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平行光直接集束平行光或聚焦光法及高能量高流强装置制造方法及图纸

技术编号:2664986 阅读:287 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了将平行光直接集束成平行光或聚焦光法及获得高能量高流强装置属于光学技术领域,尤其属于太阳能应用领域。通过双正圆锥反光面组合的直接集束作用实现平行光直接集束平行光或聚焦光方法,将该法中双正圆锥适当固定与阳光跟踪系统、平面反光镜控制输出传送方向系统构成平行光直接集束(平行光或聚焦光)装置如用于加热、餐饮、消毒等。将该集束法与其它集束法(抛物镜-透镜、大透镜-小透镜、大抛物镜-小抛物镜等集束法)适当结合组成再集束系统,获得高能量、高流强装置,如用于焊接、切割、军事上扫描致盲或作其它军事攻击等。将多个平行光直接集束平行光装置同时注入一台固定(无需跟踪系统)平行光直接集束平行光装置中再集束获得更高能量用于冶金、发电等。同样,将多台激光束同时注入一台固定(无需跟踪系统)平行光直接集束平行光或聚焦光装置再集束获得高能量激光束用于工业或国防。

【技术实现步骤摘要】

属于光学
,尤其属于太阳能的集束方法和装置领域。
技术介绍
由于传统能源的材、煤、油、气面临枯竭的危险以及其对人类牛存环境的 污染,促使人类急于寻找满足长久使用又环保的绿色能源,由于太阳能取之不 尽又无污染,因此成为首选,世界各国都在全力寻找有效的收集和利用方法。目前已有的方法以抛物镜透镜等聚焦集热为主,其缺点是受尺寸、重量、 工艺等限制难以做到高能量、远距离传送。近年有利用大抛物镜一小抛物镜配合、抛物镜--透镜配合、大透镜--小透 镜配合将太阳光束集成平行光输出以达到远距离传送目的,但要获得高能量、 高流强由于工艺等困难限制了太阳能的大规模有效利用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是用光学双锥的技术方法提供一种简单实用的平行光(主要为太阳光)直接 集束平行光或聚焦光的方法,要解决的另一个问题是提供用该法构成的装置及 高能量、高流强输出装置.本专利技术平行光直接集束平行光或聚焦光的方法技术方案是利用两个正圆锥 反光面组合实现平行光直接集束平行光或聚焦光的方法(简称双锥法)。如图1所示,外锥2 (为空心正圆截锥,它的内表面为反光面),内锥3 (为正圆锥形-可空心或实心-它的外表面为反光面),内锥3与外锥2同轴,两者母线长 度相等且相互平行,与轴交角为45度,内锥3的高度等于或略大于外锥2的高度(否则输出小于输入)内锥3的顶点位于外锥2的顶口所在平面内并与外锥2顶口中心点重合。当平行光自外锥2的底侧沿轴向入射到外锥2反光面反射到内锥3的反光面(一次或多次 反射,当外锥2顶口直径大于内锥3底的直径时且两锥母线与轴的交角均等于45度时反射为一 次否则可为多次)直接集束平行光从外锥2的顶口输出,这就是平行光直接集束平行光方 法(简称双锥法)由于输出方向与入射方向同向,锥的大小头也同向所以也称同向双锥法。如果两母线不相互平行且不等长则输出聚焦光或发散光,当两锥中任一个保持与轴交角 45度不变而另一个与轴交角大于45度但小于90度则输出为聚焦光,通常外锥2保持与轴相交 45度,因它影响接收度(大于45度或小于45度接收度变小)。如果非平行光输入则输出亦为聚焦光。我们重点解决平行光直接集束平行光或聚焦光。如图1所示,将外锥2、内锥3 (根据需要加装沿轴向移动控制系统,控制输出能量与流 强)固定相对位置配以阳光跟踪系统、平面反光镜控制输出传送方向系统共同构成平行光直 接集束平行光或聚焦光装置。从中可知这种装置具有可逆性既可用于集束亦可用于分束,比如当集束平行光送至照明 用户后需分成多路,此时用适当大小该装置进行分配。如图1所示,将内锥3倒置(保持外锥2母线与轴成45度交角,此时两锥母线相互垂直)余 皆不变,当光线入射到外锥2反光面再反射到内锥3的反光面输出变为反向平行光,即输出与 输入反向所以称反向平行光直接集束平行光或聚焦光法也称为反向双锥法。如图1所示,将外锥2与内锥3 (根据需要加装沿轴向移动控制系统)固定相对位置配以 阳光跟踪系统和平面反光镜控制输出传送方向系统共同构成平行光直接集束平行光或聚焦 光装置。现将正反两锥制成两底相连(即共底,同轴)的双向锥时(如图2所示)代替原来的单 锥,其余条件不变,当入射光线自外锥2的底侧沿轴入射到外锥2的反光面再反射向中心轴, 此时沿轴适当的移动内锥3即可获得正、双向、反向输出直接集束平行光或聚焦光,称之 为可变向平行光直接集束平行光或聚焦光法或称可变向双锥法。