R = 0.1, (c) R= 0.5, y (d) R = 0.9.

Suponer que $${\ displaystyle r_ {1}}es real. Entonces$${\ displaystyle | r | = 1}, independiente de $${\ displaystyle \ delta}. Esto indica que toda la energía incidente se refleja y la intensidad es uniforme. Sin embargo, la reflexión múltiple provoca un desplazamiento de fase no lineal. $${\ displaystyle \ Phi}.

Para mostrar este efecto, asumimos $${\ displaystyle r_ {1}} es real y $${\ displaystyle r_ {1} = {\ sqrt {R}}}, dónde $${\ displaystyle R}Es la reflectividad de intensidad de la primera superficie. Definir el cambio de fase efectivo.$${\ displaystyle \ Phi} mediante

$${\ displaystyle r = e ^ {i \ Phi}.}

Se obtiene

Reflectividad de amplitud y retardo de grupo inducido por un interferómetro Gires-Tournois con la reflectividad de intensidad de la primera superficie. $${\ displaystyle R}= 0.3 y la de la segunda superficie es $${\ displaystyle R_ {2}}= 1, es decir, como para un reflector perfecto (línea azul). En este caso, la reflectividad de amplitud es la unidad para todas las frecuencias y el comportamiento resonante del interferómetro se observa solo en el retraso de grupo impartido. Como$${\ displaystyle R_ {2}}se vuelve más pequeño que 1 (líneas rojas y verdes), por ejemplo, debido a las pérdidas en el reflector, el interferómetro Gires-Tournois comienza a comportarse como un etalón de Fabry-Pérot. Otros parámetros del cálculo son.$${\ displaystyle t}= 30 μm, $${\ displaystyle n}= 1 y $${\ displaystyle \ theta _ {t}}= 0.

$${\ displaystyle \ tan \ left ({\ frac {\ Phi} {2}} \ right) = - {\ frac {1 + {\ sqrt {R}}} {1 - {\ sqrt {R}}}} \ tan \ left ({\ frac {\ delta} {2}} \ right)}

Para R = 0, no hay reflexión desde la primera superficie y el desplazamiento de fase no lineal resultante es igual al cambio de fase de ida y vuelta ($${\ displaystyle \ Phi = \ delta}) - Respuesta lineal. Sin embargo, como puede verse, cuando se aumenta R , el cambio de fase no lineal$${\ displaystyle \ Phi} da la respuesta no lineal a $${\ displaystyle \ delta}y muestra un comportamiento escalonado. Gires – Tournois etalon tiene aplicaciones para la compresión de pulso por láser y el interferómetro no lineal de Michelson .

Los etalones de Gires-Tournois están estrechamente relacionados con los etalones de Fabry-Pérot . Esto se puede ver al examinar la reflectividad total de un etalon de Gires-Tournois cuando la reflectividad de su segunda superficie es menor que 1. En estas condiciones, la propiedad$${\ displaystyle | r | = 1}Ya no se observa: la reflectividad comienza a mostrar un comportamiento resonante que es característico de los etalones de Fabry-Pérot.

"Brillante" redirige aquí. Para el sitio web de la moda, ver Digiday .

Reflejo de brillo

El brillo es una propiedad óptica que indica qué tan bien una superficie refleja la luz en una dirección especular (como un espejo). Es uno de los parámetros importantes que se utilizan para describir la apariencia visualde un objeto. Los factores que afectan el brillo son el índice de refracción del material, el ángulo de la luz incidente y la topografía de la superficie .

El brillo aparente depende de la cantidad de reflexión especular (la luz reflejada desde la superficie en una cantidad igual y el ángulo simétrico al de la luz entrante, en comparación con la reflexión difusa) , la cantidad de luz dispersada en otras direcciones.

Teoría [ editar ]

Reflexión especular y difusa.

Cuando la luz ilumina un objeto, interactúa con él de varias maneras:

• Absorbido dentro de ella (en gran parte responsable del color)
• Transmitido a través de él (depende de la transparencia y opacidad de la superficie)
• Dispersos desde o dentro de ella (reflexión difusa, bruma y transmisión)
• Especularmente reflejado desde él (brillo)

Las variaciones en la textura de la superficie influyen directamente en el nivel de reflexión especular. Los objetos con una superficie lisa, es decir, altamente pulidos o que contienen recubrimientos con pigmentos finamente dispersos, se ven brillantes al ojo debido a que una gran cantidad de luz se refleja en una dirección especular, mientras que las superficies ásperas no reflejan luz especular ya que la luz se dispersa en otras direcciones y por lo tanto aparece aburrido. Las cualidades de formación de la imagen de estas superficies son mucho más bajas, lo que hace que los reflejos aparezcan borrosos y distorsionados.

