太陽能作為新能源,具有取之不盡用之不竭、綠色無污染等許多優(yōu)點,但同時也具有能量密度小、光束質(zhì)量差等問題。如果我們用一個絕對黑體來吸收地表的太陽輻射能,達到熱平衡時的溫度大約為91℃,略低于水的沸點,在許多應(yīng)用中（例如太陽能泵浦激光器、聚光類太陽能熱發(fā)電等）,溫度為91℃的熱源的熱動力效率很低,而若想要得到一個有效的溫度（例如不小于300℃）用于產(chǎn)生能量,我們需要對太陽能進行高倍聚光。一般我們想到的聚光方法是采用成像光學(xué)系統(tǒng)對太陽光進行成像聚光,但是實際的成像光學(xué)系統(tǒng)由于像差的存在,不能有效地實現(xiàn)最大倍數(shù)的聚光。在光學(xué)系統(tǒng)中,成像和聚光是此消彼長的,只有放棄成像需求才能獲得更高的聚光比,于是非成像聚光器應(yīng)運而生。這類聚光器如果用于成像時,將會有非常大的像差;用于聚光時,遠比成像系統(tǒng)更高效,并且可以通過特殊設(shè)計達到或者接近理論極限。本論文針對非成像光學(xué)聚光器中一個很典型的示例——復(fù)合拋物面聚光器,進行了性能分析;鑒于其優(yōu)秀的聚光特性,本論文對復(fù)合拋物面聚光器的應(yīng)用展開了一系列拓展性研究。首先介紹和分析了復(fù)合拋物面聚光器的結(jié)構(gòu)特征和聚光性能,并給出了它在太陽能高倍聚光方面的應(yīng)用:將復(fù)合拋物面... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)四川省

【文章頁數(shù)】：130 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 太陽能資源的重要性及聚光的必要性
        1.1.2 復(fù)合拋物面聚光器在聚光問題中的重要性
    1.2 國內(nèi)外復(fù)合拋物面聚光器及非成像光學(xué)的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 太陽能聚光
        1.2.2 太陽能直接泵浦激光器
        1.2.3 光伏電池
        1.2.4 通信中的光學(xué)天線
        1.2.5 太陽能光纖照明系統(tǒng)
        1.2.6 太陽能熱發(fā)電
    1.3 本論文的研究目的及主要內(nèi)容
        1.3.1 本論文的研究目的
        1.3.2 本論文的研究的主要內(nèi)容與技術(shù)路線
    1.4 本章小結(jié)
第2章 聚光器的性質(zhì)與分類
    2.1 幾何光學(xué)的基本原理
        2.1.1 光線追跡
        2.1.2 聚光器和聚光比的定義
        2.1.3 成像光學(xué)系統(tǒng)的一些概念
        2.1.4 光程和費馬原理
        2.1.5 廣義拉格朗日不變量和相空間的概念
    2.2 聚光器的分類
        2.2.1 二維和三維聚光器
        2.2.2 成像聚光器
        2.2.3 非成像聚光器——光錐
        2.2.4 非成像聚光器——復(fù)合拋物面聚光器
    2.3 本章小結(jié)
第3章 復(fù)合拋物面聚光器的性能分析
    3.1 復(fù)合拋物面聚光器的性質(zhì)
        3.1.1 復(fù)合拋物面聚光器的表達式
        3.1.2 復(fù)合拋物面聚光器的透射率-入射角曲線
    3.2 復(fù)合拋物面聚光器的仿真
    3.3 兩級高倍聚光系統(tǒng)
        3.3.1 兩級高倍聚光系統(tǒng)的理論分析
        3.3.2 兩級高倍聚光系統(tǒng)的仿真分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中復(fù)合拋物面聚光器的研究
    4.1 太陽能熱發(fā)電的背景
        4.1.1 太陽能資源的利用方式
        4.1.2 太陽能發(fā)電的分類
    4.2 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電原理及聚光比
    4.3 環(huán)形復(fù)合拋物面聚光器
        4.3.1 復(fù)合拋物面聚光器
        4.3.2 環(huán)形復(fù)合拋物面聚光器
    4.4 環(huán)形復(fù)合拋物面聚光器的仿真和實驗分析
        4.4.1 環(huán)形復(fù)合拋物面聚光器的聚光性能的仿真分析
        4.4.2 環(huán)形復(fù)合拋物面聚光器提高塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)聚光比的仿真分析
        4.4.3 環(huán)形復(fù)合拋物面聚光器的實驗分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于復(fù)合拋物面聚光器的光纖耦合系統(tǒng)的研究
    5.1 光纖激光器及光纖耦合的背景技術(shù)
    5.2 基于復(fù)合拋物面聚光器的光纖耦合系統(tǒng)
    5.3 復(fù)合拋物面聚光器光纖耦合系統(tǒng)與雙透鏡耦合系統(tǒng)的仿真對比
    5.4 本章小結(jié)
第6章 微型復(fù)合拋物面聚光器陣列改善焦平面探測器性能的研究
    6.1 焦平面探測器的背景介紹
    6.2 利用微透鏡陣列改善探測器占空比的原理
    6.3 利用微型復(fù)合拋物面聚光器陣列改善探測器占空比的原理
    6.4 微型復(fù)合拋物面聚光器陣列與微透鏡陣列的仿真對比
    6.5 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)
    7.1 工作總結(jié)
    7.2 本論文的創(chuàng)新點
    7.3 下一步工作計劃
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果



本文編號：3195527