کانونی و متمرکز کردن پرتوی نور

سلام.
نور تابش شده از منبع غیرنقطه‌ای مسطح (مثل یک لامپ)، پس از گذر از عدسی محدب، تقریباً در کانون عدسی به صورت نقطه متمرکز میشه و از اون به بعد دوباره واگرا میشه.
از طرفی در صورت ورود نور از نقطه کانون عدسی محدب به عدسی، نور خارج شده در راستای مستقیم ادامه مسیر میده و واگرا نمیشه. اگه عدسی دوم کوچکتر از عدسی اول باشه، به نظر میرسه که بتونیم یک تابش پهن رو به صورت یک باریکه نوری در بیاریم.
اگه این باریکه رو دوباره وارد یک عدسی محدب کنیم و نور خروجی در کانون عدسی سوم رو وارد عدسی چهارم که از همه کوچکتره کنیم، احتمالاً بازهم باریکه نوری نازکتر میشه (مثلاً در حد یک میلیمتر مربع) و به این ترتیب، کل توان نوری منبع نور پهن رو در یک باریکه نور قرار میدیم و با این روش، چگالی توان باریکه نوری رو بالا میبریم و میشه از اون در برشکاری استفاده کرد.
با یه لامپ 100 وات به بهره 5 درصد، میشه به ضریب حدود 5 وات بر میلیمتر مربع رسید که توان حرارتی خوبیه. برای افزایش بهره، میشه پشت منبع نوری، یه آینه قرار داد تا کل نور به سمت عدسی اوّل تابش بشه.
آیا از این ترکیب و روش میشه برای کانونی کردن نور معمولی (و نه لیزر) استفاده کرد؟
اگه میشه، ترکیب بندی عدسی ها چطوره؟ آیا نمونه عملی تا حالا ساخته شده؟
با تشکر.

به ترتیب از ابتدا شروع کنیم. اگر نور غیرنقطه‌ای باشد و مقابل عدسی همگرا قرار گیرد بسته به موقعیت منبع نور و عدسی، تصویری از آن می‌تواند در طرف دیگر طبق فرمول معروف عدسی ایجاد شود. یک نکته اینکه سطح می‌تواند محدب و مقعر باشد ولی عدسی دو سطح دارد و باید مشخص شود که دو سطح چطور هستند. برای موقعیت و اندازه تصویر یک منبع نور غیرنقطه‌ای، تصویرهای کتاب‌های درسی که با شمع کشیده‌اند را ببینید.

در تصویرسازی با عدسی همگرا مثال خورشید و متمرکز کردن نور برای سوزاندن مثال خوبی است. برای متمرکز کردن یک منبع نور غیرنقطه‌ای به شکل یک نقطه باید از طرفی منبع نور در بینهایت باشد و از طرف دیگر قطر عدسی نیز بینهایت باشد. ایجاد چنین شرایطی ممکن نیست ولی اگر عدسی خیلی بزرگ باشد و منبع نور خیلی دور باشد، تصویر خیلی کوچک می‌شود. با استفاده از مجموعه عدسی‌ها شاید بتوان به تمرکز نسبتا خوبی دست یافت ولی هیچگاه به شرایطی که لیزر می‌تواند متمرکز شود نمی‌رسد. این بدان علت است که لیزر در خروج از مولدش باریک و با واگرایی کم هست و با متمرکز کردن توسط عدسی شما نوری را از دست نمی‌دهید و تمام نور را متمرکز می‌کنید ولی برای مثال خورشید را حتی درنظر بگیریم با افزایش قطر عدسی مقدار نور بیشتری را جمع می‌کنیم. نور نقطه‌ای یا صفحه‌ای و گسترده در هر صورت در تمام جهات نور را ساطع می‌کند و بر اساس رابطه عکس مجذور فاصله با دور شدن از منبع، شدت آن کم می‌شود ولی لیزر در صورتی که واگرا و پراکنده نشود در طول مسیر شدت را از دست نمی‌دهد.

وضعیت تصویر در عدسی همگرا:

اگر جسم در فاصله کانونی (f) باشد، تصویری مجازی، بزرگتر، و مستقیم تشکیل می‌شود.

اگر جسم در روی نقطه کانونی (F) باشد، تصویر در بینهایت تشکیل می‌شود و مجازی است.

اگر جسم در فاصله بین مرکز عدسی (C) و کانون عدسی (F) باشد، تصویری بزرگتر، حقیقی، وارونه تشکیل می‌شود

در آنسوی مرکز تصویر تشکیل می‌شود.

اگر جسم در روی مرکز عدسی (C) باشد تصویری هم‌اندازه، وارونه، حقیقی و در روی مرکز تشکیل خواهد شد.

اگر جسم در فاصله دور از مرکز (مرکز را گذرانیده باشد) قرار گیرد، تصویری کوچکتر، حقیقی، وارونه تشکیل خواهد شد.تصویر در بین فاصله کانونی و مرکز قرار می‌گیرد.

 اگر جسم در بینهایت باشد، تصویری کوچکتر، حقیقی، وارونه و روی نقطه کانونی تشکیل می‌شود.