组合非球面太阳能聚光镜的光学设计

提出了一种组合非球面反射型太阳能聚光镜并给出了设计方法。聚光镜由38片非球面组成,每一片非球面都由一组特定系数C,a₂,a₄,a₆,a₈,a₁₀的偶次非球面方程决定,是此特定非球面的一部分。根据非球面方程和光反射定律矢量形式,导出了非球面内壁上太阳反射光束的方向矢量与非球面系数C,a₂,a₄,a₆,a₈,a₁₀的关系,适当地选择这些非球面系数,即适当地调整非球面面型,可以使太阳反射光束具有特定的方向矢量,使入射到非球面内壁上的太阳光束反射后全部聚焦在某一特定的区域内,形成小的光斑。每组特定系数都用粒子群优化算法求得,并经计算机模拟和实验证明其聚焦效果。聚光镜的光束压缩比为330：1,其聚焦光斑可作为一种高温热源,而此聚光镜可以用在太阳能加热装置中。     

菲涅尔太阳能聚光镜的设计

讨论并设计了一种超薄的菲涅尔聚光镜,根据费玛原理设计出以非球面为截面的中心折射区域和T IR(内部全反射)棱镜为锯齿部分的折反区域,用ZEMAX软件优化得到最佳聚光态,并利用ZEMAX软件模拟出菲涅尔聚光镜聚光性及其能量分布,最终得到总厚度仅为30 mm的折反复合型菲涅尔聚光镜。实验结果表明:折反复合型菲涅尔聚光镜不仅能提高太阳能的利用率,同时也使会聚到光电池表面上的能量分布更均匀,复合式菲涅尔聚光镜的性能优于传统的菲涅尔聚光镜。     

基于卡塞格林结构的高倍太阳能聚光镜

针对传统聚光系统聚光倍数低、造价昂贵且结构复杂的弊端,对高倍太阳能聚光镜进行了设计研究。利用卡塞格林结构具有高倍聚光及光束耦合的优点进行编程建模,设计了新型高倍太阳能聚光镜,给出了设计方法及运用光学软件ZEMAX以不同入射角度入射时的模拟结果。模拟结果表明,设计的太阳能聚光镜消除了球差的影响,在太阳光入射角为0.5°时,实现有效聚光比为544,光学效率为84.835%。该聚光镜较传统聚光镜有更高的光学效率,并且结构简单、价格低廉,有望商业化。     

RX型非成像太阳能聚光镜的设计

以传统聚光系统为基础的聚光电池虽然可以减少电池量,但需要精度高的跟踪装置.针对这种弊病,对能实现大角度接收太阳光的RX型聚光光学元件进行了研究.利用非成像原理进行编程和建模,设计了RX型太阳能聚光镜,可实现大角度的入射和出射范围,大幅度降跟踪系统精度和发电成本.     

三反射式柱面光学系统设计及优化

针对传统单片柱透镜和柱面反射镜成像光束不理想以及视场通常小于1°,提出并设计了一种三反射式柱面结构.对柱面光线追迹及单片柱面镜成像进行了深入分析,分别设计了三反射式圆柱面和二次曲线柱面系统,提出了一种基于抛物柱面镜理想线聚焦的新型像差优化方法,使其在子午面方向各视场调制传递函数得到最佳优化,并达到成像光谱仪等在狭缝方向卜高空间分辨率要求.其子午面总视场均达到了3°,在45 lp/mm分辨率条件下,边缘视场子午面方向的调制传递函数分别优于0.2和0.6.     

基于非成像原理设计的太阳能聚光镜

针对传统聚光系统聚光倍数较低并且需要复杂跟踪装置及机电控制的弊端,对能否实现静态大角度接收太阳光的光学聚光元件进行了研究和设计.利用非成像原理及边缘光线原理进行编程建模,设计了折射式及折反射式的太阳能聚光镜,可满足大角度的入射及出射范围.通过光学软件ZEMAX以不同入射角度进行模拟.模拟结果表明,大角度静态接收的聚光元件是可以实现的.     

反射聚焦式太阳能集热装置原理探索

从原理上设计了一种反射聚焦式太阳能集热装置,利用凹面反射镜和菲涅耳透镜技术,将正射和反射的阳光大部投射到大球状透射镜上,再折射聚焦到位于球心中央的小球形吸热器中,将其中工质聚焦加热,变为高温流体,输入储热器;储热器预置多个接口,可同时吸收其他各套吸热器,或锅炉等排出的高温流体.     

