Помощь новичкам. Вопросы задаем ЗДЕСЬ

давайте начнем с определений лазерная система это резонатор активный элемент система накачки АЭ. Можно конечно некую установку где используется лазер назватьлазерной системой, но в этом случае пропадает смыслоая нагрузка . Напр гологрфическая установка, сканирующий микроскоп - все подпадает под это.
Судя по постановке вопроса сама задача понимаеьтся вами смутно.
что выхотите получить на выходе в результатет расчета? Вообще вы посоветуйтесь с тем кто поставил перд вами ьтакую задачу, чего он хочет сам то понимает.
Ну во начните с таких книг:
Н. Д. Устинов, И. Н. Матвеев, В. В. Протопопов
Методы обработки лптических полей в лазерной локации
Справочник по лазерной технике под ред. Байбородова , глава Оптическая локация.
Вообще по лазерной локации написаны тонны книг. Но думаю для вас они будут сложноваты, начните с Курса оптики общей физики, подойдет любой университетский.

 

Да, согласен. Немного смутно понимаю свою задачу. Но по факту есть установка, которая облучает цель. Длина трассы известная, тип цели известен, размер тоже. Мне просто нужно понять, какая мощность излучения на выходе из этой системы и все. Какая энергия будет в импульсе. Спасибо за литературу

 

Непонятно, что вам надо. В ваш конус можно и диодом посветить на 0.5мвт, и звездой смерти жахнуть на десяток кДж. Что в итоге должно получиться? Определенный уровень отраженного сигнала, определенная освещенность конуса или что-то еще?

 

@AlexDark установка должна излучить сигнал в направлении объекта и принять его. То есть должно хватить мощности, чтобы отправить сигнал на 300 м и принять отраженный с потерями. Но опять же отраженный сигнал должен быть различим на осциллографе

 

Дрон сбить хотите?

Я так понимаю, вы хотите лучом попасть по объекту и получить отражённый сигнал? Тогда исходите из того, что вся энергия луча (вы же знаете мощность и время импульса лазера?) будет рассеяна объектом. Соответственно, умножите её на коэффициент рассеяния (осталось енго узнать ) и поделите на квадрат расстояния (так как обратно летит уже не луч). Получите энергию того, что прилетит. Так-то там телесный угол можно интегрировать (ведь фотодиод у вас имеет какую-то площадь). Но думаю, для грубой оценки хватит и этого.

 

При использовании телеобъектива уже не инверсия квадрата расстояния. А без него вряд ли на практике возможна подобная затея.

 

Что вы имеете в виду? Объектив просто собирает отражённые и ослабленные по площади сферы (потому и квадрат расстояния) лучи в некотором угле.

 

По умолчанию принимают инверсно квадратичное затухание для неких математических точек, когда источник света несоизмеримо мал по сравнению с расстоянием до него, либо отраженный луч от мельчайшей точки на поверхности предмета. Реальные же источники света имеют площадь излучения, area light то бишь. И когда смотрите на такой источник света, то пока он заполняет весь угол обзора (который мал у телескопа или подзорной трубы), то это просто выглядит как массив математических источников света, яркость которых складывается (площадь это квадрат, поэтому компенсирует затухание инверсного квадрата). Ну и разумеется это свойство перестает работать, когда обозреваемая площадь источника света (отраженного от объекта) мала. Ну если на практике, белый лист бумаги одинаково ярок для камеры, если смотреть на него через дырку с расстояния 0.1 мм, 1 см и т.п.

 

Вы это сами придумали или где то прочитали. Если прочитали дайте пожалуйста ссылку, ну очень интересно!

 

Знаю эти вещи из-за работы, связанной с кодингом 3д графики. Кому надо, возьмет карандаш с бумажкой и разберется, а для остальных Земля плоская и Луна это голограмма.

 

3д графика и физика все же немного отличаются. Хотя б дифракцией.

