Сжатие диаметра луча лазера
 

Я не уверен в актуальности того, что я сейчас печатаю, но однажды мне пришлось
решать такую задачу. Я обычно не ищу технические решения на стороне, а нахожу их сам.
Поэтому, возможно, я что то изобрел.
Сказать, что я не пытался найти нечто подобное нельзя. В интернете ниже описанное устройство я не нашел.
Я задал вопрос о том, существуют ли такие устройства вообще и применяются ли они на практике двум людям, работающим в этой области и тоже ответа не получил.
Поэтому я решил вынести это техническое решение на всеобщее обсуждение.
У меня есть синий лазер с оптической мощностью около 2 Ватт. Если его луч сфокусировать с помощью линзы на бумаге или на дереве, то он их прожигает, если нужно поджечь или разрезать удаленный предмет, то это не удается.
Вот и возникла у меня идея, что если каким то образом сжать диаметр луча лазера без потери мощности, естественно, то таким лучем можно что либо поджечь или разрезать уже на расстоянии , скажем 10 метров. Почему так? Да просто сжимая диаметр луча мы уменьшаем площадь его поперечного сечения и увеличиваем удельную мощность луча при неизменной общей мощности.
Скажем , если сжать диаметр луча в 5 раз, то мы получим выигрыш в удельной мощности в 25 раз. То есть мой 2 ватный лазер превращается по эффективности прожога мишени в 50 ваттный.
Устройство сжатия луча можно выполнить в двух вариантах.
В первом варианте нужны две линзы с положительными диоптриями ( собирающие линзы). Эти линзы должны иметь разные фокусные расстояния. Линзы располагаются на одной оптической оси таким образом, что бы точки их фокусов находились между линзами и совпадали.
Если луч лазера будет направлен на линзу с большим фокусным расстоянием, то на выходе мы получим сжатие диаметра луча равное отношению фокусных расстояний применяемых линз. Если направить луч на линзу с меньшим фокусным расстоянием, то соответственно получим расширение диаметра луча в столько же раз.
Во втором варианте одна из линз должна быть с отрицательными диоптриями
( рассеивающая линза ) причем ее фокусное расстояние должно быть меньше чем у собирающей линзы. Эти линзы помещаются на одной оптической оси, таким образом, чтобы рассеивающая линза находилась между собирающей линзой и ее точкой фокуса.
Также должно выполнятся условие, что фокусы собирающей и рассеивающей линз должны совпадать. Коэффициент сжатия или расширения диаметра луча и в этом случае равен отношению фокусных расстояний используемых линз.
Понятно, что на практике не бывает идеально нерасходящегося луча, да в добавок еще круглого сечения( у меня, вообще, сечение луча - прямоугольник с соотношением
сторон 1 к 4 :( ) Но я думаю, что положительный эффект все равно будет иметь место.
Такое устройство можно было применить в оптико-волоконных системах связи для согласования диаметра лазерного луча с диаметром световода ( а может уже и применяют и я изобрел велосипед :( ).

Данная методика не увеличивает мощность луча, она увеличивает количество энергии падающей на поверхность объекта.
Да, прожигать небольшие будет на несколько большем расстоянии, но далеко не так, как этот же лазер на небольшом расстоянии.
И на самом деле мы в общей энергии луча даже потеряем порядка 10-15 процентов на отражениях и преломлении в оптике. А так же не стоит забывать и о рассеивании в воздухе.
Мощность любого лазерного луча падает с расстоянием по квадратичной зависимости: если расстояние увеличить вдвое, то мощность упадёт в четыре раза, если в три - то в восемь раз, а если в четыре - то уже в шестнадцать раз. И так далее.
В световод, во всяком случае в голографии, луч запускают просто сфокусировав его в точку так, чтобы точка была меньше диаметра световода.

И еще добавлю, как бывший лазерщик. Такие конденсоры известны, ничего в том нового нет, но! Если мы выйдем за рамки геометрической оптики на более высокий уровень, то узнаем довольно неприятную вещь: С УМЕНЬШЕНИЕМ ДИАМЕТРА СВЕТОВОГО ПУЧКА УВЕЛИЧИВАЕТСЯ ЕГО УГЛОВАЯ РАСХОДИМОСТЬ. Т.е. луч становится менее параллельным, что при попытке воздействия на удаленные предметы может оказаться критичным.