Un haz de luz colimado u otra radiación electromagnética tiene rayos paralelos y, por lo tanto, se propagará mínimamente a medida que se propaga. 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 aproximadamente mediante varios procesos, por ejemplo mediante un colimador . A veces se dice que la luz perfectamente colimada está enfocada al infinito . Así, a medida que aumenta la distancia desde una fuente puntual, los frentes de onda esféricos se vuelven más planos y más cercanos 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 perdidos que reducen la calidad de la imagen de rayos X ("niebla de película"). En la gammagrafía , se utiliza un colimador de rayos gamma frente a un detector para permitir que solo se detecten fotones perpendiculares a la superficie. [2]
El término colimado también se puede aplicar a haces de partículas (un haz de partículas colimado ) donde normalmente se pueden usar bloques de protección de materiales de alta densidad (como plomo , aleaciones de bismuto , etc.) para absorber o bloquear partículas periféricas desde una dirección de avance deseada. especialmente una secuencia de tales colimadores absorbentes . Este método de colimación de partículas se implementa de forma rutinaria y es omnipresente en todos los complejos de aceleradores de partículas del mundo. Un método adicional que permite este mismo efecto de colimación directa, menos estudiado, puede desplegar polarización nuclear estratégica ( polarización magnética de los núcleos) si las reacciones necesarias se diseñan para aplicaciones experimentales determinadas.
La palabra "colimar" proviene del verbo latino colimare , que tuvo su origen en una mala interpretación de collineare , "dirigir en línea recta". [3]
La luz láser procedente de láseres de gas o de cristal está altamente colimada porque se forma en una cavidad óptica entre dos espejos paralelos que limitan la luz a un camino 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 suele ser inferior a 1 miliradianes (3,4 minutos de arco ) y puede ser mucho menor para los rayos de gran diámetro. Los diodos láser emiten luz menos colimada debido a su cavidad corta y, por lo tanto, una mayor colimación 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 altamente colimada, un resultado que no ocurre a velocidades más bajas. [9]
La luz de las estrellas (distintas del Sol ) llega a la Tierra precisamente colimada, porque 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 a la Tierra 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, siendo este 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 reduce a una delgada media luna y finalmente a un pequeño punto , produciendo el fenómeno de distintas sombras y bandas de sombra .
Un espejo parabólico perfecto enfocará rayos paralelos en un solo punto. Por el contrario, una fuente puntual en el foco de un espejo parabólico producirá un haz de luz colimada creando un colimador . Dado que 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, a menudo, se utilizan para producir luz aproximadamente colimada. Muchos tipos de lentes también pueden producir luz colimada a partir de fuentes puntuales.
Este principio se utiliza en simuladores de vuelo completos (FFS), que tienen sistemas especialmente diseñados para mostrar imágenes de la escena fuera de la ventana (OTW) a los pilotos en la réplica de la cabina del avión.
En aviones donde dos pilotos están sentados uno al lado del otro, si las imágenes OTW se proyectaran frente a los pilotos en una pantalla, un piloto vería la vista correcta pero el otro vería una vista en la que algunos objetos en la escena estarían en una posición incorrecta. anglos.
Para evitar esto, se utilizan ópticas colimadas en el sistema de visualización visual del simulador para que ambos pilotos vean la escena OTW desde un enfoque distante en lugar de a la distancia focal de una pantalla de proyección. Esto se logra a través de un sistema óptico que permite que los pilotos vean las imágenes en un espejo que tiene una curvatura vertical, la curvatura permite que ambos pilotos vean la imagen desde un enfoque distante, quienes luego ven esencialmente la misma escena OTW. sin distorsiones. Dado que la luz que llega al punto de vista de ambos pilotos proviene de diferentes ángulos con respecto al campo de visión de los pilotos debido a diferentes sistemas de proyección dispuestos en un semicírculo sobre los pilotos, todo el sistema de visualización no puede considerarse una visualización colimada, sino un sistema de visualización que utiliza luz colimada.
"Colimación" se refiere a que todos los elementos ópticos de un instrumento se encuentran en su eje óptico diseñado . También se refiere al proceso de ajustar un instrumento óptico para que todos sus elementos estén sobre ese eje diseñado (en línea y paralelo). 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 paralelos al eje de la bisagra que se utiliza para seleccionar varios ajustes de distancia interpupilar . En el caso de un telescopio, el término se refiere al hecho de que el eje óptico de cada componente óptico debe estar centrado y paralelo, para que la luz colimada salga del ocular. La mayoría de los telescopios reflectores de aficionados deben volver a colimarse cada pocos años para mantener un rendimiento óptimo. Esto se puede hacer mediante métodos visuales simples, como mirar hacia abajo el conjunto óptico sin ocular para asegurarse de que los componentes estén alineados, utilizando un ocular de Cheshire o con la ayuda de un colimador o autocolimador láser simple . La colimación también se puede probar utilizando un interferómetro de corte , que a menudo se usa para probar la colimación láser.
"Decolimación" es cualquier mecanismo o proceso que hace que un haz con la mínima divergencia de rayos posible diverja o converja del paralelismo. La decolimación puede ser deliberada por razones de sistema o puede ser causada por muchos factores, como faltas de homogeneidad del índice de refracción , oclusiones, dispersión , deflexión , difracción , reflexión y refracción . Se debe tener en cuenta la decolimación para tratar completamente muchos sistemas como radio , radar , sonar y comunicaciones ópticas .