Посоветуйте, пожалуйста, как получить белый луч лазера?

[Xey]

Munin в сообщении #366425 писал(а):

Так может, замена обычной лампочки на энергосберегающую преследует цель именно повысить этот КПД?

Ставилась задача получить максимальную освещенность, удаленного объекта, при минимальных габаритах аппаратуры . Для этого нужен яркий источник света.

Видимо активная реклама светодиодных осветителей толкает авторов самодельных фонариков на безуспешные попытки изобрести что-то оригинальное , и все потому, что в сети о яркости почти ничего.

А что касается экономичности , то и галогенную и дуговую ксеноновую лампу можно увидеть в отделах энергосберегающих новинок.

[PapaKarlo]

Munin в сообщении #366376 писал(а):

Вопрос был скорее в адрес Xey, вроде как сообщающего, что бесполезно заменять лампы накаливания (КПД общеизвестно в районе 20 %, остальное в тепло) на "энергосберегающие" (КДП вроде как выше 50 %) в источниках направленного света. Я хотел выяснить, а куда энергия девается.

А, понятно. У него - не "энергетические" возражения, а "геометрические". Энергия, по его мнению, рассеивается в пространстве, и никаким силами не удастся хоть сколько-нибудь уменьшить эти потери.

Xey в сообщении #366377 писал(а):

Если говорить о принципах, то надо сказать, что в принципе, невозможно создать оптическую систему, способную увеличить яркость источника света.

Мне показалось или это - толчение воды в ступе? Ну нельзя. Много чего нельзя. И никто не предлагает делать то, что в принципе невозможно.

Xey в сообщении #366377 писал(а):

Другими словами, никакие комбинации зеркал и линз не позволят увеличить количество люменов в луче заданного сечения и заданной расходимости. Только применение более яркого источника.

А это - уже другая вода и другая ступа. По-моему, Вы ошибаетесь. По крайней мере, я не увидел обоснования Вашего мнения, кроме как утверждений "нельзя".

Что, по Вашему, делает телескоп? Для чего строят телескопы с большими объективами/зеркалами? Если можно, сопроводите объяснение какими-нибудь формулами с примерами подстановки значений фотометрических величин, так, чтобы было видно: число люменов, попадающих в глаз наблюдателя, никак не увеличивается от того, что глаз "вооружается". Тогда можно будет сэкономить массу средств в оптической астрономии, ограничившись наблюдением при помощи невооруженного глаза...

Xey в сообщении #366377 писал(а):

Электрическая энергия с высоким КПД превращается в энергию света, а последняя теряется в осветителе , формирующем луч заданного сечения и расходимости. Осветитель может затолкнуть в луч только часть света произведенного источником, остальное затолкнуть в формируемый луч принципиально невозможно.
В этом и заблуждение, кажется, пристроим пару зеркал или еще что нибудь придумаем и затолкнем в луч все излучение источника. Этого не получится.

Сколько теряется в осветителе? Всегда одна и та же часть, независимо от конструкции оптической системы? Или все же можно попытаться уменьшить потери, если они недопустимо велики? А какие потери допустимы? Кто ставит задачу "затолкнуть весь свет в формируемый луч"?

Xey в сообщении #366377 писал(а):

Короче, нужен источник ярче дуговой ксеноновой лампочки.

У меня создается такое впечатление, будто Вы - менеджер по продаже дуговых ксеноновых ламп. Главное - не помочь заказчику выбрать оптимальное решение, а убедить его, что ничто, кроме продаваемой техники, не способно решить задачу заказчика.

Полагаю, что я все же ошибаюсь. Помогите мне укрепиться в этом мнении: убедите меня числами в том, что действительно нужен источник "ярче дуговой ксеноновой лампочки".

Xey в сообщении #366377 писал(а):

Не знаю, может ли излучающая область диодного источника не в лазерном режиме иметь такую яркость.

Ну вот видите, не знаете. Но утверждаете, что есть лишь единственное решение - ярче тысячи солнц.

Итак, Вы настаиваете на том, что Renaldas'у нужно обеспечить определенную яркость источника? Если да, то назовите два числа: какая нужна яркость и какой получится световой поток (как его посчитать).