El tipo de material de sustrato también influye en el brillo de una superficie. Los materiales no metálicos, es decir, plásticos, etc. producen un nivel más alto de luz reflejada cuando se iluminan con un ángulo de iluminación mayor debido a que la luz es absorbida por el material o dispersada de manera difusa según el color del material. Los metales no sufren este efecto produciendo mayores cantidades de reflexión en cualquier ángulo.

La fórmula de Fresnel da la reflectancia especular, $${\ displaystyle R_ {s}}, para una luz de intensidad no polarizada $${\ displaystyle I_ {0}}, en ángulo de incidencia $${\ displaystyle i}, dando la intensidad del haz de intensidad reflejado especularmente. $${\ displaystyle I_ {r}}, mientras que el índice de refracción de la muestra de superficie es $${\ displaystyle m}.

La ecuación de Fresnel se da como sigue:$${\ displaystyle R_ {s} = {\ frac {I_ {r}} {I_ {0}}}}

$${\ displaystyle R_ {s} = {\ frac {1} {2}} \ left [\ left ({\ frac {\ cos i - {\ sqrt {m ^ {2} - \ sin ^ {2} i} }} {\ cos i + {\ sqrt {m ^ {2} - \ sin ^ {2} i}}}} \ right) ^ {2} + \ left ({\ frac {m ^ {2} \ cos i - {\ sqrt {m ^ {2} - \ sin ^ {2} i}}} {m ^ {2} \ cos i + {\ sqrt {m ^ {2} - \ sin ^ {2} i}}} } \ right) ^ {2} \ right]}

Rugosidad de la superficie [ editar ]

Figura 1: Reflexión especular de la luz desde una superficie rugosa.

La rugosidad de la superficie en el rango de micrómetros influye en los niveles de reflectancia especular. El diagrama de la derecha muestra la reflexión en ángulo.$${\ displaystyle i} Sobre una superficie rugosa con una altura característica de rugosidad. $${\ displaystyle h}. La diferencia de trayectoria entre los rayos reflejados desde la parte superior e inferior de los baches superficiales es:

$${\ displaystyle \ Delta r = 2h \ cos i \;}

Cuando la longitud de onda de la luz es $${\ displaystyle \ lambda}, la diferencia de fase será:

$${\ displaystyle \ Delta \ phi = {\ frac {4 \ pi h \ cos i} {\ lambda}} \;}

Si $${\ displaystyle \ Delta \ phi \;}es pequeño, los dos haces (ver Figura 1) están casi en fase y, por lo tanto, la superficie de la muestra puede considerarse lisa. Pero cuando$${\ displaystyle \ Delta \ phi = \ pi \;}Luego, las vigas no están en fase y, a través de la interferencia, se producirá una cancelación mutua. La baja intensidad de la luz reflejada especularmente significa que la superficie es áspera y dispersa la luz en otras direcciones. Si un criterio arbitrario para una superficie lisa es{\ displaystyle \ Delta \ phi <{\ frac {\ pi} {2}}}, entonces la sustitución en la ecuación anterior producirá:

{\ displaystyle h <{\ frac {\ lambda} {8 \ cos i}} \;}

Esta condición de superficie lisa se conoce como el criterio de Rayleigh.

Historia [ editar ]

Los primeros estudios sobre la percepción del brillo se atribuyen a Ingersoll ^[1] [2], quien en 1914 examinó el efecto del brillo en el papel. Al medir cuantitativamente el brillo utilizando la instrumentación, Ingersoll basó su investigación en torno a la teoría de que la luz está polarizada en la reflexión especular, mientras que la luz reflejada de manera difusa no está polarizada. El “glarímetro” de Ingersoll tenía una geometría especular con incidentes y ángulos de visión a 57.5 °. El uso de este brillo de configuración se midió utilizando un método de contraste que restó el componente especular de la reflectancia total utilizando un filtro polarizador.

En el trabajo de 1930 de AH Pfund, ^[3] sugirió que aunque el brillo especular es la evidencia básica (objetiva) de brillo, el aspecto brillante real de la superficie (subjetivo) se relaciona con el contraste entre el brillo especular y la luz difusa del área de la superficie circundante ( ahora llamado "brillo de contraste" o "brillo").

