Augustin-Jean Fresnel
Augustin-Jean Fresnel ( FRAY -nel, -nəl ; FREN -el, -əl ; o fray- NEL ; [1] francesa: [oɡystɛ ʒɑ fʁɛnɛl] ; [2] 5 10, 1788 hasta julio 14, 1827 ) fue un francésingeniero civil y físico cuya investigación en óptica llevó a la aceptación casi unánime de la teoría ondulatoria de la luz , excluyendo cualquier remanente de la teoría corpuscular de Newton , desde finales de la década de 1830 [3] hasta finales del siglo XIX. Quizás sea más conocido por inventar la lente Fresnel catadióptrica (reflectante / refractiva) y por ser pionero en el uso de lentes "escalonadas" para extender la visibilidad de los faros , salvando innumerables vidas en el mar. La lente escalonada dióptrica (puramente refractiva) más simple , propuesta por primera vez por Count Buffon [4] y reinventado independientemente por Fresnel, se utiliza en lupas de pantalla y en lentes de condensador para retroproyectores .
Al expresar el principio de ondas secundarias de Huygens y el principio de interferencia de Young en términos cuantitativos, y suponiendo que los colores simples consisten en ondas sinusoidales , Fresnel dio la primera explicación satisfactoria de la difracción por bordes rectos, incluida la primera explicación satisfactoria basada en ondas. de propagación rectilínea. [5] Parte de su argumento fue una prueba de que la adición de funciones sinusoidales de la misma frecuencia pero diferentes fases es análoga a la adición de fuerzas con diferentes direcciones. Suponiendo además que las ondas de luz son puramente transversales , Fresnel explicó la naturaleza depolarización , el mecanismo de polarización cromática y los coeficientes de transmisión y reflexión en la interfaz entre dos medios isotrópicos transparentes . Luego, al generalizar la relación dirección-velocidad-polarización para la calcita , dio cuenta de las direcciones y polarizaciones de los rayos refractados en cristales doblemente refractivos de la clase biaxial (aquellos para los cuales los frentes de onda secundarios de Huygens no son simétricos en el eje ). El período entre la primera publicación de su hipótesis de onda transversal pura y la presentación de su primera solución correcta al problema biaxial fue de menos de un año.
Más tarde, acuñó los términos polarización lineal , polarización circular y polarización elíptica , explicó cómo la rotación óptica podría entenderse como una diferencia en las velocidades de propagación para las dos direcciones de polarización circular y (al permitir que el coeficiente de reflexión sea complejo ) se tuvo en cuenta el cambio de polarización debido a la reflexión interna total , como se explota en el rombo de Fresnel . Los defensores de la teoría corpuscular establecida no pudieron igualar sus explicaciones cuantitativas de tantos fenómenos con tan pocos supuestos.
Fresnel tuvo una batalla de toda la vida contra la tuberculosis , a la que sucumbió a la edad de 39 años. Aunque no se convirtió en una celebridad pública en su vida, vivió lo suficiente para recibir el debido reconocimiento de sus compañeros, incluido (en su lecho de muerte) el Medalla Rumford de la Royal Society of London , y su nombre es omnipresente en la terminología moderna de óptica y ondas. Después de la teoría ondulatoria de la luz fue incluida por Maxwell 's electromagnética teoría en la década de 1860, un poco de atención se desvió de la magnitud de la contribución de Fresnel. En el período entre la unificación de la óptica física de Fresnel y la unificación más amplia de Maxwell, una autoridad contemporánea, Humphrey Lloyd, describió la teoría de ondas transversales de Fresnel como "el tejido más noble que jamás haya adornado el dominio de la ciencia física, excepto el sistema del universo de Newton". [6]
Augustin-Jean Fresnel (también llamado Augustin Jean o simplemente Augustin), nacido en Broglie , Normandía , el 10 de mayo de 1788, fue el segundo de cuatro hijos del arquitecto Jacques Fresnel (1755-1805) [11] y su esposa Augustine, de soltera Mérimée (1755-1833). [12] En 1790, tras la Revolución , Broglie pasó a formar parte del departamento de Eure . La familia se mudó dos veces: en 1789/90 a Cherburgo , [13] y en 1794 [14] a la ciudad natal de Jacques, Mathieu , donde Madame Fresnel pasaría 25 años como viuda, [15] sobrevivir a dos de sus hijos.
Monumento a Augustin Fresnel en la fachada de su lugar de nacimiento en 2 Rue Augustin Fresnel, Broglie (frente a Rue Jean François Mérimée),
[7] inaugurado el 14 de septiembre de 1884.
[8] [9] La inscripción, traducida, dice:
"Augustin Fresnel, ingeniero de Puentes y Carreteras, miembro de la Academia de Ciencias, creador de faros lenticulares, nació en esta casa el 10 de mayo de 1788. La teoría de la luz debe a este emulador de Newton los conceptos más elevados y las aplicaciones más útiles ".
