GENIAL

2. INTRODUCCION
 EN ESTE TRABAJO HABLAREMOS SOBRE LO
QUE ES OPTICA Y LAS DIFERENTES TEORIAS
QUE EXISTEN SOBRE ESTA.
 Y LA RELACION QUE TIENE LA OPTICA CON EL
ELECTROMAGNETISMO.

3. OPTICA
 En la Edad Antigua se conocía la
propagación rectilínea de la luz y la
reflexión y refracción. Dos filósofos y
matemáticos griegos escribieron
tratados sobre óptica: Empédocles y
Euclides.

4.  Ya en la Edad Moderna René
Descartes consideraba la luz como
una onda de presión transmitida a
través de un medio elástico perfecto
(el éter) que llenaba el espacio.
Atribuyó los diferentes colores a
movimientos rotatorios de diferentes
velocidades de las partículas en el
medio

5. La ley de la refracción fue
descubierta experimentalmente en
1621 por Willebrord Snell. En 1657
Pierre de Fermat anunció el
principio del tiempo mínimo y a
partir de él dedujo la ley de la
refracción

6.  En la refracción el rayo de luz que se atraviesa de un
medio transparente a otro, se denomina rayo
incidente; el rayo de luz que se desvía al ingresar al
segundo medio transpartente se denomina rayo
refractado; el ángulo en que el rayo incidente, al
ingresar al segundo medio, forma con la
perpendicular al mismo, se denomina ángulo de
incidencia; el ángulo que el rayo incidente forma con
el rayo refractado, al desviarse, se denomina ángulo
de refracción.

7. Robert Boyle y Robert Hooke y a dicha
teoría la propuso Isaac Newton, los
demás descubrieron, de forma
independiente, el fenómeno de la
interferencia conocido como anillos de
Newton. Hooke también observó la
presencia de luz en la sombra
geométrica, debido a la
difracción, fenómeno que ya había sido
descubierto por Francesco Maria
Grimaldi

8. . Hooke pensaba que la luz
consistía en vibraciones
propagadas instantáneamente a
gran velocidad y creía que en un
medio homogéneo cada vibración
generaba una esfera que crece de
forma regular. Con estas
ideas, Hooke intentó explicar el
fenómeno de la refracción e
interpretar los colores.

9. Sin embargo, los estudios que
aclararon las propiedades de los
colores fueron desarrollados por
Newton que descubrió en 1666 que
la luz blanca puede dividirse en sus
colores componentes mediante un
prisma y encontró que cada color
puro se caracteriza por una
refractabilidad específica.

10. Las dificultades que la teoría
ondulatoria se encontraba para
explicar la propagación rectilínea
de la luz y la polarización
(descubierta por Huygens)
llevaron a Newton a inclinarse por
la teoría corpuscular, que supone
que la luz se propaga desde los
cuerpos luminosos en forma de
partículas.

11. Dispersión de la luz en dos prismas de distinto
material.

12.  En la época en que Newton publicó su
teoría del color, no se conocía si la luz
se propagaba instantáneamente o no.
El descubrimiento de la velocidad finita
de la luz lo realizó en 1675 Olaf
Roemer a partir de observaciones de
los eclipses de Júpiter.

13. Primeras teorías y otros
fenómenos
 Por su parte, Hooke fue de los primeros defensores
de la teoría ondulatoria que fue extendida y
mejorada por Christian Huygens que enunció el
principio que lleva su nombre, según el cual cada
punto perturbado por una onda puede considerarse
como el centro de una nueva onda secundaria, la
envolvente de estas ondas secundarias define el
frente de onda en un tiempo posterior. Con la ayuda
de este principio, consiguió deducir las leyes de la
reflexión y refracción.

14.  También pudo interpretar la doble
refracción del espato de
Islandia, fenómeno descubierto en
1669 por Erasmus Bartholinus, gracias
a la suposición de la transmisión de
una onda secundaria
elipsoidal, además de la principal de
forma esférica.

15.  Durante esta investigación Huygens
descubrió la polarización. Cada uno
de los dos rayos emergentes de la
refracción del espato de Islandia
puede extinguirse haciéndolo pasar
por un segundo cristal del mismo
material, rotado alrededor de un eje
con la misma dirección que el rayo
luminoso.