 

Знаете, вести обсуждение научных вопрос в таком стиле недопустимо. Я вам прошлый раз сделал замечание, но для вас видимо этика общения неведома. Если вы высказываете какое то мнение относящееся к объективно проверяемым вещам , будьте добры обосновать, а не отправлять

если вы не в состоянии обосновать ваше предложение, лучше наверно сохранить свое мнение при себе и не высказывать необоснованные суждения, оторые приводят к заблуждениям участников форума.

 

Ну, в принципе, всё и так ясно.

 

Зачем мне что-то обосновывать человеку, который уверен, что диаметр фокусного пятна не зависит от диаметра волокна? Товарищ Optics слишком зазнался, начав общаться в уничижительном тоне и получив такой же ответ теперь строит из себя Д'Артаньяна. Это вы вводите в заблуждение человека неверной информацией, который задал вопрос (и речь не обо мне). И дифракция тут причем вообще, если речь о наблюдении отраженного света луча от предмета? Назовите мне причину, почему я должен описывать подробно доказательства, когда меня воспринимают с усмешкой и не готовы к постижению нового? Если стыдно признавать свою ошибки публично, ну запустите втихоря какой-нибудь симулятор с расчетом отскоков света, есть фотореалистичные рендеры для программ 3д моделирования. Либо с люксметром и телескопом померяйте сами на разных расстояниях от освещенного равномерно листа бумаги, пока он занимает все поле видимости. Когда человек считает, что все уже знает и великий авторитет это эволюционный конец. Учиться, учиться и еще раз учиться, до конца жизни.

 

Линза, она, зараза такая, собирает в точку излучение. В точку. От любого размера. Параллельные лучи. С дифракционным пределом. И с аберрациями, конечно.

Вам стоит прочесть это.

Про дифракцию вам указали как пример отличия 3D-графики от физики.

Если не секрет, где вы изучали оптику? У вас очень своеобразные представления об оптике. Особенно модель квадрата поверхности, которая как бы нивелирует квадратичное затухание. Optics от такого просто фалломорфировал. Я, кстати, тоже.

Вы знаете что такое ближняя зона?

Вы бы ещё закрашивание Гуро и Фонга вспомнили! Вся 3D-графика это всего лишь имитация процессов со своими заморочками (например, в модели освещения OpenGL можно сделать хоть линейное затухание света - там есть ряд коэффициентов от постоянного до квадратичного. Выбирайте так, как вам больше сцена понравится.)

 

Совершенно верно , диаметр сфокусированного пятна не имеет ровно никакого отношения к диаметру волокна
вот посмотрите по ссылке формула 2
https://inscience.ru/library/article_post/rasprostranenie-gaussova-puchka

про дифракцию я говорил в отношении вашего вороса о фокусировке, в этом топике м о дифракциия не говорил. Однако задачи лазерной локации конечно потребуют расчета дифракции.

где усмешка?

хотите высказаться по вопросу будьте серьезны и отвественны не надо приплетать сюда литературныз персонажей, никто вас ничем не обидел.

пожалуйста если в моих репликах есть ошибки - укажите их, не надо делать голословные утверждения сколько раз я вас прошу об этом.

а про "симулятор" Comsol вы когда нибудь слышали , умеете пользоваться?

что померять?

пожалуйста, приведите мою реплику где я такое утверждал. Часто я даю ссылки на литературу , в которой освещаются вопросы интересующие участников форума, т.е. не выступаю от своего имени.

вот ваше утверждение, которое вы ничем не можете подтвердить, откуда это взято и на каких физических принципах основано. Однако человек знакомый с основами оптики, а именно принципом Гюйгенса, скажет что это извините не согласуется с теорией распространения света известной до сих пор.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Принцип_Гюйгенса_—_Френеля

если я правильно понял то закон сохранеия энергии опровергнут!

