离轴非旋转对称叠加方形光斑均匀聚光菲涅尔透镜

发布时间：2019-08-11 15:39

【摘要】：针对传统点聚焦菲涅尔透镜聚光分布均匀性差以及聚焦光斑形状与太阳能电池片不匹配的缺点,采用离轴非旋转对称叠加方法进行了方形光斑均匀聚光菲涅尔透镜设计,透镜采用方形非旋转对称结构,设计过程中通过在透镜中心截取一方形小孔来降低聚焦光斑中心辐照度峰值,改善接收面聚光分布,以提高聚光均匀性.采用光线追迹法模拟并分析了小孔边长、离轴偏移量、离轴聚焦距等参量对聚光性能的影响,结果表明:采用该方法设计的透镜聚焦光斑形状为方形,聚光均匀度高达90%.
【图文】：

．１设计原理采用离轴非旋转对称叠加设计的方形光斑均匀聚光菲涅尔透镜如图１．透镜采用方形外形结构，边长为Ｌ，透镜中心截取的方形小孔的边长为ｌ，透镜面由分布完全一致且对称的四个部分组成，每一部分的环带采用离轴聚焦非旋转设计形成四个相互独立的聚焦光轴，每条环带的旋转角度不尽相同．入射至透镜表面四个不同部分的光线经透镜环带折射之后形成四个相互独立的聚焦光斑，四个光斑在传输过程中通过相互叠加获得方形均匀聚焦光斑．光斑所在位置并非环带离轴聚焦设计的焦平面，其工作原理如图２．图１离轴非旋转对称叠加菲涅尔透镜结构Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｏｆｆ－ａｘｉｓｎｏｎ－ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｌｙｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎＦｒｅｓｎｅｌｌｅｎｓ图２离轴非旋转对称叠加法原理Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｏｆｆ－ａｘｉｓｎｏｎ－ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｌｙｓｙｍｍｅｔｒｉｃｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ由于透镜面四个部分环带分布相互对称，以图１中的第１、３部分为例进行说明，光线ａ、ｃ是入射光束经透镜第一部分对应的边缘光线，，光线ｂ、ｄ为透镜第三部分对应的边缘光线．由边缘光学原理可知，当光线ａ、ｂ（或者光线ｃ、ｄ）相交时，四个部分产生的光斑完全重叠，从透镜面出来的光线全部通过边长为Ｌ０方形区域，从而在该区域形成方形聚焦光斑，由此即可确定光斑的输出位置ｆ．由几何光学知识可知，在ｆ之前光斑尺寸逐渐减小，在ｆ之后光斑尺寸逐渐增大，在ｆ位置处光斑尺寸达到最小值，为此定义ｆ为透镜焦距．由图２中的几何关系得ｆＦ＝i幔玻玻

本文编号：2525372