16.  Fue sin embargo Newton el que
consiguió interpretar este
fenómeno, suponiendo que los rayos
tenían “lados”, propiedad que le
pareció una objeción insuperable para
la teoría ondulatoria de la luz, ya que
en aquella época los científicos sólo
estaban familiarizados con las ondas
longitudinales.

17.  El prestigio de Newton, indujo el
rechazo por parte de la comunidad
científica de la teoría
ondulatoria, durante casi un siglo, con
algunas excepciones, como la de
Leonhard Euler. No fue hasta el
comienzo del Siglo XIX en que
nuevos progresos llevaron a la
aceptación generalizada de la teoría
ondulatoria.

18.  El primero de ellos fue la enunciación
por Thomas Young en 1801, del
principio de interferencia y la
explicación de los colores de películas
delgadas. Sin embargo, como fueron
expresadas en términos cualitativos
no consiguieron reconocimiento
generalizado. En esta misma época
Étienne-Louis Malus describió la
polarización por reflexión,

19.  en 1808 observó la reflexión del Sol
desde una ventana a través de un
cristal de espato de Islandia y
encontró que las dos imágenes
birrefringentes variaban sus
intensidades relativas al rotar el
cristal, aunque Malus no intentó
interpretar el fenómeno.

20. Aportes de Fresnel
 Augustin-Jean Fresnel ganó un
premio instituido en 1818 por la
academia de París por la explicación
de la difracción, basándose en la
teoría ondulatoria, que fue la primera
de una serie de investigaciones
que, en el curso de algunos
años, terminaron por desacreditar
completamente la teoría corpuscular.

21.  Los principios básicos utilizados
fueron: el principio de Huygens y el de
interferencia de Young, los
cuales, según demostró Fresnel, son
suficientes para explicar, no sólo la
propagación rectilínea, sino las
desviaciones de dicho
comportamiento (como la difracción).

22.  Fresnel calculó la difracción causada
por rendijas, pequeñas aperturas y
pantallas. Una confirmación
experimental de su teoría de la
difracción fue la verificación realizada
por François Jean Dominique Arago
de una predicción de Poisson a partir
de las teorías de Fresnel, que es la
existencia de una mancha brillante en
el centro de la sombra de un disco
circular pequeño.

23.  En el mismo año Fresnel también
investigó el problema de la influencia
del movimiento terrestre en la
propagación de la luz. Básicamente
el problema consistía en determinar
si existe alguna diferencia entre la luz
de las estrellas y la de fuentes
terrestres

24.  Arago encontró experimentalmente
que (aparte de la aberración) no había
diferencia. Sobre la base de este
descubrimiento Fresnel desarrolló su
teoría de la convección parcial del éter
por interacción con la materia, sus
resultados fueron confirmados
experimentalmente en 1851 por
Armand Hyppolyte.

25.  Junto con Arago, Fresnel investigó la
interferencia de rayos polarizados y
encontró en 1816 que dos rayos
polarizados perpendicularmente uno
al otro, nunca interferían. Este hecho
no pudo ser reconciliado con la
hipótesis de ondas longitudinales,

26. que hasta entonces se había dado
por segura. Young explicó en 1817
el fenómeno con la suposición de
ondas transversales.

27.  Fresnel intentó explicar la
propagación de la luz como ondas en
un material (éter) y dado que en un
fluido sólo son posibles las
oscilaciones elásticas
longitudinales, concluyó que el éter
debía comportarse como un
sólido, pero como en aquella época la
teoría de ondas elásticas en sólidos
no estaba desarrollada

28.  Fresnel intentó deducir las propiedades del éter de la
observación experimental. Su punto de partida fueron
las leyes de propagación en cristales. En
1832, William Rowan Hamilton predijo a partir de las
teorías de Fresnel la denominada refracción
cónica, confirmada posteriormente de forma
experimental por Humprey Lloyd

29.  Fue también Fresnel el que en 1821
dio la primera indicación de las causas
de la dispersión al considerar la
estructura molecular de la
materia, idea desarrollada
posteriormente por Cauchy.

30.  Los modelos dinámicos de los
mecanismos de las vibraciones del
éter, llevaron a Fresnel a deducir las
leyes que ahora llevan su nombre y
que gobiernan la intensidad y
polarización de los rayos luminosos
producidos por la reflexión y
refracción.

31. La teoría del éter
 En 1850 Foucault, Fizeau y Breguet
realizaron un experimento crucial
para decidir entre las teorías
ondulatoria y corpuscular. El
experimento fue propuesto
inicialmente por Arago y consiste en
medir la velocidad de la luz en aire y
agua.

