1. Conceptos básicos

En el tema anterior ya has estudiado la naturaleza de la luz y su comportamiento. Viste que la luz tiene una doble naturaleza como onda y como partícula (corpúsculo). En este tema nos centraremos en el estudio de las trayectorias de los rayos de luz, por lo que a lo largo del mismo siempre se considerará la luz como partículas y se hará uso del concepto de rayo de luz ya visto y que representaba la dirección de propagación del flujo de energía radiante.

Imagen 2. Asia Creative Commons
Icono IDevice Actividad

Se denomina óptica geométrica a la parte de la óptica que, basada en la noción de rayo luminoso, permite estudiar la construcción de imágenes mediante representaciones geométricas.

Al conjunto de medios por los que la luz se propaga se le denomina sistema óptico.


Para encontrar la trayectoria de los rayos de luz es necesario seguir una serie de leyes que estructuran la óptica geométrica:

1) Ley de propagación rectilínea de la luz

Cuando el rayo de luz viaja en un medio homogéneo e isótropo lo hace siempre en línea recta.

2) Ley de la independencia de los rayos luminosos

Cada rayo de luz es independiente de los demás, esto es, no interaccionan entre sí.

3) Ley de reciprocidad

La trayectoria de todo rayo luminoso es reversible.

4) Leyes de la reflexión y de la refracción

Que ya has estudiado en el tema anterior.

Imagen 3. Jack Delano Dominio público

Todas estas leyes pueden resumirse en una única a partir de la cual es posible deducir el resto: el principio de Fermat.

Icono IDevice Actividad

Principio de Fermat:

El trayecto seguido por un rayo de luz al propagarse de un punto a otro es tal que el tiempo empleado en recorrerlo es el mínimo posible.


AV - Pregunta Verdadero-Falso
Indica si las siguientes afirmaciones relativas a los rayos de luz son verdaderas o falsas:


La óptica geométrica estudia la trayectoria de los rayos luminosos

Verdadero Falso


Si un rayo de luz atraviesa un medio en una misma dirección y por el mismo lugar, su trayectoria depende del sentido en el que la luz se transmite

Verdadero Falso


En óptica geométrica se considera que los rayos luminosos interaccionan entre sí

Verdadero Falso
Icono IDevice Objetivos

Láser

Imagen 4. NASA Dominio público

Los rayos luminosos de luz natural tienen el problema que están formados por la superposición de ondas con distinta dirección, [multidireccional] distinta frecuencia (que como viste en el rango visible implica distinto color) [policromático] y además no están en fase, lo que provoca interferencias destructivas entre ellos [incoherente].

En 1960 T. Maiman construye un dispositivo que denominó LASER, acrónimo de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación), que aprovecha un fenómeno cuántico para generar un rayo luminoso con la misma dirección [unidireccional], igual frecuencia [monocromático] y totalmente en fase [coherente].

Las aplicaciones del Láser son múltiples en nuestra sociedad: electrónica de consumo, informática, análisis de materiales, diagnóstico médico o el mecanizado, soldadura o sistemas de corte industrial.

Estos usos se deben mayoritariamente a la capacidad de focalizar altas energías en un punto diminuto, de unos pocos nanómetros. Así, cuando se enfoca un haz de láser potente sobre un punto, éste recibe una enorme densidad de energía, lo que permite al láser grabar gigabytes de información en un DVD o un Blu-ray.

También supuso un gran avance en el estudio experimental de la óptica geométrica al permitir visualizar los rayos de una forma mucho más clara en los bancos ópticos y aumentar la precisión al disminuir las aberraciones.