基于矢量阵的运动声源柱面聚焦定位方法试验研究

本文基于被动合成孔径原理, 在建立运动声源矢量阵近场柱面聚焦测量模型的基础上, 分别研究了适用于单频线谱信号和宽带连续谱信号的矢量阵柱面聚焦定位方法, 通过数值仿真计算了该方法在多种误差条件下的定位精度, 并进一步通过舱段模型试验对该方法的工程实用性和正确性进行了详细的分析和论证. 舱段模型试验结果表明, 柱面聚焦定位结果与壳体振动能量分布规律符合较好, 该方法不仅能真实反映声源位置信息, 而且能反映不同频带内声源能量分布的相对大小, 具有良好的定位效果.     

全息柱面光栅的设计及其在立体显示技术的应用

根据傅里叶全息光学的基本原理与柱面光栅的分光特性,提出了用马赫-曾德尔光路制作柱面光栅的方法,用其实现图像的立体化.全息柱面光栅是全息术与图像立体化技术的有机结合,制作方法简单,具有一定的实用价值.     

柱面光栅角度分度系统精密轴系的设计

设计分析了柱面光栅精密角度分度系统中的主轴轴系,阐述了角度分度系统中双轴轴系的设计原理及结构组成,给出了相应的双轴零位对准方法及主轴角度分度测量方法。轴系经安装调试后,得到了当主轴转动一个周期时柱面光栅角度分度实验数据输出曲线。实验结果表明,该轴系达到了所要求的测角精度和分辨率。     

等光强分布的折平板反射聚光系统的实验研究

基于平板玻璃镜反射聚光获得等光强分布的方法,提出了折平板反射聚光太阳能系统的设计方案。推导了平行光聚光公式,可在给定接收截面宽度、倾角和安装高度时,给出一定聚光比所需的反射板数量、宽度、倾角及坐标位置;建立了CCD法测量能流密度分布的测试平台以及聚光光伏实验装置,并对折平板聚光系统进行了实验研究。结果表明,折平板玻璃镜聚光系统可以得到较为均匀的辐射能流密度,并且系统的发电效率也较高。     

柔性变焦镜的理论计算和设计

设计了由压电陶瓷施压的柔性变焦镜的结构。根据弹性力学建立了相应的数学模型,采用有限元法计算了镜面受力的挠变形值。当柔性变焦镜最大挠度为9μm时,镜面的曲率半径从610mm变至590mm,此时采用环形筋条结构的反射镜镜面和理想球面的面形偏差PV值仅为1μm,面形相对偏差为0.3%。     

柔性变焦镜的理论计算和设计

 设计了由压电陶瓷施压的柔性变焦镜的结构。根据弹性力学建立了相应的数学模型,采用有限元法计算了镜面受力的挠变形值。当柔性变焦镜最大挠度为9μm时,镜面的曲率半径从610mm变至590mm,此时采用环形筋条结构的反射镜镜面和理想球面的面形偏差PV值仅为1μm,面形相对偏差为0.3%。     

多曲面槽式太阳能集热器的光线追踪分析

介绍了一种新型多曲面槽式太阳能聚光集热系统的工作原理,在计算机上进行三维建模,利用光学分析软件对该聚光集热系统安装平面型接收器和圆柱型接收器进行光线追迹分析,考察了接收器上的接收光束随入射光束角度的变化情况。通过追迹模拟,直观地再现了聚焦光线的分布、焦线宽度、偏心量和光线传输效率随入射偏角的变化。并对两种接收器类型产生...     

光学零件镜面磨削加工技术

本文主要阐述了光学零件镜面磨削加工的机床、超微粒金刚石砂轮及其修整技术。     

聚光光伏与温差联合发电装置的研究

针对太阳能量利用率较低的现状,设计了基于砷化镓多结太阳能电池、半导体温差发电片的聚光光伏与温差联合发电装置.通过测量得出单独聚光光伏发电模块在几何聚光比为75时光电转换效率最大,达31.87%;而在加了半导体温差发电模块之后在几何聚光比为112时系统光电转换效率达32.81%,提高了整体光能量转化电能效率.     

高阶邦加球上柱矢量光束的变换

本文从理论和实验上系统研究了利用半波片实现高阶邦加球上柱矢量光束变换的方法.通过琼斯矩阵的方法理论分析得出变换前后柱矢量光束在高阶邦加球上两个对应点的纬度相反,经度随半波片的光轴方向角的不同而改变.最后,基于空间光调制器搭建了一套柱矢量光束产生及其变换系统,实验结果证明了这种方法的可行性.     

关于柱面镜成像的讨论

柱面镜以及一般镜面的成像规律问题,涉及到高阶方程的求解,在现行光学教材中缺少具体的答案.本文提出了柱面镜成像的物像方程式,并用计算机绘制了物像关系图.     

超光滑硅柱面反射镜的加工和检测

介绍了超光滑硅柱面反射镜的加工过程、工艺控制及检测方法。给出了由超光滑硅柱面反射镜组成的准直扩束系统的出射波面的检测结果。