Коллимированный луч света или другого электромагнитного излучения имеет параллельные лучи , и поэтому будет минимально распространяться по мере распространения. Луч лазера является архетипическим примером. Идеально коллимированный луч света , без расхождения , не будет рассеиваться с расстоянием. Однако дифракция препятствует созданию любого такого луча. [1]
Свет может быть приблизительно коллимирован с помощью ряда процессов, например, с помощью коллиматора . Идеально коллимированный свет иногда называют сфокусированным на бесконечности . Таким образом, по мере увеличения расстояния от точечного источника сферические волновые фронты становятся более плоскими и приближаются к плоским волнам , которые идеально коллимированы.
Другие формы электромагнитного излучения также могут быть коллимированы. В радиологии рентгеновские лучи коллимируются для уменьшения объема облучаемой ткани пациента и для удаления случайных фотонов, которые снижают качество рентгеновского изображения («пленочный туман»). В сцинтиграфии коллиматор гамма-лучей используется перед детектором, чтобы позволить обнаруживать только фотоны, перпендикулярные поверхности. [2]
Термин коллимированный может также применяться к пучкам частиц – коллимированному пучку частиц – где обычно экранирующие блоки из материалов высокой плотности (таких как свинец , сплавы висмута и т. д.) могут использоваться для поглощения или блокировки периферийных частиц в желаемом прямом направлении, особенно последовательность таких поглощающих коллиматоров . Этот метод коллимации частиц обычно применяется и повсеместно используется в каждом комплексе ускорителей частиц в мире. Дополнительный метод, позволяющий реализовать тот же эффект прямой коллимации, менее изученный, может использовать стратегическую ядерную поляризацию ( магнитную поляризацию ядер), если требуемые реакции спроектированы в любых заданных экспериментальных приложениях.
Слово «коллимировать» происходит от латинского глагола collimare , который возник в результате неправильного прочтения слова collineare , «направлять по прямой линии». [3]
Лазерный свет от газовых или кристаллических лазеров сильно коллимирован, поскольку он формируется в оптической полости между двумя параллельными зеркалами, которые ограничивают свет траекторией, перпендикулярной поверхностям зеркал. [4] На практике газовые лазеры могут использовать вогнутые зеркала, плоские зеркала или их комбинацию. [5] [6] [7] Расходимость высококачественных лазерных лучей обычно составляет менее 1 миллирадиана (3,4 угловых минут ) и может быть намного меньше для лучей большого диаметра. Лазерные диоды излучают менее коллимированный свет из-за их короткой полости, и поэтому для более высокой коллимации требуется коллимирующая линза.
Синхротронный свет очень хорошо коллимирован. [8] Он производится путем изгибания релятивистских электронов (т.е. тех, которые движутся с релятивистской скоростью) вокруг круговой траектории. Когда электроны находятся на релятивистской скорости, результирующее излучение сильно коллимировано, результат, который не возникает при более низких скоростях. [9]
Свет от звезд (кроме Солнца ) достигает Земли точно коллимированным, поскольку звезды находятся так далеко, что не имеют обнаруживаемого углового размера. Однако из-за рефракции и турбулентности в атмосфере Земли свет звезд достигает Земли слегка неколлимированным с видимым угловым диаметром около 0,4 угловых секунд . Прямые лучи света от Солнца достигают Земли неколлимированными на половину градуса, что является угловым диаметром Солнца, видимым с Земли. Во время солнечного затмения свет Солнца становится все более коллимированным, поскольку видимая поверхность сжимается до тонкого полумесяца и в конечном итоге до маленькой точки , создавая явления отчетливых теней и теневых полос .
Идеальное параболическое зеркало сведет параллельные лучи в фокус в одной точке. И наоборот, точечный источник в фокусе параболического зеркала создаст пучок коллимированного света, создающий коллиматор . Поскольку источник должен быть небольшим, такая оптическая система не может производить большую оптическую мощность. Сферические зеркала легче изготовить, чем параболические, и они часто используются для получения приблизительно коллимированного света. Многие типы линз также могут производить коллимированный свет из точечных источников.
«Коллимация» относится ко всем оптическим элементам в инструменте, находящимся на их спроектированной оптической оси . Это также относится к процессу регулировки оптического прибора таким образом, чтобы все его элементы находились на этой спроектированной оси (на одной линии и параллельно). Безусловное выравнивание бинокля — это 3-осевая коллимация, то есть обе оптические оси, которые обеспечивают стереоскопическое зрение, выровнены параллельно оси шарнира, используемого для выбора различных настроек межзрачкового расстояния . Что касается телескопа, этот термин относится к тому факту, что оптическая ось каждого оптического компонента должна быть центрирована и параллельна, так что коллимированный свет выходит из окуляра. Большинство любительских рефлекторных телескопов необходимо повторно коллимировать каждые несколько лет для поддержания оптимальной производительности. Это можно сделать простыми визуальными методами, такими как просмотр оптической сборки без окуляра, чтобы убедиться, что компоненты выровнены, с помощью окуляра Чешира или с помощью простого лазерного коллиматора или автоколлиматора . Коллимацию также можно проверить с помощью сдвигового интерферометра , который часто применяется для проверки коллимации лазера.
«Деколлимация» — это любой механизм или процесс, который заставляет луч с минимально возможной расходимостью лучей расходиться или сходиться от параллельности. Деколлимация может быть преднамеренной по системным причинам или может быть вызвана многими факторами, такими как неоднородности показателя преломления , окклюзии, рассеяние , отклонение , дифракция , отражение и рефракция . Деколлимация должна быть учтена для полной обработки многих систем, таких как радио , радар , сонар и оптическая связь .