Xey в сообщении #366454 писал(а):

Ставилась задача получить максимальную освещенность, удаленного объекта, при минимальных габаритах аппаратуры . Для этого нужен яркий источник света.

Замечательно, задача сформулирована; целевая фотометрическая функция - освещенность.

Ну вот давайте и обоснуем эти утверждения: о ярком источнике, о минимальных габаритах. Далее, попробуем оценить, при каких условиях требования "нужен яркий источник" и "минимальные габариты" совместимы.

Xey в сообщении #366454 писал(а):

А что касается экономичности , то и галогенную и дуговую ксеноновую лампу можно увидеть в отделах энергосберегающих новинок.

Еще одно предложение: давайте будем больше внимания уделять технической стороне вопроса, а не публикациям в отделах новинок - эти публикации часто носят рекламный характер, а реклама, как бы это помягче выразиться,.. очень часто врет в рамках законодательства.

Итак, энергосбережение:
- дуговые ксеноновые лампы - светоотдача порядка 10-30 Лм/Вт при длительности горения до 1000 часов; бОльшая светоотдача достигается за счет заметного сокращения срока жизни лампы (вплоть до 100 часов); один из источников информации
- галогеновые лампы: светоотдача порядка 20-35 Лм/Вт при сроке жизни 2-4 тысячи часов;
- сверхяркие LED: светоотдача порядка 80-100 Лм/Вт при сроке жизни до 50 тысяч часов (к этому значению, даваемому производителями LED, надо относится осторожно, т.к. в реальных эксплуатационных условиях это соответствует почти 6 годам в режиме 24/24 7/7, а так давно эти LED еще не производятся).

(Оффтоп)

И немного инсайдерской информации: в настоящее время ведущие производители ведут очень интенсивные разработки LED осветительной техники с целью замены... галогеновых ламп в рамках мероприятий по сбережению энергии.

Xey в сообщении #366454 писал(а):

Видимо активная реклама светодиодных осветителей толкает авторов самодельных фонариков на безуспешные попытки изобрести что-то оригинальное , и все потому, что в сети о яркости почти ничего.

Вы как-то упорно упоминаете про авторов самодельных фонариков. Вы имеете в виду что-то конкретно относящееся к этой теме, или просто оффтопите?

[Munin]

PapaKarlo в сообщении #366489 писал(а):

Что, по Вашему, делает телескоп? Для чего строят телескопы с большими объективами/зеркалами?

Я так понимаю, чтобы собрать большее сечение луча. При этом число люменов определяется площадью объектива, и дальше в телескопе не увеличивается, а происходит только увеличение люксов.

А вот по поводу первой ступы - я не вижу геометрических препятствий увеличить яркость источника зеркалами. Окружаем источник зеркальной сферой с длинным узким цилиндрическим горлышком, и получаем любое наперёд заданное сечение и любую наперёд заданную расходимость. Препятстсвия здесь, как я понимаю, если возникают, то из-за Второго начала термодинамики, в том виде, что никакое зеркало не отражает полностью всего света, источник тоже поглощает то, что на него обратно падает, и в результате ничто не может превысить чернотельного излучения некоторой эквивалентной температуры, определяемой спектром источника.

[PapaKarlo]

Munin в сообщении #366524 писал(а):

Я так понимаю, чтобы собрать большее сечение луча. При этом число люменов определяется площадью объектива, и дальше в телескопе не увеличивается, а происходит только увеличение люксов.

Так и я о том же. (Вопрос был скорее в адрес Xey )

Munin в сообщении #366524 писал(а):

А вот по поводу первой ступы - я не вижу геометрических препятствий увеличить яркость источника зеркалами.

Тут есть терминологические тонкости. Собственно яркость источника как мера энергии, излучаемой в единицу времени с единицы его поверхности в единицу телесного угла, разумеется, ни от каких внешних условий типа оптики не зависит. "Видимая" яркость (наверное, правильнее сказать, яркость мнимого изображения) источника, которая по физической сути ничем не отличается от освещенности поверхности, на которой находятся рецепторы глаза (единицы измерения можно согласовать для каждого конкретного случая, зная... ну, что надо знать, может быть, нам Xey расскажет ) - конечно же может быть изменена оптикой; но это по сути то же, что обсуждалось в предыдущем абзаце.

