Un haz de luz colimado u otra radiación electromagnética tiene rayos paralelos y, por lo tanto, se dispersará mínimamente a medida que se propaga. Un rayo láser es un ejemplo arquetípico. Un haz de luz perfectamente colimado , sin divergencia , no se dispersaría con la distancia. Sin embargo, la difracción impide la creación de dicho haz. [1]
La luz se puede colimar de forma aproximada mediante diversos procesos, por ejemplo, mediante un colimador . A veces se dice que la luz perfectamente colimada está enfocada al infinito . Por lo tanto, a medida que aumenta la distancia desde una fuente puntual, los frentes de onda esféricos se vuelven más planos y se acercan a las ondas planas , que están perfectamente colimadas.
También se pueden colimar otras formas de radiación electromagnética. En radiología , los rayos X se coliman para reducir el volumen del tejido del paciente que se irradia y para eliminar los fotones dispersos que reducen la calidad de la imagen de rayos X ("niebla de película"). En la gammagrafía , se utiliza un colimador de rayos gamma delante de un detector para permitir que solo se detecten los fotones perpendiculares a la superficie. [2]
El término colimado también puede aplicarse a haces de partículas –un haz de partículas colimadas– donde típicamente se pueden usar bloques de protección de materiales de alta densidad (como plomo , aleaciones de bismuto , etc.) para absorber o bloquear partículas periféricas de una dirección hacia adelante deseada, especialmente una secuencia de tales colimadores absorbentes . Este método de colimación de partículas se implementa rutinariamente y es ubicuo en cada complejo de aceleradores de partículas en el mundo. Un método adicional que permite este mismo efecto de colimación hacia adelante, menos estudiado, puede implementar la polarización nuclear estratégica ( polarización magnética de núcleos) si las reacciones requeridas están diseñadas en cualquier aplicación experimental dada.
La palabra "colimar" proviene del verbo latino collimare , que se originó en una lectura errónea de collineare , "dirigir en línea recta". [3]
La luz láser de los láseres de gas o de cristal está altamente colimada porque se forma en una cavidad óptica entre dos espejos paralelos que restringen la luz a una trayectoria perpendicular a las superficies de los espejos. [4] En la práctica, los láseres de gas pueden utilizar espejos cóncavos, espejos planos o una combinación de ambos. [5] [6] [7] La divergencia de los rayos láser de alta calidad es comúnmente menor a 1 milirradián (3,4 arcmin ), y puede ser mucho menor para rayos de gran diámetro. Los diodos láser emiten luz menos colimada debido a su cavidad corta y, por lo tanto, una colimación mayor requiere una lente colimadora.
La luz de sincrotrón está muy bien colimada. [8] Se produce doblando electrones relativistas (es decir, aquellos que se mueven a velocidades relativistas ) alrededor de una pista circular. Cuando los electrones están a velocidades relativistas, la radiación resultante está muy colimada, un resultado que no ocurre a velocidades más bajas. [9]
La luz de las estrellas (excepto del Sol ) llega a la Tierra perfectamente colimada, ya que las estrellas están tan lejos que no presentan un tamaño angular detectable. Sin embargo, debido a la refracción y la turbulencia en la atmósfera terrestre, la luz de las estrellas llega ligeramente sin colimar al suelo con un diámetro angular aparente de aproximadamente 0,4 segundos de arco . Los rayos directos de luz del Sol llegan a la Tierra sin colimar medio grado, que es el diámetro angular del Sol visto desde la Tierra. Durante un eclipse solar , la luz del Sol se vuelve cada vez más colimada a medida que la superficie visible se encoge hasta convertirse en una delgada media luna y, finalmente, en un pequeño punto , lo que produce el fenómeno de las sombras y bandas de sombras bien definidas .
Un espejo parabólico perfecto hará que los rayos paralelos se enfoquen en un único punto. Por el contrario, una fuente puntual en el foco de un espejo parabólico producirá un haz de luz colimada que creará un colimador . Como la fuente debe ser pequeña, un sistema óptico de este tipo no puede producir mucha potencia óptica. Los espejos esféricos son más fáciles de fabricar que los espejos parabólicos y se utilizan a menudo para producir luz aproximadamente colimada. Muchos tipos de lentes también pueden producir luz colimada a partir de fuentes puntuales.
"Colimación" se refiere a que todos los elementos ópticos de un instrumento estén en su eje óptico diseñado . También se refiere al proceso de ajustar un instrumento óptico para que todos sus elementos estén en ese eje diseñado (en línea y paralelos). La alineación incondicional de los binoculares es una colimación de 3 ejes, lo que significa que ambos ejes ópticos que proporcionan visión estereoscópica están alineados en paralelo con el eje de la bisagra utilizada para seleccionar varios ajustes de distancia interpupilar . Con respecto a un telescopio, el término se refiere al hecho de que el eje óptico de cada componente óptico debe estar centrado y paralelo, de modo que la luz colimada emerja del ocular. La mayoría de los telescopios reflectores de aficionados necesitan ser recolimados cada pocos años para mantener un rendimiento óptimo. Esto se puede hacer con métodos visuales simples, como mirar hacia abajo el conjunto óptico sin ocular para asegurarse de que los componentes estén alineados, utilizando un ocular Cheshire o con la ayuda de un colimador láser simple o autocolimador . La colimación también se puede probar utilizando un interferómetro de corte , que a menudo se utiliza para probar la colimación láser.
La "descolimación" es cualquier mecanismo o proceso que hace que un haz con la mínima divergencia posible diverja o converja del paralelismo. La descolimación puede ser deliberada por razones de sistemas o puede estar causada por muchos factores, como inhomogeneidades del índice de refracción , oclusiones, dispersión , deflexión , difracción , reflexión y refracción . La descolimación debe tenerse en cuenta para tratar por completo muchos sistemas, como la radio , el radar , el sonar y las comunicaciones ópticas .