Si las superficies blancas y negras del mismo brillo se comparan visualmente, la superficie negra siempre aparecerá más brillante debido al mayor contraste entre el resalte especular y el entorno negro en comparación con el de la superficie blanca y el entorno. Pfund también fue el primero en sugerir que se necesitaba más de un método para analizar el brillo correctamente.

En 1937, Hunter, ^[4], como parte de su trabajo de investigación sobre el brillo, describió seis criterios visuales diferentes atribuidos al brillo aparente. Los siguientes diagramas muestran las relaciones entre un haz de luz incidente, I, un haz reflejado especularmente, S, un haz reflejado difusamente, D y un haz reflejado casi especularmente, B.

• Brillo especular: el brillo percibido y el brillo de los reflejos

Definido como la relación de la luz reflejada desde una superficie en un ángulo igual pero opuesto a ese incidente en la superficie.

• Brillo - el brillo percibido en ángulos de pastoreo bajos

Definido como el brillo en ángulos de incidencia y visión de pastoreo.

• Brillo de contraste: el brillo percibido de las áreas que reflejan de manera difusa y especular

Definido como la relación de la luz reflejada especularmente a aquella reflejada difusamente normal a la superficie;

• Ausencia de floración - la nubosidad percibida en los reflejos cerca de la dirección especular

Definido como una medida de la ausencia de neblina o una apariencia lechosa adyacente a la luz especularmente reflejada: la neblina es la inversa de la ausencia de floración

• Distinción de brillo de imagen: identificada por la distinción de las imágenes reflejadas en superficies

Definido como la nitidez de la luz reflejada especularmente.

• Brillo de la textura de la superficie: identificado por la falta de textura de la superficie y manchas en la superficie

Definido como la uniformidad de la superficie en términos de textura y defectos visibles (cáscara de naranja, rasguños, inclusiones, etc.)

Por lo tanto, una superficie puede aparecer muy brillante si tiene una reflectancia especular bien definida en el ángulo especular. La percepción de una imagen reflejada en la superficie se puede degradar al aparecer sin enfoque, o al parecer de bajo contraste. El primero se caracteriza por la medición de la distinción de la imagen y el segundo por la bruma o el contraste.

En su artículo, Hunter también destacó la importancia de tres factores principales en la medición del brillo:

• La cantidad de luz reflejada en la dirección especular.
• La cantidad y la forma en que la luz se extiende alrededor de la dirección especular
• El cambio en la reflexión especular a medida que cambia el ángulo especular.

Para su investigación, utilizó un medidor de brillo con un ángulo especular de 45 °, al igual que la mayoría de los primeros métodos fotoeléctricos de ese tipo, estudios posteriores realizados por Hunter y Judd en 1939, ^[5] en un número mayor de muestras pintadas, concluyó que La geometría de 60 grados fue el mejor ángulo de uso para proporcionar la correlación más cercana a una observación visual.

Medición de brillo estándar [ editar ]

Hunter y ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales) lideraron la estandarización en la medición del brillo, quienes produjeron el método de prueba estándar ASTM D523 para el brillo especular en 1939. Esto incorporó un método para medir el brillo a un ángulo especular de 60 °. Las ediciones posteriores de la Norma (1951) incluyeron métodos para medir a 20 ° para evaluar acabados de alto brillo, desarrollados en DuPont Company (Horning y Morse, 1947) y 85 ° (mate o bajo, brillo).

ASTM tiene una serie de otros estándares relacionados con el brillo diseñados para su aplicación en industrias específicas, incluido el antiguo método de 45 ° que se usa principalmente ahora para cerámicas esmaltadas, polietileno y otras películas plásticas.

En 1937, la industria del papel adoptó un método de brillo especular de 75 ° porque el ángulo daba la mejor separación de los papeles de libro recubiertos. ^[6] Este método fue adoptado en 1951 por la Asociación Técnica de Industrias de Pulpa y Papel como el Método TAPPI T480.

En la industria de la pintura, las mediciones del brillo especular se realizan de acuerdo con la Norma Internacional ISO 2813 (BS 3900, Parte 5, Reino Unido; DIN 67530, Alemania; NFT 30-064, Francia; AS 1580, Australia; JIS Z8741, Japón, son también equivalente). Este estándar es esencialmente el mismo que ASTM D523, aunque se redacta de manera diferente.

Los estudios de superficies metálicas pulidas y guarniciones de automóviles de aluminio anodizado en la década de 1960 por Tingle, ^[7] [8] Potter y George condujeron a la normalización de la medición del brillo de superficies de alto brillo por goniophotometry bajo la designación E430 de ASTM. En esta norma, también definió métodos para la medición de la distinción del brillo de la imagen y la bruma de reflexión.