Введение

Оптические неоднородности в прозрачных средах – это оптические неоднородности в прозрачных средах, которые не обязательно видны человеческому глазу. Физика шлихеренов возникла из необходимости создания высококачественных линз, свободных от подобных неоднородностей. Эти неоднородности представляют собой локальные различия в оптической длине пути, вызывающие отклонение световых лучей, особенно посредством преломления. Это отклонение света может приводить к локальному осветлению, затемнению или даже изменению цвета изображения, в зависимости от направления отклонения лучей.

История

Шлиерен впервые были обнаружены Робертом Хуком в 1665 году с помощью большой вогнутой линзы и двух свечей. Одна свеча служила источником света, а тёплый воздух, поднимающийся от второй свечи, создавал шлиер. Традиционная система шлиерен в основном заслуга немецкого физика Августа Топлера, хотя метод был изобретён Жаном Бернаром Леоном Фуко в 1859 году, и впоследствии усовершенствован Топлером. Изначальная система Топлера была разработана для обнаружения шлиерен в стекле, используемом для изготовления линз. В традиционной системе шлиерен точечный источник используется для освещения исследуемой области, содержащей шлиер. Изображение этого света формируется с помощью собирающей линзы (также называемой линзой для визуализации шлиерен). Это изображение находится на сопряжённом расстоянии от линзы, определяемом уравнением тонкой линзы:

где – фокусное расстояние линзы, – расстояние от объекта до линзы, а – расстояние от изображения объекта до линзы. Нож (край ножа) в точке изображения источника света располагается таким образом, чтобы частично блокировать свет, достигающий экрана наблюдения. Это приводит к равномерному уменьшению яркости изображения. Вторая линза используется для формирования изображения исследуемой области на экране. Экран расположен на сопряжённом расстоянии от плоскости шлиера. Слово «шлиерен» происходит от немецкого слова «Schliere», означающего «полоса» или «струя».

Визуализация потока Шлирена

Визуализация потока Шлирена основана на отклонении света градиентом показателя преломления. Градиент показателя преломления напрямую связан с градиентом плотности потока. Отклоненный свет сравнивается с неотклоненным светом на визирующем экране. Невозмущенный свет частично блокируется ножом (кромкой). Свет, отклоняющийся к ножу или от него, создает теневой рисунок в зависимости от того, был ли он ранее заблокирован или нет. Этот теневой рисунок является отображением интенсивности света, представляющим области расширения (низкой плотности) и сжатия (высокой плотности), характеризующие поток.

Дисплеи Шлирена

Эффект Шлирена часто используется в технологиях видеопроекторов. Основная идея заключается в том, что какое-либо устройство, например, жидкокристаллический световой клапан, используется для создания искажений Шлирена контролируемым образом, и эти искажения проецируются на экран для получения желаемого изображения. Проекционные системы отображения, такие как устаревшие Eidophor и Talaria, использовали различные варианты этого подхода еще в 1940 году.