Estudio de las aberraciones primarias a partir de la teoría del estigmatismo riguroso

Silva Lora, Alberto

Estudio de las aberraciones primarias a partir de la teoría del estigmatismo riguroso

dc.contributor.advisor	Torres Amaris, Rafael Ángel
dc.contributor.author	Silva Lora, Alberto
dc.contributor.evaluator	Pérez Cabré, Elisabet
dc.contributor.evaluator	González Acuña, Rafael Guillermo
dc.contributor.evaluator	Sasian, José
dc.contributor.evaluator	Henao Henao, Rodrigo de Jesús
dc.contributor.evaluator	Plata Gómez, Arturo
dc.date.accessioned	2024-11-13T16:45:56Z
dc.date.available	2024-11-13T16:45:56Z
dc.date.created	2024-11-07
dc.date.issued	2024-11-07
dc.description.abstract	La teoría de las aberraciones ópticas estudia las desviaciones de los sistemas ópticos para formar imágenes puntuales perfectas. Estas desviaciones, conocidas como aberraciones, se pueden clasificar de diferentes maneras, dentro de cuya clasificación se encuentran las aberraciones geométricas o aberraciones monocromáticas, y las aberraciones cromáticas. Las primeras fueron formulados inicialmente por Philipp Ludwig von Seidel, quien obtuvo expresiones para las cinco aberraciones primarias, aberración esférica, coma, astigmatismo, curvatura de campo y distorsión. Por otro lado, las aberraciones cromáticas, asociadas al fenómeno de la dispersión, se producen por la falta que tienen los sistemas ópticos para enfoquen todos los colores del espectro electromagnético en un foco común. El primero en solucionar este problema del color fue Chester Moore Hall, con la invención de la lente acromática, que consiste en dos piezas de vidrio capaces de concentrar la luz asociada a dos colores en un foco común. Por lo tanto, el estudio de las aberraciones ópticas dio como resultado la capacidad de construir sistemas más complejos y menos aberrados. La mayoría de los sistemas ópticos se fabrican utilizando lentes y espejos con geometrías como las cónicas, entre las que se encuentra la esfera. No obstante, estos sistemas también pueden utilizar lentes o espejos con superficies asféricas, que se formulan de forma estándar a través de una base cónica y una serie de potencias. Las superficies esféricas han sido las más utilizadas debido a su fácil fabricación, pero con la aparición de nuevas técnicas de pulido óptico, las superficies asféricas han tomado un papel importante en la fabricación de sistemas ópticos. Las principales características de las superficies asféricas son la compensación del campo aberrado, lo que resulta en sistemas con menos defectos, y la capacidad de reemplazar un conjunto de superficies esféricas, lo que resulta en sistemas más livianos que operan en espacios reducidos. A medida que estas superficies son introducidas en el diseño de nuevos dispositivos ópticos, son formuladas expresiones que permiten caracterizar sus aberraciones. Tradicionalmente, los sistemas ópticos se diseñan con aberraciones ópticas que luego, empleando herramientas computacionales, se minimizan. Por lo tanto, esta tesis introduce un enfoque novedoso al diseño de sistemas ópticos, que parte del estudio de las aberraciones desde la teoría del estigmatismo riguroso, mediante el uso de una subfamilia de superficies asféricas que poseen la propiedad de estigmatismo riguroso, los ovoides de Descartes. Se muestra dentro de este trabajo, que estas superficies se pueden formular de manera exacta y explícita, facilitando la caracterización de sistemas estigmáticos compuestos por un conjunto de ellas. Mediante el uso de esta formulación es derivada una expresión explícita que permite discriminar dentro del conjunto de sistemas rigurosamente estigmáticos cuales cumplen además con una condición de aplanetismo, dando como resultado lentes singletes libres de aberración esférica y coma. Dentro de este conjunto de lentes aplanéticas, son discrimidados, mediante la expresión de aplanetismo, cuales sistemas cumplen de manera estricta con dicha condición. Adicionalmente, la formulación de los ovoides de Descartes, nos permitió formular las aberraciones de Seidel para estas superficies, logrando así un completo estudio de las aberraciones geométricas desde la teoría del estigmatismo riguroso. Adicionalmente, también se estudiaron las condiciones bajo las cuales estos sistemas también cumplen con una condición de acromátismo. Esta condición es estudiada de manera estricta, y son mostrados algunos resultados.
