haz de luz

En óptica, un haz es una colección geométrica de rayos de luz que convergen hacia un solo punto o divergen desde uno. A diferencia del lápiz de uso diario, este término describe la trayectoria tridimensional que toma la luz a través de un sistema óptico. Los rayos no necesitan ser paralelos; lo que define un haz es su origen o destino en un punto común, llamado el ápice. Este concepto es fundamental para comprender cómo las lentes, los espejos y los instrumentos ópticos dirigen y enfocan la luz.

Un haz óptico generalmente se clasifica en dos categorías. Un haz convergente consiste en rayos que viajan hacia un punto, como cuando la luz pasa a través de una lente convexa y se enfoca en una pantalla. Un haz divergente se extiende hacia afuera desde una fuente puntual, como los rayos de luz que irradian de un filamento de lámpara. En los sistemas de imágenes, el tamaño del haz en cualquier ubicación dada está determinado por la apertura numérica de los elementos ópticos y la distancia de trabajo. Un haz estrecho (ángulo pequeño) permite una alta magnificación; un haz ancho captura más luz pero limita la profundidad de campo.

Aplicación en el diseño óptico

La terminología de haz aparece en todo el diseño de lentes y el trazado de rayos. Los ingenieros especifican el rayo marginal (el rayo más externo en un haz) y el rayo principal (el rayo del eje central) para calcular aberraciones, viñeteo y pérdidas de transmisión. En microscopía, la apertura numérica efectiva determina el ángulo del haz en la muestra; exceder el ángulo crítico causa reflexión interna total y pérdida de señal. Los diseñadores de telescopios y cámaras deben hacer coincidir el semiángulo del haz en el plano de la película o del sensor con el paso de píxel para evitar el aliasing y asegurar la utilización completa del detector.

El término se origina en la semejanza geométrica: los rayos que emanan de un punto forman una forma cónica que se asemeja a la punta de un lápiz de madera. El término ha permanecido en uso técnico desde la literatura óptica del siglo XVIII, donde proporcionaba una imagen mental clara antes de que las computadoras hicieran rutinario el trazado de rayos. Hoy persiste porque comunica instantáneamente a los profesionales de la óptica la idea de un conjunto de rayos que comparten una geometría común, distinta de la luz paralela, la luz difusa o la luz dispersa.