Τι είναι το Laser Collimator;

Ο αντισταθμιστής λέιζερ είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για να περιορίσει μια δέσμη φωτός. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διευθέτηση της δέσμης φωτός σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση ή για τη μείωση της χωρικής διατομής μιας δέσμης για να γίνει μικρότερη. Ένας αντισταθμιστής λέιζερ χρησιμοποιείται συχνά για την ευθυγράμμιση μιας δέσμης λέιζερ, που σημαίνει τη μετατροπή μιας δέσμης διάσπαρτου φωτός σε μια δέσμη παράλληλων ακτίνων φωτός.

Η έννοια της παραμόρφωσης είναι αρκετά μοναδική. Χρησιμοποιείται σε εργαστήρια για να κάνει διορθώσεις στη γωνία θέασης και επίσης παίζει ζωτικό ρόλο στην αστρονομία. Τα σημερινά τυπικά τηλεσκόπια 8 ιντσών μπορούν να δουν μακρινά κβάζαρ και γαλαξίες, αλλά πώς τέτοια συνηθισμένα τηλεσκόπια απέκτησαν τη διαύγεια για να δουν τόσο μακρινά αντικείμενα; Η απάντηση είναι ότι τα σημερινά τηλεσκόπια έρχονται κυρίως με λέιζερ ή οπτικούς αντισταθμιστές. Προτού ρίξουμε μια ματιά στο τι είναι ένας παραμετροποιητής λέιζερ, ας προσπαθήσουμε πρώτα να καταλάβουμε τι σημαίνει στην πραγματικότητα η παραμόρφωση μιας δέσμης.

Τι είναι το Collimation;

Κάθε φορά που το φως διέρχεται από οποιοδήποτε διαθλαστικό αντικείμενο, υφίσταται μια ορισμένη ποσότητα περίθλασης. Οι δέσμες φωτός είναι διάσπαρτες και δεν φτάνουν στους παρατηρητές. Επιπλέον, δεν έχουν παράλληλες ακτίνες φωτός, αλλά μάλλον διάσπαρτες γωνίες.

Μια ευθυγραμμισμένη δέσμη φωτός, από την άλλη πλευρά, είναι αυτή που έχει ακραίες παράλληλες ακτίνες φωτός. Έτσι, μπορούμε να ορίσουμε την ευθυγράμμιση ως τη διαδικασία μετατροπής του σκεδασμένου φωτός σε μια δέσμη φωτός με μεγάλο αριθμό παράλληλων ακτίνων. Μια ευθυγραμμισμένη δέσμη φωτός είναι μια δέσμη (συνήθως μια δέσμη λέιζερ) με απόκλιση χαμηλής δέσμης έτσι ώστε η ακτίνα της δέσμης να μην υφίσταται σημαντικές αλλαγές σε μέτριες αποστάσεις διάδοσης. Στην απλή (και που συναντάται συχνά) περίπτωση των ακτίνων Gauss, αυτό σημαίνει ότι το μήκος Rayleigh πρέπει να είναι μεγάλο σε σύγκριση με την προβλεπόμενη απόσταση διάδοσης.

Ένας collimator είναι μια συσκευή που περιορίζει μια δέσμη φωτός. Η στένωση μιας δέσμης φωτός μπορεί να έχει δύο έννοιες. Το πρώτο σημαίνει τη διάταξη της δέσμης φωτός σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Το δεύτερο σημαίνει μείωση της χωρικής διατομής μιας δοκού ώστε να γίνει μικρότερη.

Πώς συγκεντρώνεται ένα λέιζερ

Ένα λέιζερ μπορεί να οριστεί ως μια συσκευή που παράγει μια συνεκτική δέσμη μονοχρωματικού φωτός υψηλής έντασης. Τα περισσότερα από τα κανονικά λέιζερ που χρησιμοποιούν οι πολίτες είναι διόδους λέιζερ. Σε αντίθεση με τα αντίστοιχα λέιζερ αερίου ή κρυστάλλου που υπάρχουν στα εργαστήρια, οι δίοδοι λέιζερ έχουν ένα σοβαρό επίπεδο απόκλισης. Μια δέσμη λέιζερ διόδου έχει χαμηλή ποιότητα μετώπου κύματος, σοβαρό αστιγματισμό και επίσης ελλειπτικά προβλήματα. Ο αστιγματισμός σε μια δίοδο λέιζερ συνήθως αναφέρεται στο επίπεδο εκτροπής που αντιμετωπίζει μια δέσμη λέιζερ από μια δίοδο λέιζερ. Οι ελλειπτικές ακτίνες μπορούν επίσης να κάνουν το λέιζερ να αιμορραγεί λίγο στις άκρες. αντί να σχηματίζει ένα τέλειο σημείο, σχηματίζει μια μικρή έλλειψη. Και τα δύο αυτά προβλήματα μπορούν να διορθωθούν χρησιμοποιώντας μερικές οπτικές διορθώσεις.

Σχηματικό διάγραμμα ευθυγράμμισης λέιζερ.

Ο πιο απλός και δημοφιλής τρόπος για να συνδυάσετε μια δέσμη διόδου λέιζερ είναι η χρήση ενός μόνο ασφαιρικού φακού. Όσο μεγαλύτερη είναι η εστιακή απόσταση αυτού του φακού, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η διάμετρος της δέσμης μετά την ευθυγράμμιση. Επιπλέον, εάν πρέπει να γίνει μια συγκεκριμένη ρύθμιση δέσμης, για παράδειγμα, για να επεκταθεί η ακτίνα δέσμης μιας ευθυγραμμισμένης δέσμης, χρησιμοποιείται συχνά ένα σύστημα δύο φακών - το λεγόμενο τηλεσκόπιο. Ο ένας φακός με αρνητική εστιακή απόσταση και ο άλλος με θετικό δημιουργεί μια ρύθμιση για να συρρικνωθεί και να επεκταθεί ή να συρρικνωθεί η δέσμη. Για να διορθωθεί το ελλειπτικό πρόβλημα, μια ευθυγραμμισμένη ελλειπτική δέσμη μπορεί να κυκλοποιηθεί είτε διαστέλλοντας προς την κατεύθυνση αργού άξονα της έλλειψης είτε συμπιέζοντας προς την κατεύθυνση γρήγορης άξονα.

Λέιζερ Collimator σε τηλεσκόπιο

Ένας αντισταθμιστής λέιζερ επιτρέπει σε κάποιον να ευθυγραμμίσει εύκολα τα οπτικά ενός ανακλαστικού τηλεσκοπίου. Αρχικά, χρησιμοποιείτε τον ρυθμιστή λέιζερ για να προσδιορίσετε εάν ο δευτερεύων καθρέφτης δείχνει απευθείας στο κέντρο του πρωτεύοντος καθρέφτη .

Το πρώτο πράγμα που κάνετε είναι να λάμπετε τον αντισταθμιστή λέιζερ μέσω του σωλήνα του τηλεσκοπίου. Θα πρέπει να διασφαλιστεί ότι ο ρυθμιστής λέιζερ είναι σταθερά στη θέση του χωρίς καμία κίνηση. Αυτό θα εξασφαλίσει τη σωστή ευθυγράμμιση του ρυθμιστή λέιζερ χωρίς κάμψη ή πτώση.

Η δέσμη λέιζερ θα αντανακλάται από τον δευτερεύοντα καθρέφτη και θα φτάσει στον κύριο καθρέφτη. Ένας κύριος καθρέφτης έχει συνήθως μια μικρή ταινία σήμανσης πάνω του. Το λέιζερ είναι ευθυγραμμισμένο για να χτυπήσει αυτόν τον δείκτη και το δευτερεύον κάτοπτρο προσανατολίζεται και εστιάζεται ανάλογα.

Η παραμόρφωση ενός λέιζερ γίνεται για έναν πολύ καλό λόγο. Βοηθά στη θεωρητική ευθυγράμμιση της εστίασης της εικόνας στο άπειρο. Αυτό βοηθά στην αύξηση της διαύγειας των μακρινών ουράνιων αντικειμένων. Ας εξετάσουμε ένα θεωρητικό παράδειγμα που μπορεί να εξηγήσει γιατί ένα λέιζερ χρησιμοποιείται για τη συρρίκνωση στα τηλεσκόπια.

Συγκέντρωση φωτός όταν τα αντικείμενα βρίσκονται σε απόσταση.

Το πρόβλημα της ευθυγράμμισης εμφανίζεται όταν μακρινά αντικείμενα εμφανίζονται ως σημειακές πηγές. Δυστυχώς, τίποτα δεν είναι ποτέ αληθινή σημειακή πηγή και το μέγεθος της πηγής πρέπει να περιλαμβάνεται σε οποιονδήποτε υπολογισμό εάν η σημειακή πηγή έχει ακτίνα y1 και μέγιστη ακτίνα γωνίας θ1. Αν συγκεντρώσουμε την έξοδο από αυτή την πηγή χρησιμοποιώντας φακό με εστιακή απόσταση f, το αποτέλεσμα θα είναι μια δέσμη με ακτίνα y2 =θ1f και γωνία απόκλισης θ2 =y1/f. Σημειώστε ότι, ανεξάρτητα από τον φακό που χρησιμοποιείται, η ακτίνα δέσμης και η απόκλιση δέσμης έχουν αμοιβαία σχέση. Έτσι, εάν το εστιακό σημείο ήταν το άπειρο, αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα η γωνία ακτίνας να είναι μηδέν, με αποτέλεσμα να ευθυγραμμιστεί η δέσμη φωτός.

Συγκεντρώσεις λέιζερ στα εργαστήρια

(Πιστωτική εικόνα:PICRYL.Com)

Οι ευθυγραμμισμένες ακτίνες λέιζερ είναι πολύ χρήσιμες σε εργαστηριακές ρυθμίσεις, καθώς η ακτίνα δέσμης παραμένει περίπου σταθερή, επομένως οι αποστάσεις μεταξύ των οπτικών στοιχείων μπορούν εύκολα να μεταβληθούν χωρίς την εφαρμογή επιπλέον οπτικών και αποφεύγονται οι υπερβολικές ακτίνες δέσμης. Τα περισσότερα λέιζερ στερεάς κατάστασης εκπέμπουν φυσικά ευθυγραμμισμένες δέσμες. ένας επίπεδος ζεύκτης εξόδου επιβάλλει επίπεδα μέτωπα κύματος (δηλαδή, μέση δέσμης) στην έξοδο και η μέση δέσμης είναι συνήθως αρκετά μεγάλη για να αποφευχθεί η υπερβολική απόκλιση. Οι δίοδοι λέιζερ που εκπέμπουν άκρα, ωστόσο, εκπέμπουν ισχυρές αποκλίνουσες δέσμες και επομένως είναι συχνά εξοπλισμένες με οπτική ευθυγράμμιση – τουλάχιστον με ευθυγραμμιστή ταχείας άξονα, μειώνοντας σε μεγάλο βαθμό την ισχυρή απόκλιση προς τη «γρήγορη» κατεύθυνση. Για τις ίνες, ένας απλός οπτικός φακός μπορεί συχνά να αρκεί για την ευθυγράμμιση, αν και η ποιότητα της δέσμης μπορεί να διατηρηθεί καλύτερα με έναν ασφαιρικό φακό, ιδιαίτερα για ίνες μονής λειτουργίας με μεγάλο αριθμητικό διάφραγμα.