Что касается невозможности использовать с пользой весь излучаемый источником свет (получить кпд 100%) при использовании оптики - так ведь никто не возражает. Цель ведь не в том, чтобы получить абстрактные проценты, а в том, чтобы решить инженерную задачу, сформулированную топикстартером. Причем целевая функция имеет явно более чем одно значение, последние имеют разный вес: освещенность объекта; геометрические размеры конструкции; стоимость (здесь сразу несколько факторов, и потребление - в их числе); эргономические параметры (и тепловыделение - в их числе); функциональность (сейчас речь о двухсантиметровом пятне и расстоянии источника до объекта порядка 30 см, а после первой же реализации конструкции может прийти аппетит, и появятся новые условия применения) и т.д. Вполне может оказаться, что LED и не подходит в конкретной ситуации. Но безаппеляционные утверждения Xey "это невозможно" выглядят несколько странно...

[Xey]

Munin в сообщении #366524 писал(а):

я не вижу геометрических препятствий увеличить яркость источника зеркалами. Окружаем источник зеркальной сферой с длинным узким цилиндрическим горлышком, и получаем любое наперёд заданное сечение и любую наперёд заданную расходимость.

Препятствие как раз геометрическое. Цилиндрическое горлышко не изменит расходимости. Лучи, вошедшие в горлышко под углом к его оси, будут распространяться, отражаясь от стенок, и на выходе будут иметь тот же угол.
В коническом горлышке площадь будет уменьшаться , а расходимость лучей увеличиваться. В длинном конусе лучи станут перпендикулярны его оси , а затем пойдут обратно.

PapaKarlo в сообщении #366554 писал(а):

Так и я о том же. (Вопрос был скорее в адрес Xey

Телескоп преобразует мало расходящийся луч большого диаметра в луч большой расходимости малого диаметра.

PapaKarlo в сообщении #366554 писал(а):

"Видимая" яркость (наверное, правильнее сказать, яркость мнимого изображения) источника, ...
конечно же может быть изменена оптикой; но это по сути то же, что обсуждалось в предыдущем абзаце.

Вы правильно представили яркость на выходе оптики, как яркость мнимого изображения источника. Практически мы видим источник через систему линз.
При этом видимый угловой размер источника обычно становится больше, но его яркость остается прежней (без учета поглощения в оптике). Естественно, что видеть изображение источника мы можем поместив глаз в небольшой области около оси системы.

PapaKarlo в сообщении #366489 писал(а):

Итак, Вы настаиваете на том, что Renaldas'у нужно обеспечить определенную яркость источника? Если да, то назовите два числа: какая нужна яркость и какой получится световой поток (как его посчитать).

В формулу определяющую падающий на объект световой поток в люменах должны входить яркость источника
[люмен / (площадь и телесный угол)],
а также площадь сформированного луча и его телесный угол.
(через фокус параметры луча связаны с углом охвата и с размером источника)

[Munin]

Xey в сообщении #366682 писал(а):

Препятствие как раз геометрическое. Цилиндрическое горлышко не изменит расходимости. Лучи, вошедшие в горлышко под углом к его оси, будут распространяться, отражаясь от стенок, и на выходе будут иметь тот же угол.

Да, я не сообразил, спасибо.

Получается, Второе начало термодинамики выполняется геометрически? Очень забавно. Это надо в школе рассказывать. Я помню рассказ про "вечный двигатель" из зеркальных полуэллипсоидов, но вот про ограничение на расходимость не помню.

[Renaldas]

Спасибо за активное участие в обсуждении.
Величину освещенности хотелось бы иметь не меньше той, что дают производители своих микроскопов и бинокулярных луп, которые гласят, что на рабочем расстоянии (оно у нас где-то 30-50 см) освещенности достигает около 50000 люкс.

PapaKarlo, на каком расстоянии от исследуемых диодов у Вас получилась такая освещенность, которую указали, и чем фокусировали свет?

Недавно посмотрел видео на Ютуб (http://www.youtube.com/watch?v=nRY-KJMlanU) с белым лазером из 3 разноцветных, схема мне показалась достаточно простой, поэтому я опять вернулся к идее освещения именно таким способом. Как-то мне до сих пор непонятна возможность фокусировки света от диода в небольшое пятно на достаточно большом расстоянии, чего не возникает с освещением от лазера.

