Óptica paraxial (I)
Entendemos por sistema óptico un conjunto de superficies que separan medios de distintos índices. Podemos distinguir:
-Sistemas ópticos de revolución: Si las superficies tienen simetría de revolución respecto a un mismo eje.
-S.O centrado: si los centros de las superficies están alineados. Son los mñas usados en óptica.
-dióptrico: formado sólo por superficies refractantes.
-catóptico: formado sólo por espejos.
-Catadióptico: si está formado por ambos.
A continuación veremos una serie de conceptos básicos en la representaciones:
O: punto objeto
O´: punto imagen
Objeto real: los rayos salen realmente de O
Imagen real: si los rayos se cortan realmente en O´, pudiéndolos observar, por ejemplo, sobre una pantalla.
Imagen virtual: se cortan las prolongaciones de los rayos en sentido contrario a la propagación de la luz. No se observan sobre una pantalla.
Objeto virtual: Por ejemplo si O´ fuese objeto para un segundo sistema.
Espacio objeto: Todo el espacio geométrico donde puede haber objetos (reales o virtuales).
Espacio imagen: Todo el espacio geométrico donde puede haber imágenes (reales o virtuales).
Todo el espacio a la vez es espacio objeto e imagen. Sin embargo, suele entenderse por espacio objeto la parte de la izquierda de un sistema y espacio imagen la parte derecha suponiendo que la luz va de izquierda a derecha,
Los objetos, al igual que las imágenes, pueden ser puntuales y extensos. La imagen de un objeto extenso está formada por las imágenes puntuales de todos los puntos del objeto.
Objeto e imagen son conjugados respecto del sistema, esto es, el sistema representa al objeto en su imagen.
Las relaciones geométricas entre objeto e imagen constituyen la teoría de la representación óptica.
Lo ideal será que un sistema óptico represente el espacio objeto en el correspondiente espacio imagen estableciendo una semejanza para dos figuras conjugadas cualesquiera (sistema óptico perfecto).
En un sistema óptico perfecto, para un par de puntos O y O´, todos los rayos que emergen (real o virtualmente) de O pasan (real o virtualmente) por O` después de atravesar el sistema, ésto es, O y O´ son puntos conjugados y el sistema es estigmático.
En un sistema que relaciona estigmáticamente O y O´, el camino óptico entre O y O` es el mismo para todos los rayos que unen dichos puntos.
En el estudio de los sistemas ópticos perfectos se representan los objetos y las imágenes en un plano meridiano, por flechas normales al eje.
La esfera es la superficie de mayor interés en óptica debido a su simetría y gracias a ella vamos a establecer el convenio de notación de signo utilizado en óptica geométrica:
-los elementos que hacen referencia a la imagen se indican con las mismas letras que los homólogos del objeto pero con primas.
-Para las distancias a lo largo del eje o de cualquier rayo, se toma como sentido positivo el de la luz incidente, que es siempre de izquierda a derecha.
-El radio de curvatura es positivo si el centro de la superficie está a la derecha del vértice y negativo si está ala izquierda.
-Los segmentos normales al eje son positivos hacia arriba y negativos hacia abajo.
-Los ángulos de incidencia y refracción de un rayo son positivos si al llevar el rayo, por giro, a coincidir con la normal a la superficie por el camino angular más corto, se va en el sentido de las agujas del reloj.
-Los ángulos con el eje son positivos si al llevar el rayo que los forma a coincidir por giro con el eje, se va en sentido contrario a las agujas del reloj.