太阳光自动跟踪及空心Bragg光纤传输系统研究

发布时间：2020-05-07 16:43

【摘要】：太阳光作为一种绿色的可再生资源,具有广泛的应用前景,如何对太阳光进行长距离传输并实现照明是当前学术界研究的一个热点。然而,现有的太阳光采集传输系统多存在采集效率低和传输损耗大两个问题,尤其是太阳光在光纤中传输损耗问题尤为严重,目前常用的塑料光纤传输几十米已是极限。本文研究并设计了一套太阳光采集传输的系统,着重对其中的传输光纤部分进行研究。利用RSOFT软件设计了一种可用于太阳光传输的空心Bragg光纤,并对其传输特性进行详细地分析和研究。由于可见光波段范围很广,单一光纤很难具有那么宽的带隙,故采用设计三种不同结构参数的空心Bragg光纤分别传输红、绿、蓝三个波段光的方法,在光纤输出端汇聚,从而间接实现对整个太阳光的传输。本论文的主要内容有:1.设计了一套太阳光自动跟踪采集系统,使用地平坐标双轴跟踪法和光敏电阻阵列跟踪法对太阳光进行实时跟踪,使用菲涅尔透镜对太阳光进行汇聚。可实现在晴天甚至阴天对太阳光的高效率采集。2.利用RSOFT软件设计一种用于传输可见光的空心Bragg光纤,并使用平面波展开法对空心Bragg光纤的光子晶体带隙情况进行模拟计算和分析研究。讨论了介质材料,材料折射率,晶格周期对光子晶体带隙的影响,确定了适合低损耗传输太阳光中可见光波段红、绿、蓝三波段光的光纤包层材料和结构参数。即采用折射率2.2的PC材料和折射率1.4的PVDF材料作为包层的材料,其中低折射率材料厚度占一个晶格周期大小的1/3。3.基于COMSOL软件利用有限元法分别对设计的三种结构参数的空心Bragg光纤的传输特性进行研究,重点分析和讨论了空心Bragg光纤的传输损耗特性。揭示了晶格周期,光纤芯径,包层周期层对空心Bragg光纤传输损耗的影响,确定了适合传输可见光波段红、绿、蓝三个波段光的光纤结构参数。即包层周期层数为5层或以上,空气芯半径为75um,传输红光,绿光,蓝光的空心Bragg光纤的晶格周期分别为1.35um,1.05um,0.85um。在此结构中传输红、绿、蓝光的损耗几乎为0,可间接实现太阳光的长距离传输照明。总之,本文的研究工作有望为空心Bragg光纤用于自动跟踪、采集并长距离传输太阳光提供理论依据和实验参考。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK513.4

【参考文献】