как сфокусировать свет в один тонкий параллельный луч

Question

вопрос заключается в следующем, имется источник света (светодиодный кластер 50W) . Как можно сфокусировать свет от него в параллельный луч очень маленького размера (диаметр ~ 5-6мм ) можно не совсем параллельный но приближающийся к нему. через линзы свет может идти как в одну так и в другую сторону, значит в теории если взять любую собирающую линзу и разместить после СД, а после этой линзы разместить ещё одну чуть чуть дальше от точки фокуса первой линзы то можно получить почти параллельный луч. Вопрос так ли и какие линзы (систему линз) нужно использовать?
в теории, идёт Светодиод, лучи с него снимаются собирающей линзой но в обратном порядке, то есть как бы рассеиваются в параллельные лучи
 
дале идёт такая же линза она то уже собирает эти параллельные лучи и фокусирует на фото нарисовано немного не верно, третья линза становиться немного за точкой фокуса и уже сфокусированные в плотную расходящиеся лучи выпрямляет в параллель как и первая линза получая на выходе тонкий параллельный луч.
 
всё правильно ? такая схема сможет собрать ~ 80% всего светового потока в один параллельный луч или нет? можно ли её как то упростить?

Answer 1

Светодиод - не точечный источник. А линзы не изменяют угловых размеров пуча - они меняют только линейные размеры изображения по сравнению с размерами объекта. Значит, под каким углом светодиод будет виден "с точки зрения линзы" - под таким же углом будет расходиться и сформированный линзой луч. Поэтому добиться параллельного пучка с помощью обычного светодиода не получится.
Придётся взять лазерный диод - там другая физика генерации света, поэтому расходимость издучения лазерного диода меньше, и существенно.

Answer 2

Насчет -80% не знаю , но ~ 40% - 60% соберешь точно.
 
При входе в линзу часть света ( и не малая ) -отражается

Answer 3

Светодиод слишком крупен сам по себе, не точечный источник, а сравнительно большой кристалл, который излучает РАССЕЯННЫЙ свет. Никакай оптика в принципе не сможет собрать эту кашу в параллельны пучок. Тем боле, если речь идет о целом кластере. Оптимальное решение - брать наиболе миниатюрные светодиоды, снабжать линзой каждый из них по отдельности, а потом уменьшать общий диаметр этого пучка лучей. Не до "ниточки", но до сечения, примерно сравнимого с размером одного кристалла. Однако, поскольку свет излучается каждым кристаллом рассеянно, тебе все равно ни при каких условиях не добиться высокого КПД. Я думаю, меньше половины излученного света в итоге окажется в выходном пучке.
Лучше всего брать светодиоды лазерные (из "указок") - их кристаллы в десятки раз миниатюрне, при той же мощности света. С такими диодами вполне можно сорудить даже оружие сродни "гиберболоиду" - поджигающе горючие материалы на расстоянии, или режуще металл. Правда, мощность для этого придется все равно затрачивать ту же, что и при резке металла, скажем, дуговой сваркой. Зато - работа на расстоянии!

Answer 4

НИКАК.
Задача ТОЧНО не решается в принципе (грубо говоря термодинамика и волновая природа света запрещают)
Приближённые решения КРАЙНЕ сложны.
Лучше в своё врем предложил А. Н. Толстой - два параболических зеркала. Ну или менисковый телескоп