一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法技術

一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法，屬于光學領域。它解決了傳統聚光系統成像的菲涅爾透鏡會聚太陽光的效果差，難以獲得較高的轉換效率的問題。該方法的實現過程為：首先，計算獲得引入入射太陽光的發散角θs后的菲涅爾透鏡的環帶齒的傾角θBL與菲涅爾透鏡的環高HGR的迭代關系式；采用預估校正算法得到每一個環的傾角θBL與環高HGR，使用蒙特卡洛光跡追蹤算法得到在焦平面位置的固定區域所接收的太陽光功率密度ψ；根據成像聚光原理得出功率密度極限值ψlim；計算出所要制作的菲涅爾透鏡的光譜范圍：|ψlim-ψ|≤ε，根據仿真所得到的菲涅爾透鏡最終參數制作模具，得到透鏡實體。本發明專利技術用于寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種針對太陽光譜強烈聚焦的菲涅爾聚光器設計方法，屬于光學領域。
技術介紹
隨著化石燃料的快速耗盡以及可持續發展的需求，人類迫切需要尋找到一種清潔能源。但是由于技術瓶頸的限制，作為所有清潔能源首選的太陽能的每年實際利用量只占世界總發電電量的0.1%，相當于一小時內地面接收到的日光輻照能量(4.3X1020J)。可見，對太陽能利用的拓展空間是非常巨大的。 由于在地殼內鎂元素含量占第8位，在地球表面海水里MgO非常豐富濃度為I. 3g/1，元素含量為第2位，因此可以通過寬譜帶的太陽光轉換為激光分解地殼內與海水里的MgO獲得Mg或氫氣的形式加以存儲。一直以來傳統聚光系統(拋物面+復合拋物面)體積大、較笨重、加工難、成本高，導致商用化低，雖然也可以提高對太陽光的利用效率，然而成像的菲涅爾透鏡會聚太陽光的效果很差，難以獲得較高的轉換效率。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了解決傳統聚光系統成像的菲涅爾透鏡會聚太陽光的效果差，難以獲得較高的轉換效率的問題，提供。，該方法的實現過程為步驟一、設定待制作的菲涅爾透鏡的環的傾角與該環距離該透鏡圓心的距離的迭代關系式為 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 %為本次迭代獲得的環的傾角，Hge為本次迭代獲得的環距離該透鏡圓心的距離，Hge^1為前一次迭代獲得的環距離菲涅爾透鏡圓心的距離；e B^1為前一次迭代獲得的菲涅爾透鏡環的傾角；d%為菲涅爾透鏡的環高；nB為短波長的光在待制作的菲涅爾透鏡內部的折射率為長波長的光在待制作的菲涅爾透鏡內部的折射率；E M為待制作的菲涅爾透鏡的焦距；將入射太陽光的發散角e s引入公式⑷獲得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,權利要求1.，其特征在于該方法的實現過程為 步驟一、設定待制作的菲涅爾透鏡的環的傾角與該環距離該透鏡圓心的距離的迭代關系式為2.根據權利要求I所述的，其特征在于步驟三、采用預估校正算法對公式(3)和公式(5)進行采用迭代求解出Θ&與HeK的方法為根據WeK、Hge與Θ BL直接的關系式3.根據權利要求I或2所述的，其特征在于采用預估校正算法對公式(3)和公式(5)進行求解每一個環的傾角Θ&與環高中預估校正算法的預估式與校正式分別為4.根據權利要求I所述的，其特征在于待制作的菲涅爾透鏡直徑D的范圍為300mm 1200mm。5.根據權利要求I所述的，其特征在于待制作的菲涅爾透鏡的焦距Σ LC的范圍為I I. 5倍的待制作的菲涅爾透鏡直徑D。全文摘要，屬于光學領域。它解決了傳統聚光系統成像的菲涅爾透鏡會聚太陽光的效果差，難以獲得較高的轉換效率的問題。該方法的實現過程為首先，計算獲得引入入射太陽光的發散角θs后的菲涅爾透鏡的環帶齒的傾角θBL與菲涅爾透鏡的環高HGR的迭代關系式；采用預估校正算法得到每一個環的傾角θBL與環高HGR，使用蒙特卡洛光跡追蹤算法得到在焦平面位置的固定區域所接收的太陽光功率密度ψ；根據成像聚光原理得出功率密度極限值ψlim；計算出所要制作的菲涅爾透鏡的光譜范圍|ψlim-ψ|≤ε，根據仿真所得到的菲涅爾透鏡最終參數制作模具，得到透鏡實體。本專利技術用于寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作。文檔編號G02B3/08GK102854551SQ201210362360公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日專利技術者蘆宇, 申作春, 魯建業, 崔崢, 劉永強 申請人:哈爾濱工業大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法，其特征在于：該方法的實現過程為：步驟一、設定待制作的菲涅爾透鏡的環的傾角與該環距離該透鏡圓心的距離的迭代關系式為：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為本次迭代獲得的環的傾角，HGR為本次迭代獲得的環距離該透鏡圓心的距離，HGR？1為前一次迭代獲得的環距離菲涅爾透鏡圓心的距離；θBL？1為前一次迭代獲得的菲涅爾透鏡環的傾角；dBL為菲涅爾透鏡的環高；nB為短波長的光在待制作的菲涅爾透鏡內部的折射率；nR為長波長的光在待制作的菲涅爾透鏡內部的折射率；∑LC為待制作的菲涅爾透鏡的焦距；將入射太陽光的發散角θs引入公式(4)獲得：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與θr1分別為短波長入射光線和長波長入射光線在與本次迭代相對應環內的折射角；h為菲涅爾透鏡的基底厚度；步驟三、采用預估校正算法對公式(3)和公式(5)進行采用迭代求解出待制作的菲涅爾透鏡各環的傾角以及相對應的各環距離該透鏡圓心的距離；步驟四、使用蒙特卡洛光跡追蹤算法對步驟三所得的待制作的菲涅爾透鏡各環的傾角以及對應的各環距離該透鏡圓心的距離HGR仿真獲得相應的菲涅爾透鏡，并對仿真獲得的菲涅爾透鏡進行聚焦仿真，得到在其聚焦光斑尺寸內所接收的太陽光功率密度ψ；步驟五、根據成像聚光原理，依據步驟三獲得的待制作的菲涅爾透鏡的參數得出理想情況下的該菲涅爾透鏡在其聚焦光斑尺寸內所接收的太陽光功率密度極限值ψlim：ψlim=Csun(D2ΣLcθs)2---(7)式中，Csun為地表面太陽常數；D為待制作的菲涅爾透鏡直徑；步驟六、根據設定的判據ε，計算出最接近功率密度極限值ψlim的設計光譜范圍：|ψlim？ψ|≤ε？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？(8)式中，ε≤1；若該不等式成立則輸出步驟三所得到的待制作的菲涅爾透鏡最終參數，根據這些參數制作模具，并采用該模具制造獲得菲涅爾透鏡實體；若|ψlim？ψ|＞ε，則返回步驟一重新計算待制作的菲涅爾透鏡的參數。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：蘆宇，申作春，魯建業，崔崢，劉永強，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：