Apertura numerica

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

L’apertura numerica, N.A., NA AN o AN in ottica è un parametro, un numero adimensionale che indica il massimo angolo utile al sistema (obiettivo, condensatore ottico o altro) per ricevere o emettere luce. La definizione precisa è differente nelle varie branche della materia come microscopia, fibre ottiche, ottica dei laser.

Concetti generali[modifica | modifica wikitesto]

In fotografia e nell'ottica dei telescopi, dove generalmente i mezzi di osservazione sono l'aria o il vuoto l'apertura numerica invece non viene utilizzata e viene sostituita dall'apertura relativa o rapporto focale.

L'apertura numerica solitamente è indicata da ed è definita come

dove n è l'indice di rifrazione del mezzo in cui opera la lente, ed è l'apertura angolare della lente, cioè il semiangolo del cono di luce che entra nell'ottica, spesso indicato anche con .

Microscopia[modifica | modifica wikitesto]

L'apertura numerica è un parametro fondamentale in microscopia, ed è direttamente correlata con il potere risolutivo dell'ottica in questione. Più alta è , migliore, a parità di focale, è l'ottica. Il limite teorico dell'angolo del cono di luce, 180°, non è mai raggiungibile ed in pratica il valore massimo è circa 143°. Per aumentare il valore di si interviene spesso sul mezzo, utilizzando, anziché l'aria, olii naturali o sintetici, di indice di rifrazione più alto ed il più possibile vicino a quello del vetro (del vetrino coprioggetti e delle lenti), con l'ulteriore vantaggio di eliminare il passaggio della luce tra mezzi diversi con relative diffusioni e riflessioni. Per contro, un aumento dell'apertura esalta eventuali aberrazioni ottiche e, come in fotografia, riduce la profondità di campo. Per ovviare a quest'ultimo aspetto, per particolari situazioni di osservazione e negli strumenti di fascia alta, esistono obbiettivi microscopici con diaframma di apertura variabile.

Laser[modifica | modifica wikitesto]

Nell'ottica dei laser, dove il fascio altamente coerente della luce emessa in realtà (seppur lievemente) diverge linearmente con la distanza, la NA viene definita come

ma θ qui ha un differente significato. Il fascio laser non ha un confine netto, ma mostra un profilo tipicamente gaussiano con massima luminosità al centro del fascio. θ è la divergenza del fascio: l'angolo di campo remoto tra la direzione di propagazione e la distanza dall'asse del fascio dove l'irradiamento scende a 1/e² volte l'irradiamento totale del fronte d'onda. l' di un laser a profilo Gaussiano è correlata col suo minimo diametro del fascio da

dove λ0 è la lunghezza d'onda nel vuoto della luce emessa e D è il diametro del fascio in uscita (lo spot minimo) limitato come precedentemente al punto di irradiamento 1/e².

Fibre ottiche[modifica | modifica wikitesto]

Fibre ottiche

Nelle fibre ottiche l'apertura numerica indica il numero di modi in cui la luce si può propagare attraverso la fibra. Esso è anche strettamente legato all'ampiezza del cono di accettazione per avere riflessione totale in fibra.


dove
indice di rifrazione del fluido esterno (normalmente aria, circa 1)
indice di rifrazione del core
indice di rifrazione del cladding

Fisica Portale Fisica: accedi alle voci di Wikipedia che trattano di Fisica