32.  La teoría corpuscular explica la
refracción en términos de la atracción
de los corpúsculos luminosos hacia el
medio más denso, lo que implica una
velocidad mayor en el medio más
denso.

33.  Por otra parte, la teoría ondulatoria
implica, de acuerdo con el principio de
Huygens que en el medio más denso
la velocidad es menor.
 En las décadas que siguieron, se
desarrolló la teoría del éter.

34.  El primer paso fue la formulación de
una teoría de la elasticidad de los
cuerpos sólidos desarrollada por
Claude Louis Marie Henri Navier que
consideró que la materia consiste de
un conjunto de partículas ejerciendo
entre ellas fuerzas a lo largo de las
líneas que los unen.

35.  Diferentes desarrollos aplicables a la
Óptica fueron realizados por Siméon
Denis Poisson, George Green, James
MacCullagh y Franz Neuman. Todas
ellas encontraban dificultades por
intentar explicar el fenómeno óptico en
términos mecánicos.

36.  Por ejemplo, al incidir sobre un medio
una onda transversal, se deberían
producir ondas, tanto longitudinales
como transversales, pero, según los
experimentos de Arago y Fresnel, solo
se producen del segundo tipo. Otra
objeción a la hipótesis del éter es la
ausencia de resistencia al movimiento
de los planetas.

37.  Un primer paso para abandonar el
concepto de éter elástico lo realizó
MacCullagh, que postuló un medio
con propiedades diferentes a la de los
cuerpos ordinarios. Las leyes de
propagación de ondas en este tipo de
éter son similares a las ecuaciones
electromagnéticas de Maxwell.

38.  A pesar de las dificultades, la teoría
del éter elástico persistió y recibió
aportaciones de físicos del siglo XIX,
entre ellos William Thomson (Lord
Kelvin), Carl Neumann, John William
Strutt (Lord Rayleigh) y Gustav
Kirchhoff.

39. electromagnéticas
 Mientras tanto, las investigaciones en electricidad y
magnetismo se desarrollaban culminando en los
descubrimientos de Michael Faraday. James Clerk
Maxwell consiguió resumir todo el conocimiento
previo en este campo en un sistema de ecuaciones
que establecían la posibilidad de ondas
electromagnéticas con una velocidad que podía
calcularse a partir de los resultados de medidas
eléctricas y magnéticas

41.  Cuando Rudolph Kohlrausch y
Wilhelm Eduard Weber realizaron
estas medidas, la velocidad obtenida
resultó coincidir con la velocidad de la
luz. Esto llevó a Maxwell a especular
que las ondas luminosas eran
electromagnéticas, lo que se verificó
experimentalmente en 1888 por
Heinrich Hertz.

42. La teoría cuántica
 Pero, incluso la teoría
electromagnética de la luz es incapaz
de explicar el proceso de emisión y
absorción. Para ello, Einstein y otros
desarollaron una teoría cuántica
basada en fotones de luz difractada.

43.  Esta línea de investigación ha
permitido desarrollar una teoría bien
verificada experimentalmente, y que
ha supuesto la base de la óptica
cuántica tal y como la conocemos hoy
en día.

44.  Las leyes que rigen estos últimos
procesos comenzaron a dilucidarse
con Joseph von Fraunhofer que
descubrió entre 1814-1817 líneas
oscuras en el espectro solar. La
interpretación como líneas de
absorción de las mismas se dio por
primera vez en 1861 sobre la base de
los experimentos de Robert Wilhelm
Bunsen y Gustav Kirchhoff.

45.  La luz de espectro continuo del Sol, al
pasar por los gases de la atmósfera
solar, pierde por
absorción, justamente aquellas
frecuencias que los gases que la
componen emiten. Este
descubrimiento marca el inicio del
análisis espectral que se base en que
cada elemento químico tiene un
espectro de líneas característico.

46.  El estudio de estos espectros no
pertenece exclusivamente al campo
de la Óptica ya que involucra la
mecánica de los propios átomos y las
leyes de las líneas espectrales
revelan información, no tanto sobre la
naturaleza de la luz como la
estructura de las partículas emisoras.

47.  Finalmente la comunidad científica
acabó aceptando que la mecánica
clásica es inadecuada para una
descripción correcta de los sucesos
que ocurren en el interior de los
átomos y debe ser reemplazada por la
teoría cuántica. La aplicación de la
misma permitió a Niels Bohr explicar
las leyes de las líneas espectrales de
los gases.

