Коллимированный луч света или другого электромагнитного излучения имеет параллельные лучи и поэтому при распространении будет минимально распространяться. Идеально коллимированный и нерасходящийся световой луч не рассеивается с расстоянием. Однако дифракция препятствует созданию такого луча. [1]
Свет можно приблизительно коллимировать с помощью ряда процессов, например, с помощью коллиматора . Иногда говорят, что идеально коллимированный свет сфокусирован 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 паразитных фотонов , которые снижают качество рентгеновского изображения («пленочный туман»). В сцинтиграфии перед детектором используется коллиматор гамма-лучей, позволяющий обнаруживать только фотоны, перпендикулярные поверхности. [2]
Термин «коллимированный» также может применяться к пучкам частиц – коллимированный пучок частиц – где обычно могут использоваться экранирующие блоки из материалов высокой плотности (таких как свинец , сплавы висмута и т. д.) 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, обеспечивающий тот же самый эффект прямой коллимации, менее изученный, может использовать стратегическую ядерную поляризацию ( магнитную поляризацию ядер), если необходимые реакции разработаны для каких-либо экспериментальных приложений.
Слово «коллимировать» происходит от латинского глагола « collimare» , который возник в результате неправильного прочтения слова « collineare» , означающего «направлять по прямой линии». [3]
Лазерный свет газовых или кристаллических лазеров хорошо коллимирован, поскольку он формируется в оптическом резонаторе между двумя параллельными зеркалами , которые ограничивают путь света, перпендикулярный поверхностям зеркал. [4] На практике в газовых лазерах могут использоваться вогнутые зеркала, плоские зеркала или их комбинация. [5] [6] [7] Расходимость высококачественных лазерных лучей обычно составляет менее 1 миллирадиана (3,4 угловых минуты ), а для лучей большого диаметра может быть намного меньше . Лазерные диоды излучают менее коллимированный свет из-за их короткого резонатора, поэтому для более высокой коллимации требуется коллимирующая линза.
Синхротронный свет очень хорошо коллимирован. [8] Он создается путем изгибания релятивистских электронов (т.е. тех, которые движутся с релятивистскими скоростями) по круговой траектории. Когда электроны движутся на релятивистских скоростях, результирующее излучение сильно коллимируется, чего не происходит при более низких скоростях. [9]
Свет звезд (кроме Солнца ) достигает Земли точно коллимировано, поскольку звезды находятся так далеко, что не имеют заметного углового размера. Однако из-за рефракции и турбулентности в атмосфере Земли звездный свет доходит до земли слегка неколлимированным с видимым угловым диаметром около 0,4 угловых секунды . Прямые лучи света от Солнца достигают Земли без коллимации на полградуса, что соответствует угловому диаметру Солнца, если смотреть с Земли. Во время солнечного затмения свет Солнца становится все более коллимированным, поскольку видимая поверхность сжимается до тонкого полумесяца и, в конечном итоге, до небольшой точки , создавая явления отчетливых теней и теневых полос .
Идеальное параболическое зеркало фокусирует параллельные лучи в одной точке. И наоборот, точечный источник в фокусе параболического зеркала будет производить луч коллимированного света, создавая коллиматор . Поскольку источник должен быть небольшим, такая оптическая система не может производить большую оптическую мощность. Сферические зеркала изготовить проще, чем параболические, и их часто используют для получения примерно коллимированного света. Многие типы линз также могут генерировать коллимированный свет от точечных источников.
Этот принцип используется в полнопилотажных симуляторах (FFS), которые имеют специально разработанные системы для отображения изображений сцены за окном (OTW) пилотам в кабине точной копии самолета.
В самолете, где два пилота сидят рядом, если изображение OTW проецируется перед пилотами на экран, один пилот увидит правильный вид, а другой увидит вид, в котором некоторые объекты на сцене будут расположены в неправильном положении. углы.
Чтобы избежать этого, в системе визуального отображения симулятора используется коллимированная оптика, так что сцена OTW видна обоим пилотам в дальнем фокусе, а не в фокусном расстоянии проекционного экрана. Это достигается за счет оптической системы, которая позволяет пилотам видеть изображения в зеркале, имеющем вертикальную кривизну, причем кривизна позволяет видеть изображение в удаленном фокусе обоими пилотами, которые затем видят, по существу, одну и ту же сцену OTW. без каких-либо искажений. Поскольку свет, попадающий в точку зрения обоих пилотов, находится под разными углами к полю зрения пилотов из-за разных проекционных систем, расположенных полукругом над пилотами, всю систему отображения нельзя считать коллимированным дисплеем, а система отображения, использующая коллимированный свет.
«Коллимация» означает, что все оптические элементы прибора находятся на расчетной оптической оси . Это также относится к процессу настройки оптического прибора так, чтобы все его элементы находились на этой расчетной оси (линейно и параллельно). Безусловная юстировка бинокля представляет собой 3-х осевую коллимацию, то есть обе оптические оси, обеспечивающие стереоскопическое зрение, выравниваются 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, чтобы из окуляра выходил коллимированный свет. Большинство любительских телескопов-рефлекторов требуют повторной коллимации каждые несколько лет для поддержания оптимальной производительности. Это можно сделать простыми визуальными методами, такими как осмотр оптического узла 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 используется для проверки лазерной коллимации.
«Деколлимация» - это любой механизм или процесс, который заставляет луч с минимально возможной расходимостью лучей расходиться или сходиться от параллелизма. Деколлимация может быть преднамеренной по системным причинам или может быть вызвана многими факторами, такими как неоднородности показателя преломления , окклюзии, рассеяние , отклонение , дифракция , отражение и преломление . Деколлимацию необходимо учитывать, чтобы в полной мере учитывать многие системы, такие как радио , радар , гидролокатор и оптическая связь .