【摘要】：針對傳統(tǒng)點(diǎn)聚焦菲涅爾透鏡聚光分布均勻性差以及聚焦光斑形狀與太陽能電池片不匹配的缺點(diǎn),采用離軸非旋轉(zhuǎn)對稱疊加方法進(jìn)行了方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡設(shè)計(jì),透鏡采用方形非旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)過程中通過在透鏡中心截取一方形小孔來降低聚焦光斑中心輻照度峰值,改善接收面聚光分布,以提高聚光均勻性.采用光線追跡法模擬并分析了小孔邊長、離軸偏移量、離軸聚焦距等參量對聚光性能的影響,結(jié)果表明:采用該方法設(shè)計(jì)的透鏡聚焦光斑形狀為方形,聚光均勻度高達(dá)90%.
【圖文】：

．１設(shè)計(jì)原理采用離軸非旋轉(zhuǎn)對稱疊加設(shè)計(jì)的方形光斑均勻聚光菲涅爾透鏡如圖１．透鏡采用方形外形結(jié)構(gòu)，邊長為Ｌ，透鏡中心截取的方形小孔的邊長為ｌ，透鏡面由分布完全一致且對稱的四個(gè)部分組成，每一部分的環(huán)帶采用離軸聚焦非旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)形成四個(gè)相互獨(dú)立的聚焦光軸，每條環(huán)帶的旋轉(zhuǎn)角度不盡相同．入射至透鏡表面四個(gè)不同部分的光線經(jīng)透鏡環(huán)帶折射之后形成四個(gè)相互獨(dú)立的聚焦光斑，四個(gè)光斑在傳輸過程中通過相互疊加獲得方形均勻聚焦光斑．光斑所在位置并非環(huán)帶離軸聚焦設(shè)計(jì)的焦平面，其工作原理如圖２．圖１離軸非旋轉(zhuǎn)對稱疊加菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｏｆｆ－ａｘｉｓｎｏｎ－ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｌｙｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎＦｒｅｓｎｅｌｌｅｎｓ圖２離軸非旋轉(zhuǎn)對稱疊加法原理Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｏｆｆ－ａｘｉｓｎｏｎ－ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｌｙｓｙｍｍｅｔｒｉｃｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ由于透鏡面四個(gè)部分環(huán)帶分布相互對稱，以圖１中的第１、３部分為例進(jìn)行說明，光線ａ、ｃ是入射光束經(jīng)透鏡第一部分對應(yīng)的邊緣光線，，光線ｂ、ｄ為透鏡第三部分對應(yīng)的邊緣光線．由邊緣光學(xué)原理可知，當(dāng)光線ａ、ｂ（或者光線ｃ、ｄ）相交時(shí)，四個(gè)部分產(chǎn)生的光斑完全重疊，從透鏡面出來的光線全部通過邊長為Ｌ０方形區(qū)域，從而在該區(qū)域形成方形聚焦光斑，由此即可確定光斑的輸出位置ｆ．由幾何光學(xué)知識可知，在ｆ之前光斑尺寸逐漸減小，在ｆ之后光斑尺寸逐漸增大，在ｆ位置處光斑尺寸達(dá)到最小值，為此定義ｆ為透鏡焦距．由圖２中的幾何關(guān)系得ｆＦ＝i幔玻玻

本文編號：2525372