專利名稱：一種分光比可調的白光分束器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于太陽能綜合利用系統的白光耦合器，是一種分光強度 比可調的白光分束器。
技術背景經濟的發(fā)展對能源需求越來越強烈，充分利用可再生能源是當前各個國家 經濟、科技發(fā)展的趨勢，其中太陽能的利用表現出其獨特的優(yōu)點和廣泛的前景。 利用太陽能進行隧道、大型廠庫、地下室等黑暗場所的照明，部分取代部分電 能，能在很大程度上節(jié)約不可再生能源，對經濟的發(fā)展意義深遠。在利用太陽能進行照明的系統中，往往需要對光照強度進行調節(jié)，以滿足 實際場所對不同光照強度的需求，并將剩余的光強轉換成電能或其他能量，因 此需要分光強度比可調的白光分束器。常用的分束器有空間式與波導式兩種?？臻g分束器基于反射/透射原理， 波導分束器基于模式耦合理論。分束器可以實現光波強度、偏振或波長的分離。常規(guī)光分束器是通過熔融拉錐制成，即將多根裸纖以一定方式靠攏，在高 溫加熱下熔融并向兩側拉伸，最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導結構， 可實現對傳輸光信號的分束或耦合。傳輸的大部分也都是單色光或準單色光， 對于傳輸具有白光特性的太陽光，存在對其本征頻率之外波長的光具有較大衰 減的缺點。白光分束器是使用多模光纖束將太陽光引入分束系統，并利用準直透鏡將 其變成平行光束，再將該平行光束經過反射投射比可調的透過率漸變的鍍膜片， 反射和投射的平行白光再次分別經過另外兩只準直透鏡并分別聚焦于一點，然 后由置于準直透鏡焦點的光纖束傳播出去，從而達到對白光分束的目的，通過 移動透過率漸變鍍膜片，實現對反射光和投射光強度比的調節(jié)。 發(fā)明內容本發(fā)明主要為了克服現有傳輸太陽光損耗較大的不足，提供一種分光強度 比可動態(tài)調節(jié)的白光分束器。分光比可調的白光分束器是在白光分束器上設有第一端面、第二端面、第 三端面，第一端面平行于第三端面同時垂直于第二端面，第一端面上設有入射 端口，入射端口是一圓筒結構，入射端口的軸線垂直于第一端面，第二端面上 設有反射端口，反射端口是一圓筒結構，反射端口的軸線垂直于第二端面，第三端面上設有透射端口，透射端口是一圓筒結構，透射端口的軸線垂直于第三 端面，入射端口、反射端口、透射端口的軸線在同一平面上，且在透過率漸變鍍膜片的1/4 3/4高度處，入射端口上設有第一光纖束、第一光纖調節(jié)器、第一準直透鏡，第一光纖束置于第一光纖調節(jié)器內，反射端口上設有第二光纖束、 第二光纖調節(jié)器、第二準直透鏡，第二光纖束置于第二光纖調節(jié)器內，透射端 口上設有第三光纖束、第三光纖調節(jié)器、第三準直透鏡，第三光纖束置于第三 光纖調節(jié)器內，白光分束器內設有透過率漸變鍍膜片，透過率漸變鍍膜片與入射端口、反射端口、透射端口成45度角，透過率漸變鍍膜片上設有反射面。所述的第一光纖束、第二光纖束或第三光纖束由1 100根光纖組成，每根 光纖的端口在一平面上，第一光纖束、第二光纖束或第三光纖束分別固定在第 一光纖調節(jié)器、第二光纖調節(jié)器或第三光纖調節(jié)器內。第一光纖調節(jié)器、第二 光纖調節(jié)器或第三光纖調節(jié)器分別固定在入射端口 、反射端口或透射端口內。 透過率漸變鍍膜片的高度為準直透鏡外徑的1 3倍，透過率漸變鍍膜片的長度 為準直透鏡的外徑的2 20倍。透過率漸變鍍膜片對白光的反射透射比隨著透 過率漸變鍍膜片的長度單調變化。透過率漸變鍍膜片在與入射端口、反射端口、 透射端口成45度角的方向上能相對連續(xù)移動。本發(fā)明有效利用太陽能取代電能進行部分場所的照明，是照明產業(yè)發(fā)展的 一個新的方向，能在很大程度上節(jié)約不可再生能源，對經濟的發(fā)展具有深遠意 義。在利用太陽光進行照明的應用中，往往需要控制照明的強度，并且保證所 傳輸的太陽能的利用效率，因此需要一分光強度比可調的分束器，使用分束后 的一部分光進行照明，而另一部分光則用以發(fā)電、加熱，或進行其他用途。當 前普通的分束器只是對某一波長的光進行分束，用此使用這種分束器傳輸太陽 光，存在太陽光損耗較大的缺點，對太陽能的利用效率較低。本發(fā)明正是基于該應用方向，提供一種滿足上述要求的分束器。本發(fā)明分 光強度比可調的白光分束器能對具有白光特性的太陽光進行分束，并且該分束 比連續(xù)動態(tài)可調。