48.  Así pues, la mecánica cuántica ha
influido decisivamente sobre el
concepto científico de la naturaleza de
la luz. Fue Albert Einstein el
que, basándose en los cuantos de
Planck retomó la teoría corpuscular de
la luz en una nueva
forma, asignándole realidad física de
dichos cuantos (fotones).

49.  De este modo pudo explicar algunos
fenómenos que se habían
descubierto, relativos a la
transformación de la luz en energía
corpuscular que eran inexplicables
con la teoría ondulatoria. Así, en el
efecto fotoeléctrico la energía
impartida a las partículas secundarias
es independiente de la intensidad y es
proporcional a la frecuencia de la luz.

50.  La teoría detallada de la interacción
entre campo y materia requiere de los
métodos de la mecánica cuántica
(cuantización del campo). En el caso
de la radiación
electromagnética, Dirac fue el primero
en realizarlo, fundando las bases de
la óptica cuántica.

51.  La óptica a su vez ha influido
decisivamente en otros frentes de la
física, en particular la rama de la
óptica de cuerpos en movimiento
participó en el desarrollo de la teoría
de la relatividad. El primer fenómeno
observado en este campo fue la
aberración de las estrellas fijas,
estudiado por James Bradley en
1728.

52.  El fenómeno aparece con la
observación de las estrellas en
diferentes posiciones
angulares, dependiendo del
movimiento de la Tierra respecto a la
dirección del haz de luz. Bradley
interpretó el fenómeno como causado
por la velocidad finita de la luz y pudo
determinar su velocidad de este
modo.

53.  Otro fenómeno de la óptica de
cuerpos en movimiento es la
convección de la luz por los cuerpos
en movimiento, que Fresnel mostró se
podía entenderse como la
participación de éter en el movimiento
con sólo una fracción de la velocidad
del cuerpo en movimiento.

54.  Fizeau demostró después esta
convección experimentalmente con la
ayuda de flujos de agua. El efecto del
movimiento de la fuente luminosa fue
estudiado por Christian Doppler, que
formuló el principio de su mismo
nombre. Hertz fue el primero en
intentar generalizar las leyes de
Maxwell a objetos en movimiento.

55.  Su formulación, sin embargo, entraba en conflicto
con algunos experimentos. Otro investigador en este
campo fue Hendrik Antoon Lorentz que supuso el
éter en estado de reposo absoluto como portador del
campo electromagnético y dedujo las propiedades
de los cuerpos materiales a partir de la interacción
de partículas eléctricas elementales (los electrones).

56.  Pudo deducir el coeficiente de
convección de Fresnel a partir de su
teoría, así como el resto de
fenómenos conocidos en 1895. Sin
embargo con la mejora de la precisión
en la determinación de caminos
ópticos, obtenida gracias al
interferómetro de Albert Abraham
Michelson con el que se descubrió
una anomalía:

57.  resultó imposible demostrar la
existencia de un corrimiento del éter
requerida por la teoría del éter
estacionario. Esta anomalía fue
resuelta por Albert Einstein en 1905
con su teoría especial de la
relatividad.

59. Óptica moderna
 La óptica moderna abarca las áreas
de la ciencia y la ingeniería óptica que
se hicieron populares en el siglo XX.
Estas áreas de la ciencia óptica
normalmente se refieren a la
electromagnética o las propiedades
cuánticas de la luz, pero no incluyen
otros temas.

60.  Un subcampo importante de la óptica
moderna, la óptica cuántica , que trata
de propiedades mecánicas
especialmente la cuántica de la luz.
La óptica cuántica no es sólo
teórica, algunos de los dispositivos
modernos, como el láser, tienen sus
principios de funcionamiento que
dependen de la mecánica cuántica.

61.  Detectores de luz, tales como fotomultiplicadores y
channeltrons , responden a fotones individuales.
Sensores electrónicos de imagen , como CCDs , la
exposición de ruido de disparo correspondiente a las
estadísticas de los distintos eventos de
fotones.Diodos emisores de luz y células
fotovoltaicas , tampoco pueden entenderse sin la
mecánica cuántica

62.  En el estudio de estos dispositivos,la
óptica cuántica a menudo se
superpone con la electrónica cuántica
.
 Áreas especializadas en la
investigación de la óptica incluyen el
estudio de cómo la luz interactúa con
materiales específicos como en la
óptica de cristal y metamateriales .