 

>Линза, она, зараза такая, собирает в точку излучение. В точку. От любого размера. Параллельные лучи. С дифракционным пределом. И с аберрациями, конечно.
Какие параллельные лучи, причем тут линза? Речь была о волоконном источнике, из волокна луч выходит в районе 15-30 градусов. Если диаметр пятна фокусировки не зависит от диаметра волокна в вашем понятии, идите от обратного, взяв стальную трубу от пылесоса, засуньте туда лампочку и попробуйте линзой с другого конца сфокусировать. Объясните, как можно будет этим устройством резать хотя бы бумагу, сфокусировав в точку. Вопрос мною был задан сугубо в практических целях, чтоб получить более мелкое пятно в фокусе для резки, с теми же линзами. Даже если попытаетесь исказить мои доводы, мол коллиматор уже есть на выходе и луч параллелен, то во-первых это не ответ на вопрос о диаметре волокна, а во-вторых, коллиматор это та же линза (чаще асферическая или из двух чтоб асферическую повторить) и по тем же законам работает и чем меньше диаметр волокна, тем меньше диаметр луча в фокусе можно получить если еще фокусную линзу поставить после коллимационной. Дифракционный предел? Он в моем случае с 230 мкм волокном пренебрежимо мал, потому и рассматриваю варианты что потоньше.

>Если не секрет, где вы изучали оптику?
Учился на физфаке спбгу, но мало чего помню, вывожу из базовых принципов, когда надо. Чуть больше двух десятилетий опыта кодинга по 3д графике для игр. Эксперименты с симуляторами тоже наверно можно добавить, но это с недавних пор, как стал развлекаться на тему лазеров. Но все это не играет роли, я многого не знаю и не уважаю людей, которые кичатся образованием и работой, знать и уметь применять это не одно и то же.

>Вы знаете что такое ближняя зона?
Не знаю.

>Вы бы ещё закрашивание Гуро и Фонга вспомнили! ...
Вот зачем заниматься подменой тезисов? 3д графика весьма обширна, в том числе включает расчет глобального освещения и area lights. Если бы их расчет был неверен, то киношники до сих пор бы кукарекали с резиновыми динозаврами на макетках. Расчет лайтмап идет по алгоритмам, которые называют physically based не спроста. То же и в программах по 3д моделированию. И не надо утверждать, что ваши знания правильные, а все те программы и их разработчики ошибаются.

Отвечая Optics, хорошо, пусть я не прав и неверно воспринял слова как усмешку и пренебрежение к тому, что сказал ранее. Но это ничего не меняет, потому что сказал, как наиболее просто проверить и понять, в чем ошибка в суждениях о затухании света с расстоянием. За мной водится грешок из-за невнимательности, легко могу назвать ток напряжением, яркость освещенностью, но это не тот случай.
Нет никакого нарушения закона сохранения энергии. Есть только факт неверного применения формулы. Я уже привел простые для понимания примеры, мне что, еще написать, пока все таки решитесь усомниться в своей правоте и попробуете разобраться, что не так? Ну хорошо, допустим перед вами белая 10*10 метровая стена равномерно освещенная. На расстоянии 10 см и 100 см расположен белый предмет, параллельный ей, на него падает отраженный свет. И что, будете его освещенность считать по формуле инверсии квадрата расстояния до ближайшей точки стены и на этом все? А как же соседние области, которые тоже свет излучают, добавляя к первому? И уже становится гораздо ярче, чем изначально неверный совет в этой теме считать по 1/квадрат расстояния. Добавьте сюда второй тест, что точно так же освещена стена, но ее размер 1*1 метр и объект, который освещен этой мелкой стеной на расстоянии 1 и 10 см от нее (т.е. масштабируется все в 0.1 раза, кроме яркости света, падающего на стену). Что теперь? Будете считать по той же формуле, ожидая гораздо более высокой освещенности объекта, так как он ближе? Если да, то нарушаете закон сохранения энергии, потому что чем ближе, тем расстояние меньше, значит тем больше освещенность ресивера. Но это не так, что можете наблюдать в реальной жизни. Первый и второй опыт дадут одинаковую яркость поверхности объекта, на который свет от стены падает. Расчет освещенности это интеграция по площади бесконечного числа математических источников света. Базовая формула никуда не девается, но сама по себе она подойдет лишь для расчета освещения от звезд или крохотных источников света, типа светодиодных, что не относится к вопросу того человека про нечто вроде лазерного радара. Другой вариант, берете полусферу вроде неба, внутри в ее центре мелкий объект и земля черная, для простоты. Полусфера излучает свет (скажем, она бумажная, освещена с обратной стороны равномерно), который попадает на предмет в ее центре. Так вот, вне зависимости от диаметра полусферы, яркость объекта будет одинакова. Хоть она метрового диаметра, хоть километрового - без разницы. Тогда вопрос, а где расстояние, которое в формуле затухания фигурирует? А оно все там же, но из-за площади, как квадратной зависимости, нивелируется. Разбейте полусферу на множество источников света и посчитайте отдельно по той формуле, сложив результат и убедитесь, что все сходится. Что, опять я не прав? Могу себе представить, человек посчитал по формуле, что киловаттный лазер вырисовывается, бросил затею, либо у виска покрутил и пошел где-то еще спрашивать.

