一种宽光谱强聚焦菲涅尔透镜的制作方法技术

一种宽光谱强聚焦菲涅尔透镜的制作方法，属于光学领域。它解决了传统聚光系统成像的菲涅尔透镜会聚太阳光的效果差，难以获得较高的转换效率的问题。该方法的实现过程为：首先，计算获得引入入射太阳光的发散角θs后的菲涅尔透镜的环带齿的倾角θBL与菲涅尔透镜的环高HGR的迭代关系式；采用预估校正算法得到每一个环的倾角θBL与环高HGR，使用蒙特卡洛光迹追踪算法得到在焦平面位置的固定区域所接收的太阳光功率密度ψ；根据成像聚光原理得出功率密度极限值ψlim；计算出所要制作的菲涅尔透镜的光谱范围：|ψlim-ψ|≤ε，根据仿真所得到的菲涅尔透镜最终参数制作模具，得到透镜实体。本发明专利技术用于宽光谱强聚焦菲涅尔透镜的制作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种针对太阳光谱强烈聚焦的菲涅尔聚光器设计方法，属于光学领域。
技术介绍
随着化石燃料的快速耗尽以及可持续发展的需求，人类迫切需要寻找到一种清洁能源。但是由于技术瓶颈的限制，作为所有清洁能源首选的太阳能的每年实际利用量只占世界总发电电量的0.1%，相当于一小时内地面接收到的日光辐照能量(4.3X1020J)。可见，对太阳能利用的拓展空间是非常巨大的。 由于在地壳内镁元素含量占第8位，在地球表面海水里MgO非常丰富浓度为I. 3g/1，元素含量为第2位，因此可以通过宽谱带的太阳光转换为激光分解地壳内与海水里的MgO获得Mg或氢气的形式加以存储。一直以来传统聚光系统(抛物面+复合抛物面)体积大、较笨重、加工难、成本高，导致商用化低，虽然也可以提高对太阳光的利用效率，然而成像的菲涅尔透镜会聚太阳光的效果很差，难以获得较高的转换效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统聚光系统成像的菲涅尔透镜会聚太阳光的效果差，难以获得较高的转换效率的问题，提供。，该方法的实现过程为步骤一、设定待制作的菲涅尔透镜的环的倾角与该环距离该透镜圆心的距离的迭代关系式为 rr Tr dBL 12 dBL / 2Hgr =Hgra + BL + f⑶ tan(D tan(Unn — InH sin 0,,, | - Qbl )= ^ (,/' - tan (sin —1 [nH sin 0... \ - Qn, ) (4)^LC式中，0 %为本次迭代获得的环的倾角，Hge为本次迭代获得的环距离该透镜圆心的距离，Hge^1为前一次迭代获得的环距离菲涅尔透镜圆心的距离；e B^1为前一次迭代获得的菲涅尔透镜环的倾角；d%为菲涅尔透镜的环高；nB为短波长的光在待制作的菲涅尔透镜内部的折射率为长波长的光在待制作的菲涅尔透镜内部的折射率；E M为待制作的菲涅尔透镜的焦距；将入射太阳光的发散角e s引入公式⑷获得Hc,H (1如 Oul +col O1, )-(h + dBL/2) ^ H,n< (Ian 6., — col Orl) -(/ + d.;! .. 2) ian Oul + col OrlIan dVL - col Oy,权利要求1.，其特征在于该方法的实现过程为 步骤一、设定待制作的菲涅尔透镜的环的倾角与该环距离该透镜圆心的距离的迭代关系式为2.根据权利要求I所述的，其特征在于步骤三、采用预估校正算法对公式(3)和公式(5)进行采用迭代求解出Θ&与HeK的方法为根据WeK、Hge与Θ BL直接的关系式3.根据权利要求I或2所述的，其特征在于采用预估校正算法对公式(3)和公式(5)进行求解每一个环的倾角Θ&与环高中预估校正算法的预估式与校正式分别为4.根据权利要求I所述的，其特征在于待制作的菲涅尔透镜直径D的范围为300mm 1200mm。5.根据权利要求I所述的，其特征在于待制作的菲涅尔透镜的焦距Σ LC的范围为I I. 5倍的待制作的菲涅尔透镜直径D。全文摘要，属于光学领域。它解决了传统聚光系统成像的菲涅尔透镜会聚太阳光的效果差，难以获得较高的转换效率的问题。