ÓPTICA

FENÓMENOS ÓPTICOS

Fotografía schlieren en color, que muestra las diferencias de densidades del aire caliente sobre la punta de un soldador caliente.

El efecto Schlieren —del alemán, en singular Schliere, que significa raya— es el conjunto de no homogeneidades de un material transparente, no visibles para el ojo humano. Se comenzó a estudiar tal efecto, al aparecer la necesidad de desarrollar lentes de gran calidad, que no presentaran estas no homogeneidades.

Estas no homogeneidades se localizan en el camino de la luz al atravesar un fluido u objeto, y son la causa de su desviación; desviación que es observable mediante conversión a "sombras" en un sistema de fotografía Schlieren.

Historia[editar]

El efecto schlieren fue observado por vez primera por Robert Hooke¹​ en 1665 con una gran lente convexa y dos velas. Una vela sirvió como fuente de luz, la otra, producía el aire caliente ascendente, que observaba con su sistema. El sistema Schlieren convencional se atribuye al físico alemán August Toepler,²​ aunque fue Jean Bernard Léon Foucault quien inventó el método en 1859, siendo Toepler quien lo mejoró. En el sistema convencional,³​ diseñado para detectar el efecto en el vidrio utilizado para hacer las gafas y otras lentes, se utiliza una fuente de luz puntual para iluminar el objeto a observar.

Gracias a una lente refractiva —particularmente, una lente Schlieren—, se forma una imagen localizada en la distancia conjugada, de acuerdo con la ecuación:

${\displaystyle {\frac {1}{f}}={\frac {1}{d_{o}}}+{\frac {1}{d_{i}}}}$,

donde:

• ${\displaystyle f}$ es la distancia focal de la lente;
• ${\displaystyle d_{o}}$ es la distancia del objeto a la lente;
• y ${\displaystyle d_{i}}$ es la distancia de la imagen del objeto a la lente.

Con un cuchillo situado en el punto focal de la lente, se evita que algunos haces de luz lleguen a la imagen del objeto, con lo que la iluminación de la misma se verá reducida. Con una segunda lente, se forma la imagen en la pantalla de visualización, a una distancia conjugada de la lente de schliere.

Visualización del fenómeno[editar]

Artículo principal: Fotografía Schlieren

La visualización del efecto se basa en la desviación de la luz por un gradiente en el índice de refracción,⁴​ y este gradiente está directamente relacionado con el gradiente de densidad del objeto observado.

La luz desviada es comparada con la luz no desviada en una pantalla de visualización, de forma que la luz no desviada es bloqueada por un cuchillo. La luz desviada hacia el cuchillo produce un patrón de sombras dependiendo de si había sido bloqueada o no. Este patrón de sombras es la intensidad de luz que representará las expansiones —regiones de densidad más baja— o contracciones —regiones de densidad más alta— del fluido a estudiar.

Animación de un LCD, con y sin retroiluminación.

La electroluminiscencia es un fenómeno óptico y eléctrico en el cual un material emite luz en respuesta a una corriente eléctrica que fluye a través de él, o por causa de la fuerza de un campo eléctrico. Debe distinguirse de la emisión de luz por causa de la temperatura (incandescencia), por causa de la acción de productos químicos (quimioluminiscencia) o de otros fenómenos que también pueden generar luz.

Se pueden encontrar ejemplos de la electroluminiscencia en las bombillas fluorescentes y LED, que están dentro de la rama de las fuentes luminiscentes.

Simulación del fenómeno entóptico del campo azul. Nótese la escala de los puntos blancos en relación a las manos.

El fenómeno entóptico del campo azul o fenómeno de Scheerer (por el oftalmólogo alemán Richard Scheerer, quien fue el primero en prestarle atención clínicamente en 1924¹​) es la aparición de pequeños puntos brillantes moviéndose rápidamente a lo largo de líneas onduladas en el campo visual, sobre todo cuando se mira hacia una luz azul brillante como la del cielo.²​ Los puntos son de vida corta, visibles por un segundo o menos, y viajando pequeñas distancias a lo largo de caminos curvados aparentemente azarosos. Algunos de ellos siguen el mismo recorrido que sus predecesores. Los puntos pueden estar alargados en su recorrido como pequeñas lombrices. Aparecen alrededor del centro del campo visual, entre 10 y 15 grados con respecto al punto de fijación.³​ Los ojos izquierdo y derecho ven puntos diferentes y una persona que tenga los dos ojos abiertos ve una mezcla.

La mayoría de la gente es capaz de ver este fenómeno al mirar al cielo. Sin embargo, es más bien débil y mucha gente no lo nota hasta que se le pide que le preste atención.

Explicación[editar]

Retinografía que muestra los vasos sanguíneos que se encuentran delante de la retina. Su sombra es la causa del fenómeno entóptico del campo azul.

Los puntos brillantes son glóbulos blancos moviéndose en los capilaresque se encuentran delante de la retina del ojo humano.⁴​ La luz azul (longitud de onda óptima: 430 nm) es absorbida por los glóbulos rojos de dichos capilares. El ojo y el cerebro "editan" las líneas de sombra de los capilares, en parte por la adaptación de las células fotorreceptorassituadas detrás de los capilares. Los glóbulos blancos, que son mucho menos que los rojos y no absorben la luz azul, crean vacíos en las columnas sanguíneas que parecen puntos blancos. Estos vacíos son alargados porque un leucocito esférico es demasiado ancho para el capilar. Los hematíes se apilan detrás del leucocito, dando el aspecto de una cola oscura.⁵​ Este comportamiento de los glóbulos en los capilares de la retina se ha observado directamente en sujetos humanos mediante oftalmoscopia láser de barrido (SLO)⁶​ de óptica adaptativa, una técnica nueva de imágenes en tiempo real para examinar el flujo sanguíneo en la retina.⁷​ Los puntos no aparecen en el mismo centro del campo visual porque no hay vasos sanguíneos al tratarse de la zona avascular de la fóvea.

Entoptoscopia del campo azul[editar]

En la técnica conocida como Entoptoscopia del campo azul, se aprovecha el efecto producido por el fenómeno de Scheerer para estimar el flujo sanguíneo en los capilares retinales. Al paciente se le muestran alternadamente luz azul y una imagen generada por ordenador de puntos movedizos. Ajustando la velocidad y densidad de estos puntos, el paciente intenta igualar lo más posible la simulación de computadora a los puntos entópicos percibidos en la luz azul.

Diferencia con otros fenómenos entópticos[editar]

El fenómeno de Scheerer se puede distinguir fácilmente de las miodesopsias (moscas volantes). El fenómeno de Scheerer consiste en corpúsculos de diámetro y enfoque visual idénticos, de puntos simples o con forma de lombriz, más brillantes que el fondo. Si el ojo deja de moverse, los puntos siguen fluyendo. Si el ojo se mueve, los puntos lo siguen instantáneamente porque están contenidos en la retina. Por el contrario, las miodesopsias son manchas o hilos de diámetro variable y enfoque visual variable, algunos con figuras complejas, más oscuros que el fondo. Si el ojo para de moverse, las miodesopsias se estabilizan. Si el ojo se mueve, las miodesopsias lo siguen lentamente, ya que están contenidas en el humor vítreo el cual está sujeto a la inercia.

Por otro lado, hay que distinguir los fosfenos, causados por la estimulación mecánica, eléctrica o magnética de la retina, del fenómeno de Scheerer.