圖1為本發(fā)明中分光比可調的白光分束器原理圖； 圖2為入射光纖束、反射光纖束及透射光纖束的安裝示意圖； 圖3為光纖束相對于準直透鏡的位置圖； 圖4為透射率漸變鍍膜片原理圖；圖5為透射率漸變鍍膜片的反射透射比隨其長度變化的曲線圖。圖中白光分束器l、第一光纖束2、第一光纖調節(jié)器3、第一準直透鏡4、第二光纖束5、第二光纖調節(jié)器6、第二準直透鏡7、第三光纖束8、第三光纖 調節(jié)器9、第三準直透鏡10、透過率漸變鍍膜片11、入射端口 12、反射端口 13、 透射端口14、反射面15、第一端面16、第二端面17、第三端面18。
具體實施方式
如圖1、 2、 3所示，分光比可調的白光分束器1是在白光分束器1上設有 第一端面16、第二端面17、第三端面18，第一端面16平行于第三端面18同時 垂直于第二端面17，第一端面16上設有入射端口 12，第二端面17上設有反射 端口 13，第三端面18上設有透射端口 14,入射端口 12、反射端口 13和透射端 口 14分別為內徑相等的圓筒結構，入射端口 12的軸線垂直于第一端面16，反 射端口 13的軸線垂直于第二端面17,透射端口 14的軸線垂直于第三端面18， 入射端口 12上設有第一光纖束2、第一光纖調節(jié)器3、第一準直透鏡4，第一光 纖束2置于第一光纖調節(jié)器3內，第一準直透鏡4置于靠近P4端口，第一光纖 調節(jié)器3置于靠近P1端口，反射端口 13上設有第二光纖束5、第二光纖調節(jié)器 6、第二準直透鏡7，第二光纖束5置于第二光纖調節(jié)器6內，第二準直透鏡7 置于靠近P5端口，第二光纖調節(jié)器6置于靠近P2端口，透射端口14上設有第 三光纖束8、第三光纖調節(jié)器9、第三準直透鏡IO，第三光纖束8置于第三光纖 調節(jié)器9內，第三準直透鏡10置于靠近P6端口 ，第三光纖調節(jié)器9置于靠近 P3端口，光纖調節(jié)器3、 6或9的端面與準直透鏡4、 7或10中心的距離分別為 1 20mm，白光分束器1內設有透過率漸變鍍膜片11，透過率漸變鍍膜片11與 入射端口 12、反射端口 13、透射端口 14成45度角，透過率漸變鍍膜片11上 設有反射面15，入射端口 12、反射端口 13、透射端口 14的軸線在同一平面上， 且位于透過率漸變鍍膜片11的1/4 3/4高度處，入射端口 12的軸線和透射端 口 14的軸線之間的距離為0 20mm，透過率漸變鍍膜片11的反射面15通過準 直透鏡4的中心和準直透鏡10的中心連線的中點，反射端口 13的軸線與該中 點之間的距離為0 20mm。，所述的第一光纖束2、第二光纖束5或第三光纖束8由1 100根光纖組成， 每根光纖的端口在一平面上，使用粘結劑(如環(huán)氧樹脂等)分別將第一光纖束2、 第二光纖束5或第三光纖束8固定在第一光纖調節(jié)器3、第二光纖調節(jié)器6或第 三光纖調節(jié)器9內。同時使用粘結劑(如環(huán)氧樹脂等)分別將第一光纖調節(jié)器3、 第二光纖調節(jié)器6或第三光纖調節(jié)器9固定在入射端口 12、反射端口 13或透射 端口 14內。透過率漸變鍍膜片11的高度為準直透鏡的外徑的1 3倍，透過率漸變鍍膜片11的長度為準直透鏡的外徑的2 20倍。如圖4、 5所示，透過率漸變鍍膜片11對白光的反射透射比隨著透過率漸 變鍍膜片11的長度單調變化。透過率漸變鍍膜片11在與入射端口 12、反射端 口 13、透射端口 14成45度角的R方向上能相對連續(xù)移動。透過率漸變鍍膜片11的長度為L，高度為A，透過率漸變鍍膜片11的反射 面15放置在圖4所示的方向上。透過率漸變鍍膜片11在R方向上的移動是通 過傳動裝置控制的，傳動裝置的控制是通過直線電機、步進電機或伺服電機完 成的。透過率漸變鍍膜片11的反射透射比隨其長度單調變化，即沿著透過率漸變 鍍膜片ll的長度反射透射比單調增加或單調減小，且變化不一定是線性的，但 是單調的。透過率漸變鍍膜片11的反射透射比隨其長度變化的曲線可以由很多 種，圖5是其中一種特殊曲線圖，透過率漸變鍍膜片11的透射反射比FCY)在其 長度方向上是變化的，且變化是均勻的。義表示長度方向上的變量M ZJ,X=0 表示在透過率漸變鍍膜片11的一端，X=Z表示在透過率漸變鍍膜片11的另一 端，FCY)表示透射反射比的大小。通過在石英玻璃上鍍漸變的反射膜，能實現透過率漸變鍍膜片11的單調變 化的透射反射比。鍍膜的方法是在石英玻璃的不同長度上鍍不通反射率的物質 或控制所鍍膜的密度。所鍍的反射膜是具有反射能力的一系列物質，例如二氧 化硅、二氧化鈦、鋁等。本分光比可調的白光分束器l的工作過程如下通過光纖束2引入的白光 Pl，經準直透鏡4后變成平行白光束P4，再入射到透過率漸變鍍膜片ll，由于 透過率漸變鍍膜片11具有反射和透射雙重特性，平行白光束P4 —部分被反射 面15反射后變成反射平行白光束P5，經準直透鏡7后耦合到反射端口 13內置 的光纖束5，變成反射光并被光纖束5傳輸出去，平行白光束P4的另外一部分 經過透過率漸變鍍膜片11后變成透射光P6，經準直透鏡10后耦合進透射端口 14后，由光纖束8傳輸出系統。在整個過程中，如果在R方向上平行移動透過 率漸變鍍膜片ll，則可以調節(jié)反射光強P5與透射光強P6的比值，從而實現對 白光的強度分束及分光比的連續(xù)調節(jié)。
