Filtro óptico para niños
Un filtro óptico es como una "ventana especial" que solo deja pasar ciertos tipos de luz, mientras bloquea o reduce la intensidad de la luz restante. Imagina que la luz está hecha de muchos colores diferentes, como los del arcoíris. Un filtro óptico puede dejar pasar solo el color rojo y detener los demás.
Los filtros ópticos más comunes son los filtros de color. Estos solo permiten que pase la luz de una longitud de onda específica, que es lo que percibimos como un color determinado. Si un filtro solo reduce la intensidad de toda la luz por igual, sin cambiar los colores, se llama filtro de densidad neutra.
Los filtros pueden funcionar de dos maneras:
- De absorción: Absorben parte de la luz, como una esponja que absorbe agua.
- Reflectivos: Reflejan la luz que no quieren dejar pasar, como un espejo. Los filtros dicroicos son un ejemplo de estos.
Los filtros ópticos se usan en muchos lugares, como en la fotografía, en la iluminación de escenarios y en muchas investigaciones científicas. Los filtros de absorción se hacen añadiendo sustancias especiales a un material transparente, como el vidrio, que absorben la luz no deseada.
Según el tipo de luz que dejan pasar, los filtros se clasifican en:
- Filtros de paso alto: Dejan pasar la luz con frecuencias más altas que un cierto valor.
- Filtros de paso bajo: Dejan pasar la luz con frecuencias más bajas que un cierto valor.
- Filtros de paso de banda: Solo dejan pasar la luz dentro de un rango específico de frecuencias.
La cantidad de luz que un filtro deja pasar se mide con la transmitancia óptica.
Contenido
Tipos de filtros ópticos
Existen muchos tipos de filtros ópticos, y algunos pueden pertenecer a varias categorías a la vez. Aquí te explicamos algunos de los más importantes.
¿Qué son los filtros dicroicos?
Los filtros dicroicos (que significa "dos colores" en griego) son muy especiales. Están hechos de una lámina transparente con capas muy finas de materiales reflectantes. Estas capas reflejan la luz que no se quiere, separando la luz en dos haces de colores diferentes. Esto funciona gracias a un principio llamado interferencia, donde las ondas de luz se combinan o se anulan.
Estos filtros se fabrican depositando estas capas delgadas en un material, como el vidrio, en un ambiente sin aire (al vacío). Al cambiar el número y el grosor de estas capas, se puede controlar con mucha precisión qué colores de luz pasan y cuáles se reflejan.
Usos de los filtros dicroicos
Además de sus usos comunes, los filtros dicroicos se usan para crear "luz fría". Esto se logra bloqueando la luz infrarroja (que produce calor), lo que hace que la superficie iluminada no se caliente tanto. Muchas lámparas halógenas tienen un filtro dicroico que devuelve la luz infrarroja al filamento.
En las cámaras de video profesionales, se usan prismas dicroicos para dividir la luz blanca en sus colores básicos (rojo, verde y azul) y enviarlos a sensores específicos para cada color. Un conjunto de estos prismas se llama prisma tricroico. Este sistema también se usó en las antiguas cámaras de cine technicolor.
El proceso contrario ocurre en los proyectores de video, donde se unen los haces de luz de tres pantallas LCD para formar una imagen a color. En joyería, se usan para crear efectos de colores cambiantes en el vidrio. También son importantes en el filtrado espacial.
Una gran ventaja de los filtros dicroicos es que, como no absorben casi luz, se calientan mucho menos que otros filtros. Esto los hace ideales para trabajar con luz muy intensa o láseres potentes. Sin embargo, al reflejar parte de la luz, a veces pueden causar problemas en algunos equipos ópticos, donde se prefieren los filtros de absorción.
Existe una variante de este principio en los recubrimientos antirreflectivos de las lentes, que tienen el efecto opuesto: reducen los reflejos.
¿Cómo funcionan los filtros polarizadores?