 

А вы чем фокусировать будете выход с волокна?

А с чего бы ему зависеть? Вам Optics даже формулу перетяжки пучка привёл.

Не пойму, при чём тут размер точки фокусировки и резать бумагу?

Сдаётся мне, вы путаете аберрации вне параксиальной области и свойства линзы как таковой.

То есть, курс оптики был общий и не было специальных?

Действительно? А помните лазер для комаров? Вашу интересную позицию "это фейк!". Я подошёл к задаче со стороны имеющихся у меня знаний и не торопился заранее выбрасывать эту конструкцию, поскольку вижу там теоретическую возможность решить задачу наведения по откликам ультразвуковых датчиков. А как подошли к задаче вы? Резко и категорично. Но вы ведь системами наведения никогда не занимались, какие бывают методы матобработки сигналов не представляете. Тем не менее, вы взялись сразу в довольно грубой форме браковать устройство. Сейчас вы точно так же не имея специальных знаний пытаетесь резко продвигать свои идеи. Вообще-то, советую не имея представлений не торопиться о чём-то судить. А то, как оказалось, кодированные затворы и диафрагмы с обратными свёртками могут творить чудеса в фотографии, обходя физические ограничения матриц и линзовой системы. Спектрометр с преобразованием Адамара тоже как бы намекает на то, что хитрая математическая обработка зачастую позволяет творить чудеса.

Это такое место, где, можно сказать, волновой фронт ещё не сформировался. Типичный пример из гидроакустики. Смотрите, вверху излучатели. Вблизи них мешанина волн. А вот дальше... дальше эти волны сложились и идут как два луча. Так вот, вверху - ближняя зона. Там свои законы.

А что, 3D-пакеты умеют в интерференцию? А плоскость поляризации вращается при прохождении луча, скажем, через раствор сахара?

А это и есть ближняя зона.

 

вы не привели никакой формулы!

что это за таинственная формула?

