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O que é um colimador a laser?

O conceito de colimação é bastante único. Ele é usado em laboratórios para fazer correções em um ângulo de visão e também desempenha um papel vital na astronomia. Os telescópios de 8 polegadas atuais podem ver quasares e galáxias distantes, mas como esses telescópios comuns ganharam clareza para ver objetos tão distantes? A resposta é que os telescópios de hoje vêm em sua maioria com laser ou colimadores ópticos. Antes de darmos uma olhada no que é um colimador a laser, vamos primeiro tentar entender o que realmente significa a colimação de um feixe.

O que é colimação?

Sempre que a luz passa por qualquer objeto refrativo, ela sofre uma certa quantidade de difração. Os raios de luz são dispersos e não alcançam os observadores; além disso, eles não têm raios paralelos de luz, mas sim ângulos dispersos.

Um raio de luz colimado, por outro lado, é aquele que tem raios de luz paralelos extremos. Assim, podemos definir a colimação como o processo de conversão da luz dispersa em um feixe de luz com um grande número de raios paralelos. Um feixe de luz colimado é um feixe (tipicamente um feixe de laser) com uma divergência de feixe baixo de forma que o raio do feixe não sofra mudanças significativas dentro de distâncias de propagação moderadas. No caso simples (e freqüentemente encontrado) de feixes gaussianos, isso significa que o comprimento de Rayleigh deve ser longo em comparação com a distância de propagação prevista.

Umcolimadoré um dispositivo que estreita um raio de luz. O estreitamento de um raio de luz pode ter dois significados. O primeiro significa organizar o feixe de luz em uma direção específica. A segunda significa reduzir a seção transversal espacial de um feixe para se tornar menor.

Como é um laser colimado

Um laser pode ser definido como um dispositivo que gera um feixe coerente de luz monocromática de alta intensidade. A maioria dos lasers normais que os civis usam são diodos de laser. Ao contrário de suas contrapartes de gás ou laser de cristal presentes nos laboratórios, os diodos de laser possuem um nível severo de divergência. Um feixe de laser de diodo tem baixa qualidade de frente de onda, astigmatismo severo e também problemas elípticos. O astigmatismo em um diodo de laser geralmente se refere ao nível de aberração que um feixe de laser de um diodo de laser enfrenta. Feixes elípticos também podem fazer o laser sangrar um pouco nas bordas; em vez de formar um ponto perfeito, forma uma pequena elipse. Ambos os problemas podem ser corrigidos usando algumas correções ópticas.

diagrama a laser

Diagrama esquemático de um laser sendo colimado.

A maneira mais simples e popular de colimar um feixe de diodo laser é usando uma única lente asférica. Quanto maior a distância focal desta lente, maior será o diâmetro do feixe após a colimação. Além disso, se um certo ajuste de feixe tiver que ser feito, por exemplo, para expandir o raio de feixe de um feixe colimado, um sistema de duas lentes é freqüentemente usado – o chamado telescópio. Uma lente com uma distância focal negativa e outra com uma positiva cria uma configuração para colimar e expandir ou encolher o feixe. Para corrigir o problema elíptico, um feixe elíptico colimado pode ser circularizado expandindo-se na direção do eixo lento das reticências ou comprimindo na direção do eixo rápido.

Colimador a Laser em um Telescópio

Um colimador a laser permite alinhar convenientemente a óptica de um telescópio refletor. Primeiro, você usa o colimador a laser para determinar se oespelho secundárioestá apontando diretamente para o centro doespelho primário.

A primeira coisa que você faz é lustrar o colimador do laser através do tubo do telescópio. Deve ser assegurado que o colimador laser esteja firmemente no lugar sem qualquer movimento. Isso garantirá o alinhamento adequado do colimador a laser sem qualquer flexão ou flop.

O feixe de laser refletirá no espelho secundário e alcançará o espelho primário. Um espelho primário geralmente tem uma pequena fita de marcação. O laser está alinhado para atingir esse marcador e o espelho secundário é orientado e focalizado de acordo.

A colimação de um laser é feita por uma boa razão. Isso ajuda a alinhar teoricamente o foco da imagem no infinito. Isso ajuda a aumentar a clareza de objetos celestes distantes. Vamos considerar um exemplo teórico que pode explicar por que um laser é usado para colimar em telescópios.

diagrama de laser

Colimação de luz quando os objetos estão à distância.

O problema da colimação ocorre quando objetos distantes aparecem como fontes pontuais. Infelizmente, nada é uma verdadeira fonte pontual e o tamanho da fonte deve ser incluído em qualquer cálculo se a fonte pontual tiver um raio de y1 e um raio máximo de ângulo θ1. Se colimarmos a saída desta fonte usando uma lente com comprimento focal f, o resultado será um raio com um raio y2 = θ1f e ângulo de divergência θ2 = y1 / f. Observe que, independentemente da lente usada, o raio do feixe e a divergência do feixe têm uma relação recíproca. Assim, se o ponto focal fosse infinito, isso resultaria no ângulo de raio ser zero, colimando assim o feixe de luz.

Colimação a laser em laboratórios

homem laser

(Crédito da Imagem: PICRYL.Com)

Feixes laser colimados são muito úteis em configurações de laboratório, já que o raio do feixe permanece aproximadamente constante, de modo que as distâncias entre os componentes ópticos podem ser facilmente variadas sem a aplicação de lentes extras, evitando-se raios de feixe excessivos. A maioria dos lasers de estado sólido emitem naturalmente feixes colimados; um acoplador de saída plano reforça as frentes de onda planas (isto é, a cintura de um feixe) na saída, e a cintura do feixe é geralmente grande o suficiente para evitar uma divergência excessiva. Os diodos de laser emissores de bordas, no entanto, emitem feixes fortemente divergentes e, portanto, são frequentemente equipados com ótica de colimação – pelo menos com um colimador de eixo rápido, reduzindo em grande parte a forte divergência na direção “rápida”. Para fibras, uma lente óptica simples pode muitas vezes ser suficiente para colimação, embora a qualidade do feixe possa ser melhor preservada com uma lente asférica,

Referências:

  1. Ótica Integrada
  2. Feixe colimado
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