dc.description.abstractenglish	The theory of optical aberrations studies the deviations of optical systems from forming perfect point images. These deviations, known as aberrations, can be classified in various ways, including geometric aberrations or monochromatic aberrations, and chromatic aberrations. The former were initially formulated by Philipp Ludwig von Seidel, who derived expressions for the five primary aberrations: spherical aberration, coma, astigmatism, field curvature, and distortion. On the other hand, chromatic aberrations, associated with the phenomenon of dispersion, occur because optical systems fail to focus all colors of the electromagnetic spectrum at a common focus. The first to solve this color problem was Chester Moore Hall, with the invention of the achromatic lens, which consists of two pieces of glass capable of focusing light associated with two colors at a common focus. Therefore, the study of optical aberrations resulted in the ability to build more complex and less aberrated systems. Most optical systems are manufactured using lenses and mirrors with geometries such as conics, including the sphere. However, these systems can also use lenses or mirrors with aspheric surfaces, which are typically formulated with a conic base and a series of powers. Spherical surfaces have been the most used due to their ease of manufacture, but with the advent of new optical polishing techniques, aspheric surfaces have taken on an important role in the fabrication of optical systems. The main characteristics of aspheric surfaces are the compensation of aberrated fields, resulting in systems with fewer defects, and the ability to replace a set of spherical surfaces, leading to lighter systems that operate in reduced spaces. As these surfaces are introduced into the design of new optical devices, expressions are formulated to characterize their aberrations. Traditionally, optical systems are designed with optical aberrations that are then minimized using computational tools. Therefore, this thesis introduces a novel approach to the design of optical systems, starting from the study of aberrations from the theory of rigorous stigmatism, using a subfamily of aspheric surfaces that possess the property of rigorous stigmatism, the Descartes ovoids. This work shows that these surfaces can be formulated in an exact and explicit manner, facilitating the characterization of stigmatic systems composed of a set of them. Using this formulation, an explicit expression is derived that allows discrimination within the set of rigorously stigmatic systems which also meet an aplanatism condition, resulting in singlet lenses free from spherical aberration and coma. Within this set of aplanatic lenses, the expression of aplanatism discriminates which systems strictly meet this condition. Additionally, the formulation of Descartes ovoids allowed us to formulate Seidel's aberrations for these surfaces, thus achieving a complete study of geometric aberrations from the theory of rigorous stigmatism. Furthermore, the conditions under which these systems also meet an achromatism condition were strictly studied, and some results are shown.
dc.description.degreelevel	Doctorado
dc.description.degreename	Doctor en Ciencias Naturales
dc.description.googlescholar	https://scholar.google.com/citations?user=pU6x5MUAAAAJ
dc.description.orcid	https://orcid.org/0000-0002-1242-5079
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/44655
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ciencias
dc.publisher.program	Doctorado en Ciencias Naturales
dc.publisher.school	Escuela de Física
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Aberraciones
dc.subject	Acromatismo
dc.subject	Aplanetismo
dc.subject	Estigmatismo
dc.subject	Ovoides de Descartes
dc.subject.keyword	Aberrations
dc.subject.keyword	Achromatism
dc.subject.keyword	Aplanatism
dc.subject.keyword	Descartes Ovoids
dc.subject.keyword	Stigmatism
dc.title	Estudio de las aberraciones primarias a partir de la teoría del estigmatismo riguroso
dc.title.english	Study of primary aberrations from the rigorous stigmatism theory
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado