COLLIMATION을 위해 고려해야 할 점

빛의 한 종류인 collimated beam은 빔의 내부에 존재하는 모든 광선이 기타 모든 광선과 평행할 때로 정의됩니다. Collimated light를 생성하기 위해, positive focal length를 갖는 광학 시스템으로부터 하나의 focal length만큼 떨어진 곳에 극소량의 광원을 정확하게 위치시키거나 무한대로 멀리 위치한 곳에서 점광원(point source)을 관찰할 수도 있습니다. 현실적으로 이 두 가지 시나리오는 둘 다 불가능한 이야기입니다. 이뿐만 아니라, 회절 이론에 따르면 둘 중 하나의 시나리오라도 충족이 된다 할지라도 여전히 빛의 발산이 존재하곤 합니다.

Collimated beam의 발산을 최소화하려면 두 가지의 factor가 균형을 이루어야 합니다: collimating system의 focal length와 light source의 사이즈. 공식 1은 collimated beam이 갖는 발산(divergence)의 대략적인 값을 구해줍니다:

(1)$$ \text{Divergence} \approx \frac{\text{Size of Source}}{\text{Focal Length of Collimating System}} $$

이상적인 collimation을 얻기 위해서는 광원의 크기를 최소화하거나 collimating system의 focal length를 증가시켜야 합니다. 여기서 주의해야 할 점은 시스템의 focal length가 증가함에 따라, 실제로 광원에서부터 더욱 멀리 떨어진 곳에 시스템이 위치해야 한다는 것입니다. 이는 포커싱 시스템이 수집하는 빛의 양이 줄어들면서 결과적으로 빔이 갖는 전체적인 파워가 감소함을 의미합니다.

빛을 시준할 때 일정 수준의 발산이 항시 나타납니다. 아래의 그림에서는 양쪽 시스템 다 collimated light를 만들지만, 그림 2와 4에는 더 큰 광원이 사용되어 그림 1과 3에 비해 더 많은 발산을 갖게 됩니다. 근소한 간격으로 위치한 이상적인 점광원을 응집해야 하는 경우에는 그림 2와 4를 고려할 수 있습니다. 개별적으로 각각의 point가 평행광의 ray bundle을 생성하기는 하지만, 일련의 '점광원'이 응집하면 약간의 발산을 갖는 빔이 만들어집니다. 광원의 크기가 증가하면서 발산이 발생하기 마련이며, 광축과 광원의 거리가 더 늘어나면서 결과적으로 ray bundle의 각도 역시 광축에 비례하여 증가하게 됩니다.