2022-12-07
Las lentes de Fresnel constan de una serie de ranuras concéntricas grabadas en plástico. Su construcción delgada y liviana, su disponibilidad en tamaños pequeños y grandes y su excelente capacidad de captación de luz los hacen útiles en una variedad de aplicaciones. Las lentes Fresnel se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones de captación de luz, como sistemas de condensadores o configuraciones de emisor/detector. También se pueden utilizar como lupas o lentes de proyección en sistemas de iluminación y formulación de imágenes.
Una lente Fresnel (pronunciada fray-NEL) reemplaza la superficie curva de una lente óptica convencional con una serie de ranuras concéntricas. Estos contornos actúan como superficies refractivas individuales, desviando los rayos de luz paralelos a una distancia focal común (Figura 1). Como resultado, una lente Fresnel, aunque físicamente de perfil estrecho, es capaz de enfocar la luz de manera similar a una lente óptica convencional, pero tiene varias ventajas sobre su contraparte más gruesa.
LA TEORÍA DE LAS LENTES FRESNEL
El principio impulsor detrás de la concepción de una lente de Fresnel es que la dirección de propagación de la luz no cambia dentro de un medio (a menos que se disperse). En cambio, los rayos de luz sólo se desvían en las superficies de un medio. Como resultado, la mayor parte del material en el centro de una lente sirve sólo para aumentar la cantidad de peso y la absorción dentro del sistema.
Para aprovechar esta propiedad física, los físicos del siglo XVIII comenzaron a experimentar con la creación de lo que hoy se conoce como lente de Fresnel. En aquella época, se cortaban ranuras en un trozo de vidrio para crear anillos anulares de perfil curvo. Este perfil curvo, cuando se extruyó, formó una lente curva convencional, ya sea esférica o asférica (Figura 2). Debido a esta propiedad óptica similar a la de una lente óptica convencional, una lente Fresnel puede ofrecer un rendimiento de enfoque ligeramente mejor, según la aplicación. Además, una alta densidad de surcos permite imágenes de mayor calidad, mientras que una baja densidad de surcos produce una mejor eficiencia (según sea necesario en aplicaciones de captación de luz). Sin embargo, es importante tener en cuenta que cuando se requieren imágenes de alta precisión, las lentes ópticas singlete, doblete o asféricas convencionales siguen siendo las mejores.
FABRICACIÓN DE LENTES FRESNEL
Las primeras lentes Fresnel se fabricaron tediosamente esmerilando y puliendo vidrio a mano. Con el tiempo, el vidrio fundido se vertió en moldes, pero no fue hasta el desarrollo de los plásticos de calidad óptica y la tecnología de moldeo por inyección en el siglo XX que el uso de lentes Fresnel en muchas aplicaciones industriales y comerciales se volvió práctico.
Las lentes Fresnel se pueden fabricar a partir de una variedad de sustratos. Se fabrican desde acrílico hasta policarbonato y vinilo, según la longitud de onda de operación deseada. El acrílico es el sustrato más común debido a su alta transmitancia en las regiones visible y ultravioleta (UV), pero el policarbonato es el sustrato elegido en ambientes hostiles debido a su resistencia al impacto y a las altas temperaturas.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
Si bien el físico francés Augustin-Jean Fresnel (1788 - 1827) no fue el primero en conceptualizar una lente Fresnel, logró popularizarla integrándola en los faros. Desde entonces, las lentes Fresnel se han utilizado en una variedad de aplicaciones, desde colimación y recolección de luz hasta ampliación.
Colimación de luz
Una lente Fresnel puede colimar fácilmente una fuente puntual colocándola a una distancia focal de la fuente. En un sistema conjugado finito, el lado ranurado de la lente de Fresnel debe mirar hacia el conjugado más largo (Figuras 3 - 4) porque esto produce el mejor rendimiento.
Colección de luces
Una de las aplicaciones más comunes de una lente de Fresnel es la recolección de luz solar, que se considera casi paralela (un sistema conjugado infinito). Usar una lente Fresnel para recolectar luz es ideal para concentrar la luz en una celda fotovoltaica o para calentar una superficie. Por ejemplo, una lente Fresnel se puede utilizar para el mantenimiento habitual del hogar, como calentar una casa o una piscina. En estos casos, la superficie total de la lente determina la cantidad de luz captada.
Aumento
Otra aplicación común de una lente Fresnel es la ampliación. Se puede utilizar como lupa o lente de proyección; sin embargo, debido al alto nivel de distorsión, no se recomienda esto. Además, la calidad de la imagen no se compara con la de un sistema de mayor precisión dada la cantidad de distorsión.
Si bien se encuentran comúnmente en aplicaciones solares, las lentes Fresnel son ideales para cualquier aplicación que requiera elementos de lentes positivos livianos, delgados y económicos. Las lentes Fresnel no son una tecnología nueva, pero su omnipresencia ha aumentado con las mejoras en las técnicas y materiales de fabricación. Las lentes Fresnel son lentes ópticas verdaderamente únicas que las convierten en una gran herramienta para una variedad de diseños ópticos interesantes y divertidos.