Los filtros polarizadores solo permiten el paso de la luz que vibra en una dirección específica. La luz normal vibra en todas direcciones, pero estos filtros actúan como una rejilla, dejando pasar solo la luz que está "alineada" con ellos.
Pueden ser de dos tipos:
- Absorbentes: Absorben la luz que no está polarizada en la dirección deseada.
- De división de haz: Dividen la luz en un haz polarizado y otro no polarizado.
Algunos minerales, como la turmalina, tienen propiedades polarizadoras naturales. Pero la mayoría se fabrican con materiales especiales como el polaroid, que es un tipo de plástico con pequeños cristales alineados. También se pueden fabricar con el mismo método que los filtros dicroicos, creando filtros polarizadores dicroicos que dividen la luz en dos haces, ambos polarizados. Otros filtros usan las propiedades de la birrefringencia de sustancias como la calcita, como el prisma Nicol.
Estos filtros se usan en muchos campos. Los polarímetros, por ejemplo, miden las propiedades ópticas de sustancias. Algunos tipos de estereogramas (imágenes 3D) se ven usando gafas con filtros polarizadores que separan las imágenes para cada ojo. También se usan en telecomunicaciones para enviar varias señales a través de una fibra óptica. En astronomía, la polarimetría ayuda a estudiar fenómenos como la estructura de sustancias orgánicas o cristalinas.
¿Qué son los filtros infrarrojos (IR)?
Los filtros infrarrojos (IR) están diseñados para bloquear la luz infrarroja, que es la que sentimos como calor, mientras dejan pasar la luz visible. Se usan para evitar que los dispositivos se calienten demasiado debido a la luz infrarroja.
Generalmente, se fabrican con vidrio tintado. Su principal ventaja es que eliminan el calor de la luz. Sin embargo, a veces pueden filtrar también la luz visible que está muy cerca del espectro infrarrojo.
¿Qué son los filtros ultravioleta (UV)?
Los filtros ultravioleta (UV) absorben la radiación ultravioleta (UV), que puede ser dañina, y dejan pasar la luz visible.
Suelen fabricarse con vidrio que es transparente para el ojo humano. Una de sus ventajas es que hacen que las imágenes se vean más parecidas a como las percibe el ojo humano. Al igual que los filtros IR, a veces pueden filtrar luz visible cercana al espectro UV.
Filtro de excitación
Este filtro se usa en la microscopía de fluorescencia y la espectroscopia para investigaciones científicas. Selecciona la longitud de onda de luz necesaria para que una muestra emita fluorescencia, bloqueando el resto de la luz de la fuente, que suele ser una lámpara de arco de xenón o una lámpara de vapor de mercurio.
Filtro de Lyot
Creado por el astrónomo francés Bernard Lyot, este filtro se usa principalmente en astronomía solar. Está hecho de láminas de materiales que tienen birrefringencia, como el cuarzo, donde cada lámina es la mitad de gruesa que la anterior. Debido a la birrefringencia, la luz cambia su estado de polarización al pasar por el filtro, perdiendo intensidad. Sin embargo, para ciertas longitudes de onda, la luz pasa casi sin pérdidas. La longitud de onda que pasa se puede ajustar girando las láminas.
Estos filtros también se usan para ajustar la longitud de onda de los láseres al colocarlos en su resonador óptico.
Filtro de resonancia atómica
Este filtro se usa en investigación científica para filtrar la luz con una precisión extrema y casi sin perder intensidad. Puede filtrar una banda de luz increíblemente estrecha (tan pequeña como 0,001 nanómetros) y funciona con luz desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. También tiene un alto grado de aceptación, lo que significa que puede recibir luz desde muchos ángulos. Son sistemas muy complejos que se ajustan para cada aplicación científica.
Hay tres tipos: filtros de Faraday, de Voight y de absorción-reemisión. Se usan en aplicaciones donde se necesita filtrar luz de una frecuencia muy específica, como en los receptores de los LIDAR.