Можно сказать тлько одно физику вы не занете и не понимаете.
Не стал бы отвечать на эти дилетантские измышления, НО думаю эту ветку читают и другие любители, может для них будет все таки интерсно кто же прав.
Отражение от диффузного экрана большой площади много больше длины волны и расстояния с которого ведется наблюдение будет формировать почти плоскую волну . Почти , но не плоскую! Поэтому наблюдение в ближней зоне когда расстояние изменяется в пределах ближней зоны дает почти независимую энергию на площадь приемника.
хорошей ссылки на объяснение что такое ближняя зона нет на русском ну хоть эта http://csaa.ru/blizhnjaja-i-dalnjaja-zony-difrakcii/
Постоячнство энергии на фотоприемнике получается вовсе не из некоторых квадратов и пр, а таково свойство плоской волны. Хорошим приближеним для плоской волны служит излучение лазера. Понятно, что если ваш фотопримник перехватывает весь диаметр пучка лазера, то независимо от растояния, где вы помещаете приемник, энергия будет той же самой, никаких квадратов и пр!!!
Теперь по поводу фокусировки излучения волоконного лазера.
Есть отличный принцип Инвариант Лагранжа-Гельмгольца
https://de.ifmo.ru/bk_netra/page.php?dir=1&tutindex=201&index=28&layer=1
Так вот расмотрим 2 крайних случая с помощью этого принципа.
1. Паралельный пучок. Согласно принципу линейный размер источника в этом случае может быть очень большим (ограничен апертурой фокусирующей линзы) , а расходимость очень маленькая. Следовательно такой пучок можно сфокусировать в "точку". Конечно такая "точка" имеет размер, он опредяеляется дифрацией на апертуре линзы и для гауссова пучка, известная\ формула
d = lambda *F/D, здесь d диаметр пятна в фокусе, lambda длина волны, F - фокусное расстояние , D диаметр пучка на линзе , не линзы!
2. Точечный источник. В этом случае линейный размер источника стремится в нулю, а рсходимость к 4пи (имеется в виду телесный угол, для плоского случая пи). Согласно принципу такой источник тоже можно сфокусировать в точку! Но опять размер точки будет определяться формулой выше, а растояние до точки можно вычислить по формуле линзы, и это будет не фокусное расстояние!
Теперь возвратимся к волокну.
Ясно, что волокно с меньшим диаметром можно сфокусировать в в его же диаметр, правда надо учитывать расходимость пучка. Волокно с большим диаметром можно сфокусировать тоже в "маленькое пятно ", но при этом расходимость излучения из волокна должна быть "небольшой". Диаметр пучка излучения из волокна, в любом случае, тонкого или толстого волокна, должен заполнять апертуру линзы. Так что никакой связи диаметра волокна с минимальным диаметром фокусировки не существует.
Теперь рассмотрим конкретную реализацию этой теории. Есть гравировщик. Как правило гравировщик разворачивает растр гальванической системой, которая формирует растр и эта же линза фокусирует пучок лазера на поверхность. Понятно , что фокусное расстояние формирующей линзы выбирается из компромисса : размеров растра и минимальнго пятна фокусировки. Поэтому заменяя линзу на более короткофокусную, можно добиться меньшего пятна и повысить энергию в месте воздействия - цена - размер растра.
Другой путь расширить выходной пучок (тем самым уменьшить его расходимость), но для этого потребуется увеличить размер зеркал сканера, что приведет к их увеличению и утяжелению. За это, придется расплачивать скоростью отрисовки растра.
Вот и все мой милый Портос и Арамис!

 

Спасибо за расширенные ответы, есть неизвестная информация. Но они уводят от темы обсуждения. Я привел понятные каждому доводы, вы их не опровергли, а полезли в дебри. Если считать "Почти , но не плоскую!", то это притянуто за уши и не имеет отношения к теме. Был задан конкретный вопрос и по нему ответ: "Тогда исходите из того, что вся энергия луча (вы же знаете мощность и время импульса лазера?) будет рассеяна объектом. Соответственно, умножите её на коэффициент рассеяния (осталось него узнать) и поделите на квадрат расстояния (так как обратно летит уже не луч). Получите энергию того, что прилетит.". Я назвал неверным деление на квадрат расстояния, потому что наблюдаемый объект не математическая точка бесконечно малого размера, а вполне себе огромный в телеобъективе/телескопе, соответственно пока свет от него отраженный занимает всю область обзора, расстояние до объекта не будет влиять на сенсор, уровень сигнала одинаковый. А когда объект занимает область меньше видимой через объектив, то количество света будет кратно меньше наблюдаемой площади этого объекта. Слишком крохотный объект или слишком удаленный в задаче не рассматривается, потому не может идти речь о делении на квадрат расстояния.

Ну и вы тем самым доказываете верность моих утверждений какими-то обходными путями. Раньше же упомянули закон сохранения энергии, мол нарушаю, но не можете сказать в чем. Еще есть одно но - используя телескоп можете в этой ближней зоне оставаться вне зависимости от расстояния, пока ограничения оптики позволяют. И это как раз обсуждаемый случай. Вообще я не понимаю, чего мы спорим? Прекрасно себе рассчитываю лайтмапы и они совпадают с фотографиями и другими рендерами, значит применение формул верное. Было бы иначе, то получил бы глючные результаты. А вот если вычислять по инверсии квадрата расстояния, вот то да, результат будет очень далек от реальности. Задача математическая, а не физическая.

