Apertura numerica
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.[1]
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 [2]ottiche e, come in fotografia, riduce la profondità di campo.[3] 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[4] 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]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d4/Opticalfibernumericalaperture.jpg/350px-Opticalfibernumericalaperture.jpg)
Nelle fibre ottiche l'apertura numerica è strettamente legata all'ampiezza del cono di accettazione per avere riflessione totale in fibra ed è data da:[5]
[6]
dove
indice di rifrazione del fluido esterno (normalmente aria, circa 1)
indice di rifrazione del core
indice di rifrazione del cladding
Note
[modifica | modifica wikitesto]- ^ Eugene Hecht, Optics, 4th ed, Addison-Wesley, 2002, ISBN 0-8053-8566-5, OCLC 47126713. URL consultato il 22 giugno 2021.
- ^ Born, Max, 1882-1970, author., Principles of optics, ISBN 978-1-108-76991-4, OCLC 1226286429. URL consultato il 22 giugno 2021.
- ^ Eugene Hecht, 5, in Optics, 4th ed, Addison-Wesley, 2002, ISBN 0-8053-8566-5, OCLC 47126713. URL consultato il 22 giugno 2021.
- ^ Amnon Yariv, Quantum electronics, 3rd ed, 1989, ISBN 0-471-60997-8, OCLC 17551993. URL consultato il 22 giugno 2021.
- ^ Ferdinando Catalano, Elementi di Ottica Generale, Zanichelli, 2014, ISBN 978-88-08-09786-6. p.392
- ^ Bahaa E. A. Saleh, 8, in Fundamentals of photonics, Wiley, 1991, ISBN 0-471-83965-5, OCLC 22511619. URL consultato il 22 giugno 2021.
Bibliografia
[modifica | modifica wikitesto]- Ferdinando Catalano, Elementi di Ottica Generale, Zanichelli, 2014, ISBN 978-88-08-09786-6.
Altri progetti
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Collegamenti esterni
[modifica | modifica wikitesto]- (EN) numerical aperture, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
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