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CURSO DE ÓPTICA EN JAVA: APLICACIONES DE DIFRACCIÓN Y
ÓPTICA DE FOURIER
Encarnación Pleguezuelos, Raúl Tudela y Artur Carnicer
Universitat de Barcelona. Grup d’Innovació Docent en Òptica Física i Fotònica.
Departament de Física Aplicada i Òptica. Diagonal 647, 08028 Barcelona.
Tel. +34 93 402 12 02, e-mail: [email protected]
1. Introducción
El Curso de Óptica en Java (JOC) contiene material docente para el aprendizaje de
la Óptica Física a nivel de primer ciclo universitario, así como para la ilustración y
ampliación de conocimientos a nivel de bachillerato.
El acceso al curso se realiza desde la página http://www.ub.es/javaoptics. El curso,
en tres idiomas, castellano, catalán e inglés, contiene una parte teórica en la que se
ilustran diferentes conceptos sobre la Óptica Física, además del apartado de
Experimentación virtual, desde la cual se puede acceder a diversas aplicaciones
programadas en Java, ejecutables localmente o vía web previa descarga del programa
Java Web Start (http://java.sun.com/products/javawebstart). Estas aplicaciones permiten
mostrar visualmente conceptos teóricos del Curso. En este trabajo se presentan las
aplicaciones de Difracción de Fresnel y Fraunhofer y la de Óptica de Fourier.
2. Aplicación de Difracción de Fresnel y Fraunhofer
La aplicación de Difracción de Fresnel y Fraunhofer incluye diversas figuras (un
círculo, un rectángulo y una rendija) de parámetros modificables, de las cuales se puede
estudiar sus figuras de difracción en aproximación de Fresnel y Fraunhofer. También
permite al usuario cargar en la aplicación otras imágenes desde archivo para estudiar sus
figuras de difracción. En la figura 1 se muestra la aplicación con todas sus opciones
disponibles. Antes de elegir el objeto, permite variar una serie de parámetros,
Figura 1. Aplicación de Difracción de Fresnel y Fraunhoffer.
como la longitud de onda con la que se ilumina el objeto, la distancia de observación o
la distancia de la fuente al objeto del cual se quiere obtener la difracción. Además
permite variar la longitud de la ventana de visión y la altura y anchura de los objetos
predefinidos en la aplicación, es decir, del círculo, del rectángulo y de la rendija. La
posibilidad de selección de estos parámetros permite una comprensión por parte del
alumno de la influencia de éstos en el problema. La aplicación permite, además, la
posibilidad de realizar lecturas de filas y columnas en la figura de difracción resultante,
como muestra la figura 2. La visualización se puede realizar en amplitud, intensidad e
intensidad en contraste logarítmico.
Figura 2. Lectura de fila de la figura de difracción de Fresnel de una rendija, en contraste logarítmico.
3. Aplicación de Óptica de Fourier
La aplicación de Óptica de Fourier permite realizar diferentes operaciones de
procesado de imágenes en el campo de la óptica de Fourier, como la transformada de
una imagen en amplitud o en fase, así como operaciones de convolución entre dos
imágenes, simulación de un correlador de VanderLugt, introduciendo filtros de fase,
inverso y adaptado, o un correlador de transformadas conjuntas obteniendo el espectro
de potencias lineal o binario. También permite realizar la codificación Burckhardt de
una imagen para crear hologramas digitales. En la figura 3 se muestra un ejemplo de
ésta opción.
Figura 3: Aplicación de Óptica de Fourier. Codificación de Burkhardt.
Además la aplicación cuenta con opciones de zoom y de lectura de línea y
columna de las imágenes, que permiten la obtención de datos para realizar los cálculos
necesarios en diversos problemas o experiencias, por ejemplo determinar las
dimensiones de la figura geométrica que ha generado la difracción. La aplicación
contiene alguna imagen disponible pero permite cargar imágenes externas. En la figura
4 se muestra el menú con algunas de las opciones disponibles.
Figura 4. Aplicación de Óptica de Fourier. Menú de correlación.
Esta aplicación se complementa además con un historial que permite recordar al
usuario los pasos seguidos en la generación de una imagen.
Todas las aplicaciones del proyecto JOC cuentan con explicaciones teóricas en los
textos y recursos de la página web, y además disponen de un breve resumen en una
ventana accesible desde la aplicación.
4. Conclusiones
Estas aplicaciones, junto con las restantes contenidas en el Curso de Óptica en
Java han servido como refuerzo en el curso impartido durante el semestre de otoño del
curso 2002-2003 en la Universitat de Barcelona. Las aplicaciones utilizadas como
experiencia virtual han ayudado a consolidar conceptos adquiridos en la parte teórica de
la asignatura.
Agradecimientos
Este trabajo ha sido financiado por la Generalitat de Catalunya (Ajuts per al
finançament de projectes per a la millora de la qualitat docent a les Universitats de
Catalunya, DOGC-3453) y por la UB (Programa de Millora i Innovació Docent,
proyecto 11/III/MMEva/34/CARN).