權利要求
1.一種分光比可調的白光分束器，其特征在于，在白光分束器(1)上設有第一端面(16)、第二端面(17)、第三端面(18)，第一端面(16)平行于第三端面(18)同時垂直于第二端面(17)，第一端面(16)上設有入射端口(12)，入射端口(12)是一圓筒結構，入射端口(12)的軸線垂直于第一端面(16)，第二端面(17)上設有反射端口(13)，反射端口(13)是一圓筒結構，反射端口(13)的軸線垂直于第二端面(17)，第三端面(18)上設有透射端口(14)，透射端口(14)是一圓筒結構，透射端口(14)的軸線垂直于第三端面(18)，入射端口(1 2)、反射端口(13)、透射端口(14)的軸線在同一平面上，且位于透過率漸變鍍膜片(11的1/4～3/4高度處，入射端口(12)上設有第一光纖束(2)、第一光纖調節(jié)器(3)、第一準直透鏡(4)，第一光纖束(2)置于第一光纖調節(jié)器(3)內，反射端口(13)上設有第二光纖束(5)、第二光纖調節(jié)器(6)、第二準直透鏡(7)，第二光纖束(5)置于第二光纖調節(jié)器(6)內，透射端口(14)上設有第三光纖束(8)、第三光纖調節(jié)器(9)、第三準直透鏡(10)，第三光纖束(8)置于第三光纖調節(jié)器(9)內，白光分束器(1)內設有透過率漸變鍍膜片(11)，透過率漸變鍍膜片(11)與入射端口(12)、反射端口(13)、透射端口(14)成45度角，透過率漸變鍍膜片(11)上設有反射面(15)。
2. 如權利要求1所述的一種分光比可調的白光分束器，其特征在于所述的第一 光纖束(2)、第二光纖束(5)或第三光纖束(8)由1 100根光纖組成，每根光 纖的端口在一平面上，第一光纖束(2)、第二光纖束(5)或第三光纖束(8)分 別固定在第一光纖調節(jié)器(3)、第二光纖調節(jié)器(6)或第三光纖調節(jié)器(9)內。
3. 如權利要求1所述的一種分光比可調的白光分束器，其特征在于所述的第 一光纖調節(jié)器(3)、第二光纖調節(jié)器(6)或第三光纖調節(jié)器(9)分別固定在 入射端口 (12)、反射端口 (13)或透射端口 (14)內。
4. 如權利要求1所述的一種分光比可調的白光分束器，其特征在于所述的透 過率漸變鍍膜片11的高度為準直透鏡的外徑的1 3倍，透過率漸變鍍膜片11 的長度為準直透鏡外徑的2 20倍。
5. 如權利要求1所述的一種分光比可調的白光分束器，其特征在于所述的透 過率漸變鍍膜片(11)對白光的反射透射比隨著透過率漸變鍍膜片(11)的長 度單調變化。
6. 如權利要求1所述的一種分光比可調的白光分束器，其特征在于所述的透 過率漸變鍍膜片(11)在與入射端口 (12)、反射端口 (13)、透射端口 (14) 成45度角的方向上能相對連續(xù)移動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分光比可調的白光分束器。包括入射端口、反射端口、透射端口和一透過率漸變鍍膜片，該透過率漸變鍍膜片的反射面與入射端口中準直透鏡的軸線夾角為45度，透過率漸變鍍膜片能在與入射光線成45度夾角方向上水平移動，通過水平移動該鍍膜片，實現對入射白光的分束，且分束強度比沿其長度單調變化。該白光分束器三端口中的每端口內置一光纖調節(jié)器、一光纖束和一準直透鏡，通過調節(jié)每個端口中的光纖調節(jié)器和光纖束，實現對輸入白光的分束，減小了系統的插入損耗。本發(fā)明分光強度比可調的白光分束器能對具有白光特性的太陽光進行分束，并且該分束比連續(xù)動態(tài)可調。
文檔編號G02B27/10GK101216606SQ20081005905
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月7日 優(yōu)先權日2008年1月7日
發(fā)明者岑松原, 張登偉, 王世鋒 申請人:岑松原;張登偉;王世鋒