Filtro espacial
Un filtro espacial se basa en la óptica de Fourier para limpiar un haz de luz coherente, como la de un láser. Se usa para eliminar las imperfecciones del haz de luz causadas por defectos en los equipos ópticos. Una lente enfoca el haz, y si no es perfecto, no se concentrará en un solo punto, sino que creará un punto central rodeado de anillos. La luz del centro es la más pura.
Al hacer pasar solo este haz central por una pequeña abertura (generalmente de unos 100 μm), se obtiene un haz de luz casi perfecto, aunque con menos intensidad.
Filtro Chelsea
El filtro Chelsea es un filtro especial que deja pasar la luz roja intensa y la amarillo-verde (690 y 570 nm). Estas longitudes de onda coinciden con las que emite y absorbe la esmeralda. Por eso, se usa mucho en gemología para distinguir las esmeraldas auténticas de las imitaciones. Esto se debe a que las esmeraldas emiten una fluorescencia roja cuando se iluminan con luz ultravioleta. Aunque no puede diferenciar entre esmeraldas naturales y sintéticas, es útil para distinguir variantes sintéticas de aguamarina y topacio azul, que también emiten fluorescencia roja.
Filtro Christiansen
Descubierto por el físico danés Christian Christiansen, este filtro de banda estrecha consiste en un polvo transparente suspendido en un líquido transparente. Ambos tienen diferentes propiedades de dispersión de la luz, pero tienen el mismo índice de refracción para una longitud de onda específica. Esto significa que la luz de esa longitud de onda puede atravesar el filtro, mientras que el resto de la luz se dispersa. Un filtro típico está hecho de polvo de vidrio en una mezcla de benceno y disulfuro de carbono. La longitud de onda que pasa se puede ajustar cambiando la proporción de los líquidos o la temperatura.
Usos comunes de los filtros ópticos
Filtros fotográficos
Los filtros que se usan en fotografía y cine son láminas transparentes que se colocan delante del objetivo de la cámara. Sirven para cambiar la imagen de varias maneras: corregir el color, modificar la luz o crear efectos visuales. A veces, se les llama filtros a simples láminas transparentes que solo protegen la lente de la cámara.
Los filtros de color son los más comunes. Se usan para ajustar el tono de la luz en ciertas situaciones, como cuando se fotografía con luz de tungsteno (bombillas comunes), para que la imagen tenga un color más natural. También se pueden usar para hacer que un color sea más intenso, como el azul del cielo, o para cambiar los colores con fines creativos. En la fotografía en blanco y negro, un filtro de color puede cambiar el contraste, por ejemplo, haciendo que el cielo azul se vea más oscuro si se usa un filtro naranja.
En las artes gráficas, los filtros de sustracción se usaban para separar una imagen en sus colores básicos antes de la impresión a color, aunque la tecnología digital ha hecho esto menos necesario hoy en día.
Otro tipo son los filtros polarizadores, que se usan para eliminar brillos y reflejos y mejorar el contraste. Estos filtros se pueden girar para ajustar el ángulo de la luz que entra.
Los filtros de efectos crean diversos efectos visuales, como difuminar la imagen, dispersar la luz o crear formas geométricas. También están los filtros de degradado, que oscurecen solo una parte de la imagen.
Los filtros de luz ultravioleta reducen la neblina que a veces causa la luz UV intensa. Finalmente, en fotografía infrarroja, se usan filtros que solo permiten el paso de este tipo de luz.
Filtros de iluminación
Los filtros de iluminación son láminas transparentes de color, conocidas como geles en el teatro y el cine. Al absorber los colores de luz no deseados, el filtro colorea la luz de una lámpara o proyector. Esto se hace para crear ambientes en escenarios, decorar o corregir el color en filmaciones. Hoy en día, son láminas de policarbonato o poliéster que se colocan en el camino de la luz. Para usos más precisos, se usan filtros de vidrio o filtros dicroicos, que reflejan la luz en lugar de absorberla. El vidrio es más duradero que el plástico, ya que los plásticos pueden perder su color con el tiempo debido al calor de las luces.