Опять все за уши притянуто. Есть оптическая система, в которой ничего не меняется, кроме диаметра волокна. Расходимость луча у волоконных лазеров более-менее одинакова, весьма далека от параллельности лучей. Если сейчас у меня жирнющее пятно от 230 мкм волокна, то заменой на источник с меньшим диаметром получу точку фокуса тоже меньше. Вы мне продолжаете доказывать, что нет, мол не зависит. Простой вопрос - простой ответ и не надо ничего мудрить добавляя вводные, которых там нет. Я б еще понял, если бы обсуждали твердотельник с тонкими стержнями, где это актуально.

А спидометр у вашего авто учитывает скорость света? А часы учитывают скорость перемещения в пространстве? Куда вас заносит? Ну и если отвечать на вопрос, уже лет 15 не слежу за новинками рендеров, но можете Mitsuba взять в качестве примера, много кто на него ориентируется для сверки результатов рендеринга.

Помню и я подошел резко категорично, потому что этому предшествовали размышления на основе опыта и знаний, вы лишь увидели результат, а не процесс. Ютюб загажен помоями для накрутки просмотров, с которых денюжка капает и люди не гнушаются всякую дрянь постить. Вот вам ссылка, где неизвестный автор синтезированным голосом вещает, что это фейк может он более авторитетен для вас, чтоб не верить в какие-то очевидные детские игрушки? Комар сравним или меньше длины волны излучателей, даже этого было бы достаточно, раз уж несколько раз тут упомянули дифракцию. Вращение излучателя и приемника в одной плоскости. Сама конструкция является препятствием. Никакой системы слежения, как будто комар завис в воздухе, хотя для подбития насекомых надо довольно мощный лазер или вести его точно, что не возможно с данной конструкцией. Лазер чисто для стилизации и задуривания стереотипами засунут в тонкую трубочку в виде пушки, которая не может играть роль охлаждения или иметь какую-то другую роль (даже если считать, что сам лазер в ее основании и охлаждается). Луч рассеян сильно с переотражениями, явно эта трубочка во зло. Луч лазера очень низкой яркости (уж вы то должны знать, как лазер слепит камеру), от 5 мвт комара не собьешь. Вращение уз передатчика и приемника требует специального устройства (забыл название) для электрического согласования, подключив 3 или 4 подшипника и через них подавать/принимать сигнал конечно можно, но это технически гораздо сложнее, чем кажется на первый взгляд. Точность механики подобного устройства должна быть не абы какая, либо с обратной связью, судя по дрыганым движениям "пушки" нету. Само видео не показывает процесс, что есть самое главное. Я прекратил обсуждать ту тему, ну нравится вам в это верить - да пожалуйста. Но не надо мне в упрек ставить несогласие с вашими верованиями. Сбивать комаров лазером можно, но ни разу не тем устройством, что сми растиражировали как чудо китайского инженера. Я уже пару лет пытаюсь разработать систему оптического слежения для лазера и продумал уйму вариантов, все утыкаются в вычислительную мощность и ничего точнее сенсоров на основе камеры не выдумал. У таких систем куча технических препятствий, которые сложно преодолеть в домашних условиях без кучи шишек, потраченного времени и денег, путем проб и ошибок.

У мужика нет шансов родить, даже если есть кодированные затворы и диафрагмы с обратными свертками (первый раз слышу, поищу, что это такое, интересно). Но он может родить, если пересадить значительную часть внутренностей, принимать гормоны, лежать под капельницей и все лет эдак через 50, когда технологии достигнут подобных высот. И что? Нет никакой связи между фейковой пушкой против комаров для тиктокеров и серьезными разработками изобретателей, у которых вряд ли аккаунт есть в каком-то тиктоке.
Наверно нет смысла больше продолжать обсуждение, человек с вопросом уже исчез и каждый останется при своем мнении, а я так и не услышу обоснованного опровержения тому, что уже сказал. Извините за потраченное время.