[7] [10] Nyons, Francia, siglo XIX, dibujado por Alexandre Debelle (1805-1897)
Refracción ordinaria de un medio de mayor velocidad de onda a un medio de menor velocidad de onda, como lo entiende Huygens. Las posiciones sucesivas del frente de onda se muestran en azul antes de la refracción y en verde después de la refracción. Para
la refracción
ordinaria , los frentes de onda secundarios (curvas grises) son esféricos, de modo que los rayos (líneas grises rectas) son perpendiculares a los frentes de onda.
Colores alterados del tragaluz reflejados en una pompa de jabón, debido a la
interferencia de película delgada (antes llamada interferencia de "placa delgada")
Étienne-Louis Malus (1775-1812)
Etiqueta impresa vista a través de un cristal de calcita doblemente refractante y un moderno filtro polarizador (girado para mostrar las diferentes polarizaciones de las dos imágenes)
François Arago (1786-1853)
Jean-Baptiste Biot (1774-1862)
Bajorrelieve del tío de Fresnel, Léonor Mérimée (1757-1836), en la misma pared que el monumento de Fresnel en Broglie
[7] Réplica del diagrama de interferencia de dos fuentes de Young (1807), con las fuentes
A y
B produciendo mínimos en
C ,
D ,
E y
F [119] Espejo doble de Fresnel (1816). Los segmentos de espejo
M 1 y
M 2 producen imágenes virtuales
S 1 y
S 2 de la hendidura
S . En la región sombreada, los rayos de las dos imágenes virtuales se superponen e interfieren a la manera de Young (arriba).
Integrales de Fresnel normalizadas C ( x ) , S ( x )
Franjas de difracción cerca del límite de la sombra geométrica de una regla. Las intensidades de luz se calcularon a partir de los valores de las integrales normalizadas C ( x ) , S ( x )
Siméon Denis Poisson (1781-1840)
Sombra proyectada por un
obstáculo de 5,8 mm de diámetro en una pantalla a 183
cm por detrás, a la luz del sol que atraviesa un agujero de alfiler 153
cm por delante. Los colores tenues de las franjas muestran la dependencia de la longitud de onda del patrón de difracción. En el centro está el lugar de Poisson / Arago.
André-Marie Ampère (1775-1836)
Una onda polarizada circularmente hacia la derecha / en el sentido de las agujas del reloj, según se define desde el punto de vista de la fuente. Se consideraría zurdo / antihorario polarizado circularmente si se define desde el punto de vista del receptor. Si el vector giratorio se resuelve en componentes horizontal y vertical (no se muestran), estos son un cuarto de ciclo desfasados entre sí.
Sección transversal de un rombo de Fresnel (azul) con gráficos que muestran la componente
p de la vibración (
paralela al
plano de incidencia) en el eje vertical, frente a la componente
s (
cuadrada al plano de incidencia y paralela a la
superficie ) en el eje horizontal. Si la luz entrante está polarizada
linealmente , los dos componentes están en fase (gráfico superior). Después de una reflexión en el ángulo apropiado, la componente
p avanza 1/8 de un ciclo en relación con la componente
s (gráfico del medio). Después de dos de estas reflexiones, la diferencia de fase es 1/4 de ciclo (gráfico inferior), de modo que la polarización es
elíptica con ejes en los
s y
p direcciones. Si los
s y
p componentes eran inicialmente de igual magnitud, la polarización inicial (gráfico superior) sería a 45 ° con respecto al plano de incidencia y la polarización final (gráfico inferior) sería
circular .
Polarización cromática en un transportador de ángulos , causada por birrefringencia inducida por estrés.
Patrón de difracción aireado a 65
mm de una
apertura circular de 0,09 mm iluminada por luz láser roja. Tamaño de imagen: 17,3
mm
×
13
mm
1: Sección transversal de la lente Buffon / Fresnel. 2: Sección transversal de una lente convencional plano-convexa de potencia equivalente. (La versión de Buffon era biconvexa .
[272] )
Sección transversal de una lente de faro Fresnel de primera generación, con espejos inclinados
m, n encima y debajo del panel refractivo
RC (con segmento central
A ). Si la sección transversal en cada plano vertical a través de la lámpara
L es la misma, la luz se distribuye uniformemente alrededor del horizonte.
Lente Fresnel catadióptrica giratoria de primer orden, fechada en 1870, expuesta en el
Musée national de la Marine , París. En este caso, los prismas dióptricos (dentro de los anillos de bronce) y los prismas catadióptricos (fuera) están dispuestos para dar una luz puramente intermitente con cuatro destellos por rotación. El conjunto mide 2,54 metros de altura y pesa alrededor de 1,5 toneladas.
Vista cercana de una fina lente de Fresnel de plástico
Busto de Augustin Fresnel de David d'Angers (1854), anteriormente en el faro de Hourtin , Gironde , y ahora exhibido en el
Musée national de la Marine La tumba de Fresnel en el cementerio Père Lachaise, París, fotografiada en 2018
La sala de la linterna del faro de Cordouan , en la que entró en servicio la primera lente de Fresnel en 1823. La actual lente catadióptrica fija "colmena" reemplazó la lente giratoria original de Fresnel en 1854.
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