如图2将外锥2和内锥3 (根据需要加装轴向移动控制系统)按要求固定配以阳光跟踪系 统,平面反光镜控制输出传送方向系统即构成可变向平行光直接集束平行光或聚焦光装置。从上述说明可知外锥2不变仅改变内锥3 (因此时为双锥)就实现输出方向变化使得制造 使用都简单了。同时从图1可以看到对于按正向平行光直接集束平行光或聚焦光法设计者而言要增加输 出能量就要增加接收面积,有两种方法一个是增加外锥2的平均直径,另一个就是增加两锥高, 即比例放大两锥尺寸,如增加外锥2的尺寸即接收面积增加(保持外锥2的顶口不变)但同时内 锥3的反射面积也增加,增加后内锥3的底面直径仍然等于或小于外锥2的顶面直径时,即输出 截面增加,因此输出流强并未变化,当内锥底面育径大于外锥顶面直径时,高度变大而输出截 面不变这时能量和流强同时增加,只增加外锥2的平均直径时能量增加但内锥的反光面不变 所以流强也随之增加。对于按反向平行光直接集束平行光或聚焦法设计者增加外锥2与内锥3的高度改变接受 面积,应注意内锥3倒置,在增加高度时其锥顶点应随外锥2底面升高同时内锥3的底面与高 比例放大因此应考虑受外锥2限制,这种选择可改变能量但流强不一定变,当只增加外锥2 的平均直径时,输出能量增加流强也增加。为在能量不变的情况下增加流强,将双锥法集束与抛物——透镜大抛物——小抛物 大透——小透等集束结合,如图3所示,即将图1中的内锥3用带贯通圆孔的TH圆截锥代替,其 他条件不变,在内锥3的顶口侧的轴线上适当位置配以抛物镜6~~it镜8再集束,要求内 锥3、抛物镜6、透镜8三者同轴,抛物镜6反光面对准内锥3的输出方向,透镜8的焦点与抛物 镜的焦点重合,透镜8位于内锥3和焦点之间,透镜的直径应满足流强的要求,内锥3的孔直 径应大于透镜8的直径,当阳光沿轴向入射经外锥2反光面反射到内锥3的反光面上集束平打 光输出到抛物经6的反光面经反射聚焦后射到透镜8输出平行光(即再集束平行光),再集束 平行光通过内锥3的孔输出此时流强增加,称复合增强法。如图3,将外锥2、内锥(如需要加轴向移动控制系统)3、透镜8、抛物镜(反光面等于 或稍大于输出4的截面)6适当固定配以阳光跟踪系统输出方向控制系统共问构成强流装實。如图3所示,将抛物镜6以小透镜代替原透镜8以适当大透镜代替,内锥3以正圆锥代替 其余条件不变构成双锥法集束与大透镜——小透镜集束复合再集束法,适当固定外锥2内锥 3大小透镜与阳光跟踪系统,平面反光镜控制输出传送方向系统构成强流装置。为获得更高能量可将多台同样的同向或反向平行光直接集束平行光装置的输出注入同 一台固定(不带阳光跟踪系统)平行光直接集束平行光装置中再集束(此时固定的集束装置中 外锥2可分段,其数量大小与输入装置对应)获得更高能量或超高能量。本专利技术的优点在于1 方法简单,光学表而形状简单。2 可正、反、双向输出平行光或聚焦光。3 由于具有可逆性,也将它用作分束器4 输入一定的情况下可适当移动内锥3控制输出能量,流强及输出截面。5 容易构成强流装置。6 容易构成超高能装赏。7 正向输出时流强较均匀反向输出时流强中心最强。8 易构成大聚焦输出装置。9 可集束激光。10用于太空超髙能装置(因我国有发射能力,太空没重力影响又有低温条件,可做到超高能 超高强真正太空武器。附图说明图l是同向平行光直接集朿平行光或聚焦光方法及装置纵向断面示意图。 图2是可变向平行光直接集束平行光或聚焦光方法及装置纵向断面示意图。图3是双锥集束平行光与抛物镜——透镜集束平行光组成复合方法及高流强装置纵向断面示意图。图4是激光集束系统示意图。具体实施例方式结合附图及实施例对本专利技术加以说明。实施例l如图1所示,本专利技术采用外锥2的内表面将沿轴入射的太阳光1反射到内锥3的外表面上再 反射直接集束成平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平行光(或非平行光)集束方法,入射的平行光(或非平行光)1(如太阳光)入射到外锥2反光面再反射到内锥3的表面上再反射(一次或多次)直接集束成平行光或聚焦光4输出,即平行光直接集束平行光或聚焦光方法(或非平行光集束为聚焦光),因输出与入射光方向相同也称同向平行光直接集束平行光或聚焦光方法(或称双锥法),其特征在于使用一个具有光学内表反光面的贯通空心正圆截锥和一个具有光学外表反光面的正圆截锥或正圆锥(内锥3)组成的光学技术方法。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:吴荣久
申请(专利权)人:吴荣久
类型:发明
国别省市:11[中国|北京]

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