[PapaKarlo]

Renaldas в сообщении #366770 писал(а):

Величину освещенности хотелось бы иметь не меньше той, что дают производители своих микроскопов и бинокулярных луп, которые гласят, что на рабочем расстоянии (оно у нас где-то 30-50 см) освещенности достигает около 50000 люкс.

Да, эта цифра несколько выше ожидавшейся мной...

Тем не менее: требуемый поток, нормально падающий на поверхность $\pi\cdot10^{-4} m^2$, должен составлять порядка 16 Лм. При использовании LED с потоком 100 Лм потери не должны превышать 84%. Дальше - дело конструкторов. Можно взять и большее число диодов, хотя в этом случае оптика будет более громоздкой.

Renaldas в сообщении #366770 писал(а):

PapaKarlo, на каком расстоянии от исследуемых диодов у Вас получилась такая освещенность, которую указали, и чем фокусировали свет?

Я взял лампу со специальной оптикой с выходным диметром 26 мм (если не ошибаюсь, под рукой нет) и поднес датчик, имеющий матовую поверхность несколько большего диаметра, почти вплотную, пару сантметров (если ближе, прибор зашкаливает на пределе 200 000 Лк), чтобы "собрать" по возможности весь световой поток. Конечно, эта оптика в Вашем случае не подходит, она предназначена для ламп для нормального освещения помещений, т.е. она собирает свет в довольно расходящийся пучок. Измерения я делал лишь для грубой оценки.

Xey в сообщении #366682 писал(а):

В формулу определяющую падающий на объект световой поток в люменах должны входить яркость источника [люмен / (площадь и телесный угол)], а также площадь сформированного луча и его телесный угол.(через фокус параметры луча связаны с углом охвата и с размером источника)

Может ли принципиально работать такая схема:

Если да, какова будет освещенность при указанных геометрических размерах и оценке яркости (диаметр светящейся поверхности LED 2,6 мм, яркость порядка $1 Mcd\cdot m^{-2}sr^{-1}$ (50% средней яркости XPGWHT-L1-0000-00G51)? Просто оцените.

[Renaldas]

PapaKarlo

Цитата:

Я взял лампу со специальной оптикой с выходным диметром 26 мм (если не ошибаюсь, под рукой нет) и поднес датчик, имеющий матовую поверхность несколько большего диаметра, почти вплотную, пару сантметров (если ближе, прибор зашкаливает на пределе 200 000 Лк), чтобы "собрать" по возможности весь световой поток. Конечно, эта оптика в Вашем случае не подходит, она предназначена для ламп для нормального освещения помещений, т.е. она собирает свет в довольно расходящийся пучок. Измерения я делал лишь для грубой оценки.

Вот именно это меня и настораживает, что получить на большом расстоянии такое освещение не получается. На расстоянии в пару сантиметров, я верю, что можно получить столь высокие зашкаливающие величины, но как на расстоянии в полметра-то?

[PapaKarlo]

Renaldas в сообщении #367012 писал(а):

Вот именно это меня и настораживает, что получить на большом расстоянии такое освещение не получается. На расстоянии в пару сантиметров, я верю, что можно получить столь высокие зашкаливающие величины, но как на расстоянии в полметра-то?

Ну конечно, мое измерение предназначалось лишь для оценки освещенности, которую можно получить в идеальной ситуации, собрав (почти) весь световой поток на требуемой поверхности; я хотел экспериментально, а не путем расчета и использования данных производителя, оценить реальные значения. Конечно, подозревать производителя во вранье на порядок не стоит, но и измерение не помешает. Я рассуждал так: получаем сотни килолюкс в идеале - в реальности пусть потери 99%, получаем 1000 люкс. Но после того, как Вы привели требуемое значение в 50000 лк, я уже не столь оптимистичен - требования к оптике (см. грубую иллюстрацию выше) будут весьма жесткими.

А действительно нужен такой уровень освещенности? (Я спрашиваю из любопытства - я ведь не занимаюсь микроскопическими исследованиями)

Кстати, каковы параметры Вашей установки, которую Вы используете сейчас? Лампа 250 Вт, будем исходить из 30 Лм/Вт, получаем 7500 Лм. Площадку реально какой площади освещает установка (понятно, что учтем лишь не пренебрежимо мало освещенную часть)? Тогда можно оценить "кпд" системы. В любом случае ясно, что 7500 Лм и 100 Лм, которые дает одиночый LED, требуют очень разной оптики в смысле допустимых потерь.

