Коллимированный пучок из света или другого электромагнитного излучения имеет параллельные лучи , и , следовательно , будет распространяться минимально по мере распространения. Идеально сколлимированный световой луч без расходимости не рассеивался бы 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 сколлимированный свет сфокусирован на бесконечности . Таким образом, по мере того, как расстояние от точечного источника увеличивается, сферические волновые фронты становятся более плоскими и ближе к плоским волнам , которые идеально коллимированы.
Также можно коллимировать другие формы электромагнитного излучения. В рентгенологии , рентгеновские лучи , которые коллимировались , чтобы уменьшить объем ткани пациента , который облучается, и чтобы удалить паразитные фотоны , которые снижают качество рентгеновского изображения ( «пленка туман»). В сцинтиграфии коллиматор гамма-излучения используется перед детектором, что позволяет регистрировать только фотоны, перпендикулярные поверхности. [2]
Этимология [ править ]
Слово «коллимат» происходит от латинского глагола collimare , который произошел от неправильного толкования слова collineare , «направлять по прямой». [3]
Источники [ править ]
Лазеры [ править ]
Лазерный свет от газовых или кристаллических лазеров сильно коллимирован, поскольку он формируется в оптическом резонаторе между двумя параллельными зеркалами, которые ограничивают свет на пути, перпендикулярном поверхностям зеркал. [4] На практике в газовых лазерах можно использовать вогнутые зеркала, плоские зеркала или их комбинацию. [5] [6] [7] дивергенции высококачественного лазерных лучей обычно меньше , чем 1 миллирадиана (3.4 угл ), и может быть значительно меньше для большого диаметра пучков. Лазерные диоды излучают менее коллимированный свет из-за их короткого резонатора, и поэтому для более высокой коллимации требуется коллимирующая линза.
Синхротронный свет [ править ]
Синхротронный свет очень хорошо сколлимирован. [8] Он создается путем изгибания релятивистских электронов (т.е. электронов, движущихся с релятивистскими скоростями) по круговой траектории. Когда электроны находятся на релятивистских скоростях, результирующее излучение сильно коллимировано, чего не происходит при более низких скоростях. [9]
Дистанционные источники [ править ]
Свет от звезд (кроме Солнца ) достигает Земли точно коллимированным, потому что звезды находятся так далеко, что не имеют обнаруживаемого углового размера. Однако из-за рефракции и турбулентности в атмосфере Земли звездный свет достигает земли немного неколлимированным, с видимым угловым диаметром около 0,4 угловых секунд . Прямые лучи света от Солнца прибывают на Землю без коллимирования на половину градуса, что является угловым диаметром Солнца, если смотреть с Земли. Во время солнечного затмения свет Солнца становится все более коллимированным, поскольку видимая поверхность сжимается до тонкого серпа и, в конечном итоге, до маленькой точки , вызывая явления отчетливых теней итеневые полосы .
Линзы и зеркала [ править ]
Идеальное параболическое зеркало фокусирует параллельные лучи в одной точке. И наоборот, точечный источник в фокусе параболического зеркала будет производить луч коллимированного света, создающий коллиматор . Поскольку источник должен быть небольшим, такая оптическая система не может производить большую оптическую мощность. Сферические зеркала изготовить легче, чем параболические, и их часто используют для получения приблизительно коллимированного света. Многие типы линз также могут излучать коллимированный свет от точечных источников.
Система отображения в авиасимуляторах, использующая коллимированный свет [ править ]
Этот принцип используется в полнопилотажных симуляторах (FFS), которые имеют специально разработанные системы для отображения изображений Out-The-Window (OTW) для пилотов в кабине реплики самолета.
В самолете, где два пилота сидят рядом, если изображение OTW проецируется перед пилотами на экране, один пилот будет видеть правильный вид, а другой - вид, в котором некоторые объекты в сцене будут неправильными. углы.
Чтобы избежать этого, в системе визуального отображения симулятора используется коллимированная оптика, так что сцена OTW видна обоим пилотам на удаленном фокусе, а не на фокусном расстоянии проекционного экрана. Это достигается с помощью оптической системы, которая позволяет пилотам видеть изображение в зеркале, имеющем вертикальную кривизну, кривизна позволяет видеть изображение в удаленном фокусе обоим пилотам, которые затем видят по существу одну и ту же сцену OTW. без искажений. Поскольку свет, попадающий в точку взгляда обоих пилотов, находится под разными углами к полю зрения пилотов из-за различных систем проецирования, расположенных полукругом над пилотами, всю систему отображения нельзя рассматривать как коллимированный дисплей, но система отображения, использующая коллимированный свет.
Коллимация и деколлимация [ править ]
«Коллимация» относится ко всем оптическим элементам прибора, находящимся на их расчетной оптической оси . Это также относится к процессу настройки оптического инструмента таким образом, чтобы все его элементы располагались на указанной оси (на одной линии и параллельно). Применительно к телескопу этот термин относится к тому факту, что оптическая ось каждого оптического компонента должна быть центрирована и параллельна, чтобы коллимированный свет выходил из окуляра. Большинство любительских телескопов-рефлекторов необходимо повторно коллимировать каждые несколько лет для поддержания оптимальных характеристик. Это можно сделать простыми визуальными методами, такими как осмотр оптического блока без окуляра, чтобы убедиться, что компоненты выровнены, с помощью окуляра Чешира , или с помощью простого лазерного коллиматора илиавтоколлиматор . Коллимацию также можно проверить с помощью интерферометра сдвига , который часто используется для проверки лазерной коллимации.
«Деколлимация» - это любой механизм или процесс, который заставляет луч с минимально возможным расхождением лучей расходиться или сходиться от параллельности. Деколлимация может быть преднамеренной по системным причинам или может быть вызвана многими факторами, такими как неоднородности показателя преломления , окклюзия, рассеяние , отклонение , дифракция , отражение и преломление . Деколлимация должна быть учтена, чтобы полностью обработать многие системы, такие как радио , радар , гидролокатор и оптическая связь .
См. Также [ править ]
- Автоколлимация
- Шлиренская фотография
Ссылки [ править ]
- ^ «Введение в лазерную технологию». Каталог Меллеса Грио (PDF) . Меллес Грио. ндп 36.6 . Проверено 25 августа 2018 года .
- ^ "Коллиматоры для ядерной медицины" . Ядерные поля.
- ^ Льюис, Чарльтон Т .; Коротко, Чарльз (2010) [1879]. "коллимо" . Латинский словарь . Оксфорд; Медфорд: Clarendon Press; Цифровая библиотека Персея.
- ^ «Свойства лазеров» . Мир лазеров . Мир лазеров. 2015 . Дата обращения 5 августа 2015 .
- ↑ Джоши (2010). Инженерная физика . Тата Макгроу-Хилл Образование . п. 517. ISBN 9780070704770.
- ^ Инженерная физика 1: Для WBUT . Индия: Pearson Education India. nd с. 3–9. ISBN 9788131755938.
- ^ Типлер, Пол (1992). Элементарная современная физика . Макмиллан. п. 149. ISBN. 9780879015695.
- ^ Виник, Герман; Доних, S (2012). Исследования синхротронного излучения . Springer Science & Business Media . п. 567. ISBN 9781461579984.
- ^ Мобилио, Сеттимио; Боскерини, Федерико; Менегини, Карло (2014). Синхротронное излучение: основы, методы и приложения . Springer. п. 31. ISBN 9783642553158.
Библиография [ править ]
- Пфистер, Дж. И Книдлер, Дж. А. (SD). Справочник по лазерам в операционной.