Uso histórico
Antiguamente, la luz natural o artificial se coloreaba con diferentes materiales. En edificios religiosos antiguos, se usaban láminas delgadas de alabastro en las ventanas para crear una luz suave y cálida. Los vitrales, conocidos desde la antigua Roma, se hicieron muy populares en el gótico, con nuevas técnicas y colores. En los primeros siglos del islam, se usaba vidrio pintado en ventanas y lámparas de mezquitas. En China y otros países asiáticos, se hacían lámparas y faroles de papel pintado. Sin embargo, el método más común para filtrar la luz desde la antigüedad ha sido usar velos y cortinas de telas transparentes.
El uso de filtros en el teatro comenzó en el teatro barroco, donde se ponían recipientes de vidrio con agua de color delante de las lámparas. Más tarde, se usó gelatina, de ahí el nombre "geles". Con el desarrollo de la iluminación moderna, se crearon materiales más resistentes al calor, como los basados en acetato. Pero estos tuvieron que ser reemplazados en los años 60 con la llegada de las lámparas halógenas, que eran mucho más potentes y producían más calor. Aun así, los filtros modernos tienen un límite de tolerancia al calor, por lo que la industria busca fuentes de luz que emitan menos calor.
Uso actual
Los geles actuales se venden en rollos grandes o en láminas. El tamaño de las láminas viene de los moldes de repostería de la época en que se usaba gelatina.
Los colores varían según el fabricante y se identifican con un código. A menudo, el color deseado se obtiene combinando luces de diferentes colores, ya que no siempre es posible tener todos los tonos de filtros disponibles. Cada filtro tiene una capacidad diferente para dejar pasar la luz, lo que se llama coeficiente de transmisión. Cuanto menor sea este coeficiente, más luz absorberá el filtro y más intenso será el color.
Los filtros de iluminación para corregir el color cambian la temperatura luminosa de la luz, haciéndola más azulada o anaranjada. Otros filtros se usan para crear efectos de luz sin cambiar el color.
Gafas de sol
Gafas de sol Uno de los usos más comunes de los filtros ópticos son las gafas de sol. Antiguamente, los esquimales hacían gafas con una ranura estrecha en un trozo de asta de caribú para protegerse de la ceguera causada por la luz ultravioleta reflejada en la nieve. En la antigua China, los jueces usaban gafas de vidrio ahumado para que nadie pudiera ver sus expresiones faciales y adivinar sus opiniones.
Desde el punto de vista óptico, las gafas de sol buscan bloquear la luz molesta y dañina, como la luz ultravioleta, en condiciones de mucha luz, sin distorsionar la imagen, e incluso mejorando la percepción y la nitidez.
Para evitar que los colores se vean distorsionados (lo cual podría ser peligroso al conducir), las lentes suelen ser de color gris, verde o marrón. Las verdes y marrones son buenas porque mejoran el contraste de la imagen. Las grises no mejoran el contraste ni distorsionan el color. Las amarillas y naranjas mejoran mucho el contraste, pero distorsionan los colores, al igual que las rojas, que son recomendables en condiciones de poca luz. Las lentes se fabrican de vidrio, policarbonato, metacrilato o CR-39. Las de vidrio tienen la mejor calidad óptica y resistencia a los arañazos, pero son frágiles y pesadas. Muchas gafas de sol tienen filtros polarizadores que eliminan parte de los reflejos de las superficies brillantes, mejorando la visión.
También se usan gafas protectoras en muchos trabajos y aplicaciones técnicas, como la soldadura al arco, donde se usan gafas y cascos que protegen de la luz intensa y la radiación ultravioleta del arco eléctrico. En campos donde se usan láseres potentes, como la cirugía, se usan gafas que bloquean la longitud de onda del láser para evitar daños accidentales.
Galería de imágenes
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Un filtro óptico.
Véase también
En inglés: Optical filter Facts for Kids