[Xey]

Renaldas в сообщении #367012 писал(а):

На расстоянии в пару сантиметров, я верю, что можно получить столь высокие зашкаливающие величины, но как на расстоянии в полметра-то?

На расстоянии 500 мм (в 25 раз большем) такую же освещенность создаст диод, размер которого в 25 раз больше (т.е. диаметр 600 мм)

Или должен быть конденсор с таким диаметром . Конденсор увеличивает видимый размер источника (линза конденсора имеет яркость источника, но больше по размеру).

Красный и зеленый(с удвоением частоты) лазеры не дорогие (могу поискать координаты поставщика). Синий должен быть подороже , интересно где и почем?

[whiterussian]

А почему не воспользоваться готовым белым?

[Xey]

whiterussian в сообщении #367319 писал(а):

А почему не воспользоваться готовым белым?

В начале упоминался фемтолазер, генерирующий импульсы длительностью в несколько единиц периодов световой волны. Его линейчатый спектр имеет ширину в пол октавы. С помощью световода линии расширяют и спектр увеличивается до октавы.
Эта сложная аппаратура (частота красного света удваивается и синхронизируется по синему). Она разработана для "гребенки" частот, позволяющей измерять частоты электромагнитных излучений от радио до видимого диапазона.

[Renaldas]

PapaKarlo в сообщении #367122 писал(а):

Renaldas в сообщении #367012 писал(а):

Вот именно это меня и настораживает, что получить на большом расстоянии такое освещение не получается. На расстоянии в пару сантиметров, я верю, что можно получить столь высокие зашкаливающие величины, но как на расстоянии в полметра-то?

Ну конечно, мое измерение предназначалось лишь для оценки освещенности, которую можно получить в идеальной ситуации, собрав (почти) весь световой поток на требуемой поверхности; я хотел экспериментально, а не путем расчета и использования данных производителя, оценить реальные значения. Конечно, подозревать производителя во вранье на порядок не стоит, но и измерение не помешает. Я рассуждал так: получаем сотни килолюкс в идеале - в реальности пусть потери 99%, получаем 1000 люкс. Но после того, как Вы привели требуемое значение в 50000 лк, я уже не столь оптимистичен - требования к оптике (см. грубую иллюстрацию выше) будут весьма жесткими.

А действительно нужен такой уровень освещенности? (Я спрашиваю из любопытства - я ведь не занимаюсь микроскопическими исследованиями)

Кстати, каковы параметры Вашей установки, которую Вы используете сейчас? Лампа 250 Вт, будем исходить из 30 Лм/Вт, получаем 7500 Лм. Площадку реально какой площади освещает установка (понятно, что учтем лишь не пренебрежимо мало освещенную часть)? Тогда можно оценить "кпд" системы. В любом случае ясно, что 7500 Лм и 100 Лм, которые дает одиночый LED, требуют очень разной оптики в смысле допустимых потерь.

Данная система освещает пятно где-то сантимеров 7 в диаметре, меньше мне сделать его не получается. При идеальных условиях, конечно же, это дало бы аж 2 млн люкс, но, думаю, света там теряется столь много, что не остается и 1% , так как освещение от тех источников, которые утверждают, что дают 50000 люкс намного ярче.

-- Вс окт 31, 2010 15:46:37 --

Xey в сообщении #367911 писал(а):

whiterussian в сообщении #367319 писал(а):

А почему не воспользоваться готовым белым?

В начале упоминался фемтолазер, генерирующий импульсы длительностью в несколько единиц периодов световой волны. Его линейчатый спектр имеет ширину в пол октавы. С помощью световода линии расширяют и спектр увеличивается до октавы.
Эта сложная аппаратура (частота красного света удваивается и синхронизируется по синему). Она разработана для "гребенки" частот, позволяющей измерять частоты электромагнитных излучений от радио до видимого диапазона.

А как дела обстоят с аргонно-криптонным лазером, пишут, что он дает свет, визуально близкий к белому?