קרני אור מקבילות
באופטיקה יש שימוש רב בקרני אור מקבילות. במקרה האידיאלי מדובר באלומה שקרני האור המרכיבות אותה הן מקבילות ולכן אלומת אור זו לא תתרחב תוך כדי התקדמותה: גודלו של כתם האור הנוצר יהיה קבוע בכל מישור לאורך הציר בו תתקדם האלומה. במציאות, בגלל מגבלות עקיפה, המצב האידיאלי אינו מתקיים, אולם ניתן ליצור קרני אור שהן מקבילות בקירוב.[1] בפועל, שום אלומת קרניים אינה שומרת על גודלה לאורך מסלול ההתקדמות אך אלומת קרני אור מקבילות גדלה לאט יותר מכל אלומה אחרת, וניתן לומר כי הקרניים הן "מקבילות בקירוב" לאורך מרחק שנקרא טווח ריילי (אנ')[א] (כל עוד לא מדובר באלומה בקוטר קטן מאוד). בדרך כלל ניתן להפוך כל אלומת אור למקבילה בקירוב על ידי קולימטור או מערך של עדשות. אור שעבר קולימציה מושלמת נחשב לעיתים כממוקד באינסוף.
ניתן גם לייצר אלומה מקבילה של קרינה אלקטרומגנטית באורכי גל אחרים, לא רק של אור נראה. למשל ברדיולוגיה, משתמשים באלומה מקבילה של קרני רנטגן כדי להפחית את נפח הרקמה החשוף לקרינה.
אטימולוגיה
[עריכת קוד מקור | עריכה]קרני אור מקבילות הן, על פי הגדרתן, בעלות קולימציה טובה. מקור המילה קולימציה, או הפועל "collimate" הוא הפועל הלטיני collimāre, שמקורו בשיבוש של collineāre, "לכוון בקו ישר", שהתפתח במאה ה-19 למשמעות של "לגרום למשהו (כמו קרני אור) להיות מקביל".[2]
מקורות
[עריכת קוד מקור | עריכה]לייזרים
[עריכת קוד מקור | עריכה]קרינת לייזר יכולה להיות בעלת מקביליות (קולימציה) גבוהה כשהיא נוצרת במהוד אופטי ארוך, בין שתי מראות מקבילות. ההחזרות המרובות מייצרות אלומת קרניים מקבילות, מכיוון שרק פוטונים הנעים במקביל לדפנות החלל יוחזרו שוב ושוב משתי המראות. אם האור סוטה ולו במעט מהציר, הוא יאבד מהאלומה כי לאחר מספר החזרות יחטיא את המראה.[3] זווית הפיזור של לייזר באיכות גבוהה היא בדרך כלל פחות מאלפית הרדיאן (3.4 דקות קשת), והיא יכולה להיות קטנה בהרבה עבור אלומות קרניים בקוטר גדול. דיודות לייזר פולטות אור פחות מקבילי בשל המהוד הקצר שלהן, ולכן כדי להשיג אלומה מקבילה מדיודות אלו יש להשתמש בעדשת קולימציה.
קרינת סינכרוטרון
[עריכת קוד מקור | עריכה]קרינת סינכרוטרון היא בעלת קולימציה טובה.[4] היא נוצרת על ידי כיפוף מסלולם של אלקטרונים הנעים במהירויות גבוהות ביותר ("רלטיביסטיות") למסלול מעגלי. כאשר האלקטרונים נעים במהירויות רלטיביסטיות, הקרינה המתקבלת מקבילה ביותר, תופעה שאינה מתרחשת במהירויות נמוכות יותר.
מקורות רחוקים
[עריכת קוד מקור | עריכה]אור הכוכבים (מלבד אור השמש) מגיע לרום האטמוספירה בקולימציה מצוינת, מכיוון שהכוכבים כה רחוקים עד שגודלם הזוויתי אינו מדיד. עם זאת, עקב שבירה ואפקטים של טורבולנציה באטמוספירה של כדור הארץ, אור הכוכבים מגיע לקרקע בצורה לא מקבילית אך במעט, עם קוטר זוויתי נראה של כ-0.4 דקות קשת. קרני אור המגיעות מהשמש, לעומת זאת, מגיעות לכדור הארץ בקולימציה של חצי מעלה (30 דקות קשת), זהו הקוטר הזוויתי של השמש כפי שהיא נראית מכדור הארץ. במהלך ליקוי חמה, אור השמש הופך למקביל יותר ויותר כאשר השטח הנראה מתכווץ לסהר דק ובסופו של דבר לנקודה קטנה (הקרויה Baily's beads).
עדשות ומראות
[עריכת קוד מקור | עריכה]
ניתן להשתמש בעדשות או מראות כדי להפוך אלומת קרניים לאלומה מקבילה. מראה פרבולית מושלמת תמקד אלומת קרניים קרניים מקבילות לנקודה אחת, הנקראת מוקד. באופן דומה, מקור נקודתי במוקד של מראה פרבולית יפיק אלומת אור מקבילה, ויצור קולימטור. מכיוון שהמקור צריך להיות קטן (כדי להיחשב מקור נקודתי), מערכת אופטית כזו אינה יכולה לייצר עוצמה גבוהה. מראות כדוריות קלות יותר לייצור ממראות פרבוליות והן משמשות לעיתים קרובות לייצור אור מקביל בקירוב. סוגי עדשות רבים יכולים גם הם לייצר אלומת אור מקבילה ממקור נקודתי.
ראו גם
[עריכת קוד מקור | עריכה]ביאורים
[עריכת קוד מקור | עריכה]- ^ טווח ריילי מוגדר לאלומה גאוסיאנית כמרחק בו קוטר הקרן יגדל פי שורש שניים
הערות שוליים
[עריכת קוד מקור | עריכה]- ^ Gaussian Beam Optics - CVI Melles Griot 2009 Technical Guide (עמ' 2.3), experimentationlab.berkeley.edu, Vol 2, Issue 1, 2009
- ^ Definition of COLLIMATE, www.merriam-webster.com (באנגלית)
- ^ Properties of Lasers, www.worldoflasers.com, פרק: Directionality and beam divergence
- ^ Fred Schlachter and Art Robinson, Synchrotron light sources: A powerful tool for science and technology, OSTI OAI (U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information), ינואר 1996, באתר Academia.edu