非对称渐变折射率自动波导构件及其器件制造技术

非对称渐变折射率自动波导构件及其器件，是根据能量守恒定律、斯蒂芬－玻而兹曼定律及角系数ｆ的概念，根据ｆ没有互换性的波导换热规律，提高介质减少产生的自动波导结构。此结构敞开地放置单一热源中，表面辐射换热不平衡，形成自动波导正负极，整流交流量子，能够把低密度漫射聚集为高密度能流，能够从低温物体向高温物体传递热量，能够制作冰箱、冰屋、空调、温箱、温室、温衣、热管等，能够烹调、驱动热机、发电，还有如激光而胜似激光的性能，可以把非相干光源的自发辐射聚焦为一个很小的光斑，以细光柱输出，发散角很小，形成超越激光的光强，可以将载信息的辐射以细光柱传输、接收，可以远距离输送、接收高密度能流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非对称渐变折射率波导，特别是非对称渐变折射率自动波导的构件及其器件。
技术介绍
辐射是物质，热辐射是一种能量形式，是一切物质的固有属性，所有物质都在不断 地发射、吸收热辐射，热辐射具有动力学性质。传热通过热动(分子热运动)热力学温度梯 度、辐射热力学温度梯度实现。热动温度梯度的传热依靠介质宏观运动和微观粒子热运动， 辐射温度梯度的传热是依靠电磁波传输，热动传热与辐射传热有本质的不同。由于物性、涂 层、温度、波长、立体角的影响，物体的辐射换能具有方向性和选择性。辐射波长、发射率、能 流密度等差异可引起“红移”、“蓝移”。封闭腔壁面的辐射换热，除表面特性的变化外，辐射 频率、几何因素、透射介质特性等等都影响一个表面的辐射到达另一个表面的份额，影响封 闭腔辐射能流密度、能流率和温度的分布。任何物质中的各个微粒都在不断地相互交流能量子(热辐射)，单一热源中的微 粒，辐射量子和吸收量子处于平衡状态。在光学器件中，导光系统、聚集系统等光学系统可 以引导、聚集光辐射，但是，不管是端面直接耦合、楔状薄膜耦合、楔状光纤耦合、光栅耦合、 陵镜耦合的器件还是其它任何光学器件，都不能像晶体二极管整流交流电那样整流单一热 源中微粒之间的交流量子，因此目前的任何光学器件都不能在单一热源中利用热量做功， 更不能把低温物体的热量自动地聚集、输送到高温物体。物质微粒交流的量子是能量，是有动量的运动物质，整流量子即可能在单一热源 中制造热力学温度梯度，利用热量做功，即可能通过整流、聚集量子的方式将低温物体的热 量聚集到高温物体。当介质能够无能耗地调制透射的量子，使表面辐射换热没有互换性，自 动维持表面与单一热源交流量子的不平衡状态，表面即可整流量子，形成自动波导的换热 正负极，换热净辐射热流量呈正值的表面为正极，换热净辐射热流量呈负值的表面为负极。介质产生自动波导的换热正负极，前提是表面辐射换热的角系数没有互换性。表面Ai的辐射中直接到达表面^的辐射份额称为角系数，用FiI表示。等温黑 体或灰漫表面换热，有效辐射均勻，两个表面辐射换热的角系数有互换性=AiFiI = A/hi。角系数有互换性只是在参与辐射换热的表面为等温的黑体或灰漫表面才能正确， 在分析辐射换热时，必须充分考虑辐射和传输介质的相互作用、相互关系、相互影响，否则 会造成错误。角系数没有互换性的例子如根据费马原理，在渐变折射率介质中，光线的行进轨迹总是从低折射率区弯向高 折射率区。假如有两个物体，表面紧贴在图1非对称渐变折射率介质的i面、j面进行辐射 换热，j面高折射率区物体射向低折射率区的辐射，总有辐射在拐点的有效范围内，拐弯回 到j面物体，而i面低折射率区物体，射向对方的辐射都能到达j面物体，这两个物体辐射 换热的角系数不可能有互换性。又如，介质只透射某些波段的热辐射，两个物体辐射峰值的 波段不同，只要一个物体有某些辐射波段不能透过介质，介质两个面的角系数即没有互换性。普通玻璃透射的辐射波长小于3 μ m，太阳的绝大部分热辐射波长在3 μ m以下，基本上 都能透射普通玻璃，300K左右的物体热辐射波长在3 μ m以上不能透射普通玻璃，所以普通 玻璃表面对太阳与300K左右物体的辐射换热角系数没有互换性。人们把这种现象称为温 室效应，做成了太阳能温室。其实，两个物体表面透过介质进行辐射换热，角系数没有互换性比比皆是。两个 表面，只在灰漫表面，辐射的频率相同，介质的作用和影响与真空相同的严格条件下，角系 数才能具有互换性。