Возможно ли создать лучевой концентратор?

[Lucis]

Если исходить из свойства обратимости световых лучей, то можно догадаться, что, если собирающая или рассеивающая линза преобразует форму фронта волны из параллельного в сходящийся (до точки главного фокуса линзы, после которой световой пучок снова расходится) или в расходящийся соответственно, то расходящийся или сходящийся пучок световых лучей должен быть преобразован в параллельный, то есть отличие фронта волны от параллельного может быть скомпенсировано (что видно на рисунке исправления сферической аберрации, когда сходящиеся лучи, проходящие через рассеивающую линзу, сходятся при выходе из нее под большим углом).

А если это так, то возможно ли подобрать для собирающей линзы, фокусирующей лучи, рассеивающую линзу такую, что, находясь в точке ее фокуса или, быть может, немного перед ней, где концентрация светового потока была бы максимальна, компенсировала бы схождение фронта лучей, то есть посылала бы их достаточно узким приблизительно параллельным (возможно, расходящимся в той же мере, в какой расходился бы не концентрированный луч прожектора) пучком (при этом сферическая аберрация должна быть, конечно же, исправлена)?

Разумеется, создать концентратор тепловых лучей вряд ли возможно хотя бы потому, что тепловые лучи не являются когерентными. А если, например, купить компактную и достаточно мощную лазерную указку за 1000 $ или дороже, и использовать на ее выходе лучевой концентратор? Возможно ли таким способом создать лучевую шпагу с лучевым шнуром на выходе длиной хотя бы 1 км, которая могла бы моментально разрезать тугоплавкие металлы и любые иные тугоплавкие вещества (или хотя бы поджигать их, если при испарении металлов образуется облако, препятствующее дальнейшему ходу лучевого шнура)? Или лучевой шнур будет плавить рассеивающую линзу, вследствие чего потребовалось бы создать систему автоматической замены рассеивающей линзы, что значительно усложнило бы (и, разумеется, удорожило бы) конструкцию гипотетической лучевой шпаги, - а при достижении порога пробоя вообще не сможет распространяться за пределы лазерной искры?

И насколько высокой результативности можно было бы достичь, получая на выходе луч такой минимальной мощности, что рассеивающая линза (температура плавления которой была бы, допустим, 900 градусов по Цельсию) не расплавлялась бы? Поскольку в крематории создается именно такая температура, но труп сгорает как минимум за час, - то получается, что моментально разрубить такой шпагой какое-нибудь войско в ближнем бою вообще невозможно, и лучевое оружие не окупило бы пошедших на него затрат?

[Pphantom]

Lucis в сообщении #1031719 писал(а):

А если это так, то возможно ли подобрать для собирающей линзы, фокусирующей лучи, рассеивающую линзу такую, что, находясь в точке ее фокуса или, быть может, немного перед ней, где концентрация светового потока была бы максимальна, компенсировала бы схождение фронта лучей, то есть посылала бы их достаточно узким приблизительно параллельным (возможно, расходящимся в той же мере, в какой расходился бы не концентрированный луч прожектора) пучком (при этом сферическая аберрация должна быть, конечно же, исправлена)?

Вы описали театральный бинокль (вернее, его половинку).

Все последующее, увы, не сработает ввиду наличия у света волновых свойств.

[Lucis]

Pphantom в сообщении #1031722 писал(а):

Все последующее, увы, не сработает ввиду наличия у света волновых свойств.

Те же, что не позволяют выделять сколь угодно узкие световые пучки с помощью дырочной камеры? И лучевой концентратор невозможно реализовать даже приблизительно (как, например, возможно создать пучок световых лучей не строго параллельный, но с достаточно малой расходимостью)? Почему же, если в фокусе не исправленной на сферическую аберрацию лупы большого диаметра наблюдается не световая точка, но пятнышко, которое, тем не менее, с легкостью поджигает дерево, то нечто подобное нельзя создать и передать слабо расходящимся пучком в случае мощного лазера - потому, что для этого потребовалось бы сконцентрировать излучение не от одной, но от гораздо большего количества лазерных указок (чьи потоки, вероятно, и так уже сжаты их линзами?) - а такую столь толстую лучевую шпагу в карман вряд ли положишь, - или существуют и другие физические возражения против возможности реализации компактного и достаточно мощного лучевого оружия?

[Pphantom]

Приблизительно - можно. Только расход энергии на это будет таким, что использование этого в военных целях станет нереальным.

[Munin]

Стоит иметь в виду такое свойство параллельного пучка света: в его начале его плотность энергии не меньше, чем в конце. То есть, если в конце света должно быть столько, чтобы что-то прожигать, то в начале - будут плавиться линзы.

[Lucis]

Pphantom в сообщении #1032035 писал(а):

расход энергии на это будет таким, что использование этого в военных целях станет нереальным

Спасибо за объяснения.

В целом-то понятно, что для реализации разрушительной работы требуются запасы энергии, и для того, чтобы разрубить все лазерным пучком по самый горизонт одним махом, т.е., грубо говоря, сделать примерно то, что делает атомная бомба, надо и энергии затратить примерно столько же, сколько выделяется при ядерном взрыве, и вряд ли концентрация - возможности которой к тому же еще ограничены волновыми свойствами света - сможет существенно помочь.

