Óptica Avanzada: Aberraciones de la Luz y Tecnología Láser

Aberraciones de Seidel o Monocromáticas

Estas aberraciones se producen por la refracción y reflexión de la luz.

Tipos de Aberraciones Monocromáticas

• Esférica: Los rayos paralelos próximos al eje óptico de una lente o espejo esférico se concentran en un punto, mientras que los alejados lo hacen en otro. Es un fenómeno inevitable y se debe a la simetría esférica de las superficies. Corrección: Se puede corregir mediante el uso de un diafragma (que impide el paso de los rayos alejados), combinando lentes con efectos opuestos o utilizando superficies parabólicas. Las lentes corregidas se denominan asféricas.
• En coma: Se produce cuando los rayos procedentes de la fuente de luz llegan de forma oblicua al eje óptico. Corrección: Se soluciona mediante la combinación de lentes y/o diafragmas. Las lentes corregidas para aberración esférica y coma se denominan aplanáticos.
• Astigmatismo: Defecto óptico que impide el enfoque claro de los objetos.
• Por curvatura de campo: En una pantalla plana y a una distancia f de la lente, se proyectan sin problemas los puntos próximos; sin embargo, en los puntos alejados del eje óptico, los rayos convergen antes de llegar a la pantalla. Se produce habitualmente en la imagen de un objeto plano extenso. Corrección: Uso de lentes cuya distancia focal varía con el ángulo de los rayos.
• Por distorsión: Ocurre cuando una lente magnifica de distinta manera en el centro que en la periferia.

Aberraciones Cromáticas

Se originan por la dispersión de la luz y solo se producen en lentes. Ocurren incluso en los rayos paraxiales, haciendo que los bordes de las imágenes aparezcan coloreados y mal definidos. Corrección: Se utilizan dobletes acromáticos (parejas de lentes de materiales distintos, uno con alto y otro con bajo índice de refracción), de modo que el sistema de lentes mantenga la distancia focal deseada.

Aberrometría y Frente de Onda

La aberrometría evalúa las aberraciones monocromáticas, las cuales deforman y desenfocan la imagen.

• Frente de onda plano: Existe un mosaico regular de puntos y la óptica de imagen es perfecta.
• Frente de onda deformado: Presenta un mosaico irregular; se detectan las desviaciones en los puntos con respecto a la referencia ideal.
• Aberración de onda: Es la diferencia entre el frente de onda distorsionado y el ideal.
• Aberración de frente de onda: Se produce con una longitud de onda específica de luz visible y solo se puede demostrar cuando se elimina la aberración cromática. Para conocerla, existen herramientas matemáticas. El 90% de estas son corneales; a mayor tamaño pupilar, mayor es la aberración.

Modelos Matemáticos

Polinomio de Zernike

Analiza el error de la aberración a través de mapas (desarrollado hacia el año 2000).

Teorema de Fourier

Es el método más ventajoso, ya que permite una mejor interpretación de los frentes de onda, especialmente en pupilas irregulares.

Ultrasonido

Se define como una onda longitudinal que no produce un desplazamiento neto de partículas. Se basa en el efecto piezoeléctrico (fenómeno físico de algunos cristales que genera un diferencial de voltaje cuando se somete a una deformación mecánica).

Tecnología Láser

El láser es un dispositivo que produce y amplifica luz. Sus propiedades principales son:

• Luz monocromática.
• Monodireccional.
• Coherente (sus ondas luminosas conservan una relación de fase).

Tipos de Láser según el medio

• De estado sólido: Tienen el material láser distribuido en una matriz sólida.
• De gas: Tienen una salida primaria de una luz roja visible.
• De excímeros: Utilizan gases reactivos mezclados con gases inertes. Cuando se estimulan eléctricamente, se produce una pseudomolécula o dímero; al aplicar el láser, produce luz en el rango ultravioleta.
• De semiconductores: Son dispositivos electrónicos generalmente muy pequeños que usan poca energía; pueden estar integrados en matrices más grandes.

Tipos de Láser según la duración de la emisión

• De onda continua: El láser se bombea continuamente y emite luz de forma ininterrumpida (posee una potencia de haz media estable).
• Pulsado: Láseres que emiten luz en forma de pulsos ópticos de cierta duración, presentando patrones de repetición.
• Bloqueados en modo: Emiten pulsos con duraciones en el dominio de picosegundos o femtosegundos. Pueden ser láseres a granel de estado sólido, de fibra o semiconductores. Para obtener una energía de pulso alto, se utilizan amplificadores regenerativos o láseres de cavidad.

Aplicaciones y Efectos

• Fotoevaporación: Produce un haz térmico infrarrojo de longitud de onda larga que es absorbido por el agua (no llega al interior del ojo). Se utiliza para evaporar lesiones superficiales externas como tumores de párpado, incisiones sin sangre en la piel o esclerótica, fotoincisión por contacto y fotocoagulación.
• Fotodescomposición: Produce rayos ultravioleta de longitud de onda muy corta que interactúan con los enlaces químicos de materiales biológicos. Rompen los enlaces y convierten los polímeros biológicos en moléculas pequeñas que se difunden (ejemplo: láser de excímeros).