63.  Otra investigación se centra en la fenomenología de
las ondas electromagnéticas, como en óptica
singular , la óptica sin imágenes , la óptica no lineal y
óptica estadística , y radiometría . Además, los
ingenieros informáticos han tomado un interés en la
óptica integrada , la visión artificial y computación
fotónica como posibles componentes de la "próxima
generación" de ordenadores.

64.  Hoy en día, la ciencia pura de la óptica se llama la
ciencia óptica o física óptica para distinguirlo de las
ciencias aplicadas óptica, que se conocen como
ingeniería óptica . Subcampos destacados de la
ingeniería óptica incluyen ingeniería de iluminación
, la fotónica y optoelectrónica , con aplicaciones
prácticas como objetivo el diseño , fabricación y
ensayo de componentes ópticos y de procesamiento
de imágenes .

65.  Algunos de estos campos se
superponen, con límites difusos entre
los términos de los temas que
significan cosas diferentes en
diferentes partes del mundo y en
diferentes áreas de la industria.

67. Láser
 Un láser es un dispositivo que emite
luz (radiación electromagnética) a
través de un proceso conocido como
emisión estimulada . El término láser
es un acrónimo para la amplificación
de luz por emisión estimulada de
radiación .

68.  La luz láser es generalmente
coherente , lo que significa que la luz
es emitida en un estrecho de baja
divergencia del haz , o se puede
convertir en una con el la ayuda de
componentes ópticos tales como
lentes

69.  El primer láser fue demostrado el 16
de mayo de 1960 por Theodore
Maiman en el Hughes Research
Laboratories . Cuando se inventó por
primera vez, se les llamaba "una
solución buscando un problema".
Desde entonces, los láseres se han
convertido en uno de varios millones
de dólares de la industria, la búsqueda
de la utilidad en miles de aplicaciones
muy variadas.

70.  La primera aplicación de los láseres visibles en la
vida cotidiana de la población en general era el
supermercado de código de barras
escáner, introducido en 1974. El reproductor de
laserdisc , introducido en 1978, fue el primer
producto de consumo con éxito para incluir un
láser, pero el reproductor de discos compactos fue el
primer dispositivo equipado con láser que llegó a ser
verdaderamente común en los hogares de los
consumidores, a partir de 1982.

71.  Estos dispositivos de almacenaje ópticos usan un
láser de semiconductor de menos de un milímetro de
ancho para explorar la superficie de la disco para la
recuperación de datos. La comunicación de fibra
óptica confía en lásers para transmitir las cantidades
grandes de información en la velocidad de luz. Otros
usos comunes de lásers incluyen impresoras de
láser e indicadores de láser.

72.  Los lásers son usados en la medicina
en áreas como "la cirugía sin sangre"
, la cirugía de ojo de láser, y la
microdisección de captura de láser y
en usos militares como sistemas de
defensa de misil, contramedidas
electrópticas (EOCM), y LIDAR. Los
lásers también son usados en
hologramas, juegos de luces de
láser, y el retiro de pelo de láser.

73. Teorías científicas
 Desde el punto de vista físico, la luz
es una onda electromagnética. Según
el modelo utilizado para la luz, se
distingue entre las siguientes
ramas, por orden creciente de
precisión (cada rama utiliza un
modelo simplificado del empleado por
la siguiente):

74.  La óptica geométrica: Trata a la luz
como un conjunto de rayos que
cumplen el principio de Fermat. Se
utiliza en el estudio de la transmisión
de la luz por medios homogéneos
(lentes, espejos), la reflexión y la
refracción.

75.  La óptica electromagnética u óptica
física: Considera a la luz como una
onda electromagnética, explicando
así la
difracción, interferencia, reflectancia y
transmitancia, y los fenómenos de
polarización y anisotropía.

76.  La óptica cuántica: Estudio cuántico
de la interacción entre las ondas
electromagnéticas y la materia, en el
que la dualidad onda-corpúsculo
desempeña un papel crucial.

77. Espectro electromagnético
 Si bien la Óptica se inició como una rama de la física
distinta del electromagnetismo en la actualidad se
sabe que la luz visible parte del espectro
electromagnético, que no es más que el conjunto de
todas las frecuencias de vibración de las ondas
electromagnéticas. Los colores visibles al ojo
humano se agrupan en la parte del "Espectro
visible".