Fundamentos de Óptica Física: Dispersión, Aberraciones y la Visión Humana

Dispersión de la Luz y sus Efectos Ópticos

El índice de refracción de un material tiene una ligera dependencia con la longitud de onda de la luz que se propaga en su interior. En la mayoría de los materiales, el índice se reduce cuando aumentamos la longitud de onda. A esta dependencia del índice de refracción con la longitud de onda se le denomina dispersión cromática.

Supongamos que tenemos un prisma de dispersión, que consiste en un prisma de base triangular de vidrio con propiedades dispersivas. Si le hacemos incidir un haz plano de luz blanca, cada longitud de onda se refracta con un ángulo ligeramente diferente. Esto provoca que las diferentes longitudes de onda se separen en su interior. Cuando se produce la segunda refracción en la otra cara del prisma, las longitudes de onda se separan aún más.

Aberraciones Ópticas: Causas y Tipos

Cuando los rayos que provienen de un punto de un objeto no se enfocan en un mismo punto imagen, la imagen resultante aparece borrosa. Este fenómeno se conoce como aberración. Las aberraciones pueden ser producidas por diversas causas, dando lugar a diferentes tipos.

Cuando tenemos una lente o un espejo esféricos y un punto objeto en el eje, los rayos que inciden alejados del eje focalizan en posiciones ligeramente diferentes a los rayos que inciden cercanos al eje. Esto provoca que no todos los rayos se enfoquen en el mismo punto. En este caso, un punto objeto tendrá como imagen un disco circular. A este fenómeno se le denomina aberración esférica. Si en lugar de un punto objeto tenemos un objeto extenso, la imagen formada será borrosa y se producirá distorsión.

Una importante aberración que se produce solo en las lentes y no en los espejos es la conocida como aberración cromática. Si el índice de refracción de una lente difiere significativamente con la longitud de onda, puede ocurrir que, si tenemos un haz de luz blanca paralelo al eje, cada punto focalice en un lugar diferente del eje. Por tanto, la distancia focal de la lente dependerá de la longitud de onda. Esta aberración puede corregirse o compensarse mediante la utilización de un sistema de lentes compuestas.

El Ojo Humano: Un Sistema Óptico Natural

El ojo humano se comporta como un sistema óptico relativamente sencillo. La luz entra en él atravesando la córnea, que consiste en una lente convergente cuya potencia es fija. Después, la luz se encuentra con una abertura variable o diafragma denominado pupila. Y después, la luz se refracta en una lente convergente de potencia variable que denominamos cristalino. Finalmente, la luz se focaliza en la pared posterior del ojo, donde existe una fina capa compuesta de receptores nerviosos que se denomina retina. Los receptores nerviosos transforman la luz detectada en impulsos eléctricos que son transmitidos por el nervio óptico hasta el cerebro, donde son procesados. Los receptores nerviosos están compuestos por células sensibles a la luz que se denominan conos y bastones. Los conos son los responsables de la sensibilidad al color, mientras que los bastones son muy sensibles a la luz y nos permiten ver en condiciones de baja luminosidad.

Como es sabido, muchas personas de nuestro entorno presentan problemas de visión debido a defectos oculares. A continuación, mostraremos los tres más comunes:

• En primer lugar, si cuando nuestro ojo está relajado la distancia focal es menor que la distancia entre el cristalino y la retina, las imágenes se formarán delante de la retina. Nuestro ojo será demasiado convergente y no podremos observar imágenes lejanas. A este defecto ocular se le denomina miopía y se corrige con una lente divergente.

• Si, por el contrario, la distancia focal con el ojo relajado es mayor que la distancia entre el cristalino y la retina, las imágenes de objetos alejados se formarán detrás de la retina. El ojo es demasiado divergente y la acomodación del mismo nos permitirá ver objetos alejados, pero no cercanos. A este defecto ocular se le denomina hipermetropía y se corrige con lentes convergentes.

• Finalmente, si la córnea no es perfectamente esférica, las imágenes de los puntos se transformarán en segmentos, lo que resulta en una imagen borrosa. A este defecto ocular se le denomina astigmatismo y se corrige con la utilización de lentes cilíndricas.