專利名稱：一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對太陽光譜強烈聚焦的菲涅爾聚光器設計方法，屬于光學領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著化石燃料的快速耗盡以及可持續(xù)發(fā)展的需求，人類迫切需要尋找到一種清潔能源。但是由于技術(shù)瓶頸的限制，作為所有清潔能源首選的太陽能的每年實際利用量只占世界總發(fā)電電量的0.1%，相當于一小時內(nèi)地面接收到的日光輻照能量(4.3X1020J)。可見，對太陽能利用的拓展空間是非常巨大的。
由于在地殼內(nèi)鎂元素含量占第8位，在地球表面海水里MgO非常豐富濃度為I. 3g/1，元素含量為第2位，因此可以通過寬譜帶的太陽光轉(zhuǎn)換為激光分解地殼內(nèi)與海水里的MgO獲得Mg或氫氣的形式加以存儲。一直以來傳統(tǒng)聚光系統(tǒng)(拋物面+復合拋物面)體積大、較笨重、加工難、成本高，導致商用化低，雖然也可以提高對太陽光的利用效率，然而成像的菲涅爾透鏡會聚太陽光的效果很差，難以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)聚光系統(tǒng)成像的菲涅爾透鏡會聚太陽光的效果差，難以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率的問題，提供一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法。一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法，該方法的實現(xiàn)過程為步驟一、設定待制作的菲涅爾透鏡的環(huán)的傾角與該環(huán)距離該透鏡圓心的距離的迭
代關(guān)系式為
rr Tr dBL 12 dBL / 2Hgr =Hgra + BL + f⑶
tan(D tan(Unn — InH sin 0,,, | - Qbl )= ^ (,/' - tan (sin —1 [nH sin 0... \ - Qn, ) (4)
^LC式中，0 %為本次迭代獲得的環(huán)的傾角，Hge為本次迭代獲得的環(huán)距離該透鏡圓心的距離，Hge^1為前一次迭代獲得的環(huán)距離菲涅爾透鏡圓心的距離；e B^1為前一次迭代獲得的菲涅爾透鏡環(huán)的傾角；d%為菲涅爾透鏡的環(huán)高；nB為短波長的光在待制作的菲涅爾透鏡內(nèi)部的折射率為長波長的光在待制作的菲涅爾透鏡內(nèi)部的折射率；E M為待制作的菲涅爾透鏡的焦距；將入射太陽光的發(fā)散角e s引入公式⑷獲得Hc,H (1如 Oul +col O1, )-(h + dBL/2) ^ H,n< (Ian 6., — col Orl) -(/ + d.;! .. 2)
ian Oul + col OrlIan dVL - col Oy,
權(quán)利要求
1.一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法，其特征在于該方法的實現(xiàn)過程為 步驟一、設定待制作的菲涅爾透鏡的環(huán)的傾角與該環(huán)距離該透鏡圓心的距離的迭代關(guān)系式為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法，其特征在于步驟三、采用預估校正算法對公式(3)和公式(5)進行采用迭代求解出Θ&與HeK的方法為根據(jù)WeK、Hge與Θ BL直接的關(guān)系式
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法，其特征在于采用預估校正算法對公式(3)和公式(5)進行求解每一個環(huán)的傾角Θ&與環(huán)高中預估校正算法的預估式與校正式分別為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法，其特征在于待制作的菲涅爾透鏡直徑D的范圍為300mm 1200mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法，其特征在于待制作的菲涅爾透鏡的焦距Σ LC的范圍為I I. 5倍的待制作的菲涅爾透鏡直徑D。
全文摘要
一種寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作方法，屬于光學領(lǐng)域。它解決了傳統(tǒng)聚光系統(tǒng)成像的菲涅爾透鏡會聚太陽光的效果差，難以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率的問題。該方法的實現(xiàn)過程為首先，計算獲得引入入射太陽光的發(fā)散角θs后的菲涅爾透鏡的環(huán)帶齒的傾角θBL與菲涅爾透鏡的環(huán)高HGR的迭代關(guān)系式；采用預估校正算法得到每一個環(huán)的傾角θBL與環(huán)高HGR，使用蒙特卡洛光跡追蹤算法得到在焦平面位置的固定區(qū)域所接收的太陽光功率密度ψ；根據(jù)成像聚光原理得出功率密度極限值ψlim；計算出所要制作的菲涅爾透鏡的光譜范圍|ψlim-ψ|≤ε，根據(jù)仿真所得到的菲涅爾透鏡最終參數(shù)制作模具，得到透鏡實體。本發(fā)明用于寬光譜強聚焦菲涅爾透鏡的制作。
文檔編號G02B3/08GK102854551SQ201210362360
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者蘆宇, 申作春, 魯建業(yè), 崔崢, 劉永強 申請人:哈爾濱工業(yè)大學