Munin в сообщении #1032063 писал(а):

есть, если в конце света должно быть столько, чтобы что-то прожигать, то в начале - будут плавиться линзы

И, следовательно, реализация лучевого концентратора потребует громоздкой системы автоматической замены линзы либо ее охлаждения, что исключает карманный вариант, или же он окажется - помимо и без того низкой эффективности по причине отсутствия компактного источника требуемой для разрушения огромной энергии - одноразовым (если оптическая система вообще успеет сконцентрировать лазерное излучение перед тем, как расплавиться - а она, кажется, успеет его сконцентрировать, если время прохождения излучения окажется меньшим времени плавления линзы) и более дорогим и, что самое неприятное, менее эффективным даже по сравнению с обычной лимонкой.

[Dmitriy40]

Munin в сообщении #1032063 писал(а):

Стоит иметь в виду такое свойство параллельного пучка света: в его начале его плотность энергии не меньше, чем в конце.

Иногда не обязательно: если добавить автофокусировку на объект, то поперечник излучателя можно и увеличить. Или просто сразу максимально сфокусировать луч на расстоянии 4км (горизонт), тогда ближе он будет конечно толще, но ближе и скорость перемещения меньше, т.е. скорость выделения энергии не упадёт.

Lucis в сообщении #1032095 писал(а):

чтобы разрубить все лазерным пучком по самый горизонт одним махом

"Одним махом" - вообще нереально. Один мах тут превратится в $\omega R$ у горизонта, а для 4км горизонта и секундного маха (полоборота) это уже 12км/с линейная скорость перемещения пятна луча у горизонта. Чтобы разрубить материал ему как минимум надо сообщить достаточную для разрушения энергию, причём за время прохода поперечника пятна луча. Для "ручного" излучателя выходная апертура будет пусть 10см (больше - считаем уже не ручной), на дальности 4км не получить пятно меньше 5см для ближнего ИК, при скорости 12км/с 5см пролетается за 4мкс (!!), за которые надо сообщить телу энергию в десятки Дж, что требует мощность луча в единицы МВт. Таких ручных излучателей не бывает.
Все формулы линейны, легко пересчитать и на другую дальность и скорость маха.

Lucis в сообщении #1032095 писал(а):

менее эффективным даже по сравнению с обычной лимонкой

Разумеется как оружие массового разрушения луч имеет массу недостатков, даже в ближнем радиусе. Тут лимонке не конкурент. А вот если не массового, да на средних дистанциях (сотни метров - единицы км), где определяющими будут такие преимущества перед огнестрелом, как: прямолинейность траектории; нулевое полётное время до цели (отсутствие упреждения).

[Theoristos]

В линейной оптике есть противная теорема, аналогичная теореме о сохранении фазового объёма в механике. Делает гиперболоиды не то что невозможными, но энергозатратными и неудобными.

[Lucis]

А все-таки насколько быстро могут расплавляться эти линзы? Вот если, например, некий субъект с ЛК внезапно подвергается нападению, или же создается опасность такового нападения, все его враги находятся от него на расстоянии примерно 15-20-100 метров, и он, уже зная о таковой опасности, включает ЛК и быстро оборачивается вокруг оси, чтобы истребить лучевым шнуром все живое вокруг него поголовно, - сможет ли он успеть истребить их до того, как линзы расплавятся?

[Dmitriy40]

Lucis
Задайтесь необходимой для разрушения объекта энергией, временем оборота, дальностью до объектов, размерами объектов - получите необходимую мощность излучения источника. Оцените реальность такого компактного источника. Домножте на коэффициент пропускания линзы (точнее на величину поглощения, которая порядка 1%) и оцените за какое время линза нагреется до температуры плавления (параметры стекла есть в справочниках). Если получите время меньше времени оборота - вах, придётся линзы сильно и эффективно охлаждать, что весьма и весьма непросто и на секундных интервалах продлит время их жизни всего в несколько раз. Ну если вместо линз применить зеркала, то наверное раз в 20 можно будет увеличить срок жизни за счёт более эффективного охлаждения.
Это всё совсем несложные расчёты, доступные любому школьнику класса с 7-го. Вы вполне можете их выполнить сами. И в этом разделе - должны, хотя бы попытаться. (Немного выше я приводил пример похожего расчёта буквально "на пальцах", можете воспользоваться им для начальной оценки реальности такого излучателя.)

[Gleb1964]

Lucis в сообщении #1031719 писал(а):

А если это так, то возможно ли подобрать для собирающей линзы, фокусирующей лучи, рассеивающую линзу такую, что, находясь в точке ее фокуса или, быть может, немного перед ней, где концентрация светового потока была бы максимальна, компенсировала бы схождение фронта лучей, то есть посылала бы их достаточно узким приблизительно параллельным (возможно, расходящимся в той же мере, в какой расходился бы не концентрированный луч прожектора) пучком (при этом сферическая аберрация должна быть, конечно же, исправлена)?

Примерно по такой схеме устроены простейшие преобразователи пучков - телескопические системы. В одну сторону пучок сжимается, в обратном направлении расширяется. Увеличение телескопической системы равно отношению поперечных размеров пучков на входе и на выходе.
Только надо не забывать, что во сколько раз сожмется поперечное сечение пучка, во столько же раз увеличиться его расходимость. А у любого светового пучка есть расходимость, определяемая дифракцией. Поэтому сжимая пучок можно увеличить его плотность только в ближней зоне, на некотором удалении возросшая расходимость возьмет свое и плотность пучка упадет ниже плотности исходного пучка. Для того, чтобы добиться более высокой плотности пучка на больших расстояниях, используют наоборот, не концентраторы, а расширители пучков.