该方法的实现过程为首先，计算获得引入入射太阳光的发散角θs后的菲涅尔透镜的环带齿的倾角θBL与菲涅尔透镜的环高HGR的迭代关系式；采用预估校正算法得到每一个环的倾角θBL与环高HGR，使用蒙特卡洛光迹追踪算法得到在焦平面位置的固定区域所接收的太阳光功率密度ψ；根据成像聚光原理得出功率密度极限值ψlim；计算出所要制作的菲涅尔透镜的光谱范围|ψlim-ψ|≤ε，根据仿真所得到的菲涅尔透镜最终参数制作模具，得到透镜实体。本专利技术用于宽光谱强聚焦菲涅尔透镜的制作。文档编号G02B3/08GK102854551SQ201210362360公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日专利技术者芦宇, 申作春, 鲁建业, 崔峥, 刘永强 申请人:哈尔滨工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽光谱强聚焦菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于：该方法的实现过程为：步骤一、设定待制作的菲涅尔透镜的环的倾角与该环距离该透镜圆心的距离的迭代关系式为：HGR=HGR-1+dBL/2tan(θBL)+dBL/2tan(θBL-1)---(3)tan(sin-1[nRsinθBL]-θBL)=2HGRΣLC-tan(sin-1[nBsinθBL]-θBL)---(4)式中，θBL为本次迭代获得的环的倾角，HGR为本次迭代获得的环距离该透镜圆心的距离，HGR？1为前一次迭代获得的环距离菲涅尔透镜圆心的距离；θBL？1为前一次迭代获得的菲涅尔透镜环的倾角；dBL为菲涅尔透镜的环高；nB为短波长的光在待制作的菲涅尔透镜内部的折射率；nR为长波长的光在待制作的菲涅尔透镜内部的折射率；∑LC为待制作的菲涅尔透镜的焦距；将入射太阳光的发散角θs引入公式(4)获得：HGR(tanθBL+cotθr1)-(h+dBL/2)tanθBL+cotθr1+HGR(tan&theta;BL-cotθr2)-(h+dBL/2)tanθBL-cotθr2=ΣLCtan[sin-1[nRsin(θBL-sin-1(1nRsinθs))]-θBL]+tan[sin-1[nBsin(θBL+sin-1(1nRsinθs))]-θBL]---(5)式中，θr2与θr1分别为短波长入射光线和长波长入射光线在与本次迭代相对应环内的折射角；h为菲涅尔透镜的基底厚度；步骤三、采用预估校正算法对公式(3)和公式(5)进行采用迭代求解出待制作的菲涅尔透镜各环的倾角以及相对应的各环距离该透镜圆心的距离；步骤四、使用蒙特卡洛光迹追踪算法对步骤三所得的待制作的菲涅尔透镜各环的倾角以及对应的各环距离该透镜圆心的距离HGR仿真获得相应的菲涅尔透镜，并对仿真获得的菲涅尔透镜进行聚焦仿真，得到在其聚焦光斑尺寸内所接收的太阳光功率密度ψ；步骤五、根据成像聚光原理，依据步骤三获得的待制作的菲涅尔透镜的参数得出理想情况下的该菲涅尔透镜在其聚焦光斑尺寸内所接收的太阳光功率密度极限值ψlim：ψlim=Csun(D2ΣLcθs)2---(7)式中，Csun为地表面太阳常数；D为待制作的菲涅尔透镜直径；步骤六、根据设定的判据ε，计算出最接近功率密度极限值ψlim的设计光谱范围：|ψlim？ψ|≤ε？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？(8)式中，ε≤1；若该不等式成立则输出步骤三所得到的待制作的菲涅尔透镜最终参数，根据这些参数制作模具，并采用该模具制造获得菲涅尔透镜实体；若|ψlim？ψ|＞ε，则返回步骤一重新计算待制作的菲涅尔透镜的参数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：芦宇，申作春，鲁建业，崔峥，刘永强，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：