温度不同的灰漫表面辐射换热，介质的作用、影响类似真空，高温表 面辐射的热流量较大，热量从高温传递到低温，介质的高温表面与低温表面的角系数没有 互换性；假如换热的辐射不是漫射，而是定向辐射，不对射的定向辐射没有互换性可言，即 便是对射，也必须在极苛刻的条件下才可能有辐射换热的互换性，举一个简单的例子，a为 1000W探照灯，b为1000W红外线激光器，a、b不对射，足够远的距离外，它们的辐射换热趋 于0，b不向a照射而a向b照射，热量从a流向b，a、b对射，由于a的辐射面积大，只有一 部分热量传递到b，b辐射的是单色光，散射角很小，热量被聚集于a的极小一点，可能将a 摧毁，它们辐射换热的角系数不可能有互换性。透射介质使辐射换热角系数没有互换性的 例子更多，本专利技术所列出的例子即是其中的一部分。设从n(n为自然数)个表面Ai投射、反射、折射、再辐射、偶合、聚集到达一个表面 Aj的辐射份额之和为角系数f，用f^表示。对封闭腔换热模型进行研究知道，由于辐射 与介质、立体几何因素的相互关系、相互作用、相互影响，封闭腔敞开面的辐射换热角系数f 失去互换性。根据能量守恒定律、斯蒂芬_玻而兹曼定律及角系数f的概念，用净辐射换热 法的有效辐射求解换热的热流量，得到公式 (1) (2)式中，Φ^为η个表面i的辐射到达表面j的净辐射热流量之和，WnT2 ； σ为斯 蒂芬一玻而兹曼常数 的时候，敞开面i即会有稳定的净辐射热流量①卜」流 到敞开面j。当Ei:j > 1的时候，敞开面的净辐射热流量从表面i流向表面j，Ei:j < 1的时 候，敞开面的净辐射热流量从表面j流向表面i，Eiu. = 1的时候，敞开面之间没有净辐射热 流量。这两个公式即为在漫射环境中，角系数f没有互换性的漫射波导换热规律，前者是漫 射定量波导换热规律，后者是漫射定向波导换热规律，总称漫射波导换热规律或简称波导 换热规律。式(1)、式⑵可以用函数记作Φ^」.=g(A，T，f)及Ei:j = G(A，T，f)。显然，A、 T、f三个自变量是波导换热规律的三个要素。其中，面积是边长的函数，任何图状面积都可表示为正方形微元面积r2的和，A=m(r)=热力学温度T以K为单位，人们常以300K为常温，常温变化tK的温度函数记做T = n(t) =〔 (300+t)/300) 4 = (l+t/300)4 ；角系数 f以百分率表示，已知角系数fbj为a，fj—为b，a有变量ρ的函数记做f^ = U(p)= (a+p)%，b有变量q的函数记做fbj = U(q) = (b+q) %。在A、Τ、f定义域范围内，用直 角坐标系X轴表示它们的变量，用Y轴表示函数值，函数T = m(t) = (l+t/300)4是指数图线，t≤300的斜率很小；函数 他是指数图线，但是，r彡300的斜率可以很A==mv.r； -ι大，函数 fi —」=u(p) = (a+p) % 及函数 f” i = U(q) = (b+q) % 是直线，ρ < 100、q < 100 的斜率可以很大。因此，可以利用A、f的变化，使C^i= Φ」>0，敞开面i有稳定的净辐 射热流量Φ^流到敞开面j，使Eu > 1，敞开面的净辐射热流量从表面i流向表面j。《导射体及导射器》、《阶梯导射体及阶梯导射器》的专利技术，是利用辐射与透射介质、 立体几何因素的相互关系、相互影响、相互作用的A、f变化，制作封闭腔，使封闭腔敞开面 的辐射换热角系数f失去互换性，Ei:j兴1，敞开面与单一热源交流热辐射不平衡，形成自动 波导换热的正负极。辐射换热规律的三个要素都是相互独立的，虽然都必不可少，但是在任何两个要 素确本文档来自技高网...

【技术保护点】
非对称渐变折射率自动波导构件，其特征在于：主要由非对称渐变折射率介质构成，构件表面的辐射换热角系数没有互换性，敞开地置于单一热源中，构件表面的辐射换热不平衡，自动形成辐射换热的波导正负极，换热净辐射热流量呈正值的表面为正极，换热净辐射热流量呈负值的表面为负极，热量以波导的形式自动地从负极流向正极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黎耕，
申请(专利权)人：黎耕，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]