色散对液晶菲涅耳透镜衍射效率的影响研究

首先研究了液晶菲涅耳透镜和传统菲涅耳透镜的区别,并给出液晶菲涅耳透镜衍射效率的计算公式。接着,研究了液晶材料的色散和入射波长偏离量化波长对衍射效率的影响。经过计算分析并通过相应的实验发现,当量化波长为470nm时,在400nm和700nm处衍射效率分别下降了9.0%和27.5%,说明波长偏离对液晶菲涅耳透镜的衍射效率影响较大;当量化波长为510nm时,波长偏离在400nm和700nm处产生的衍射效率下降大致相当,约为20.0%;当在400nm和700nm处液晶的折射率变化量Δn基本相等时,液晶色散造成的衍射效率降低都约为8.0%。结果表明,和波长偏离相比,液晶色散对衍射效率的影响相对较小,且液晶菲涅耳透镜的量化波长应在470～510nm区间选取。实验测量了色散对液晶菲聂耳透镜衍射效率的影响,测量结果和理论计算结果非常接近,说明分析结论有效。     

入射光波波长对菲涅耳透镜衍射效率的影响

使用离子束刻蚀法成功制作高衍射效率 16阶菲涅耳透镜。菲涅耳透镜的衍射效率是评价菲涅耳透镜质量的一个重要指标。对于宽带光学系统 ,除设计、制作误差外 ,入射光波波长对菲涅耳透镜的衍射效率也有影响。针对宽带折衍混合光学系统 ,分析不同入射光波波长对菲涅耳透镜衍射效率的影响。使用四种不同光源 ,对菲涅耳透镜的衍射效率进行测试。指出在短波方向 ,衍射效率下降较多 ;在长波方向 ,衍射效率下降较少     

菲涅耳微透镜列阵衍射效率的测试

提出了一种测试菲涅耳微透镜列阵衍射效率的有效方法，采用Ｈｅ－Ｎｅ激光器作为测试光源，利用计算机辅助测试构成了一个衍射效率测试光路系统，对测试原理进行了分析，该方法具有简便易行的特点，适于测试具有微小单元尺寸、周期密排的二元微光学元件的衍射效率。     

菲涅耳透镜的衍射特性及误差分析

对均匀平面波、高斯光束和超高斯光束入射下菲涅耳透镜的衍射场在轴上和焦平面上的光强特性进行了研究,比较了它们之间的不同之处;分析了高斯、超高斯光束的束腰半径、位相误差和阶数对衍射场的影响。研究发现均匀平面波入射时,无论是轴上光强分布还是焦平面上的光强分布,都具有类似sinc函数的特征;而高斯／超高斯光束入射时,轴上的光强分布曲线相对较为平坦;高斯／超高斯光束入射时,随着超高斯光束的阶数增加或着束腰半径减小菲涅耳透镜的聚焦能力呈降低趋势;位相误差将使衍射场出现了多焦现象,这些焦点处的光强随着位相误差的增大而呈现增大的趋势,且正误差比负误差带来的影响更大。     

使用菲涅耳透镜的太阳光抽运Nd:YAG激光器

太阳能是规模最大的可再生能源,为充分利用这一资源,太阳光直接抽运激光器是一种明智的选择。提出并搭建了采用两级会聚系统的太阳光抽运激光器系统。使用菲涅耳透镜作为大口径成像型第一级会聚系统,漫反射锥形聚光腔作为非成像型第二级会聚系统提高入射太阳光到工作物质的耦合效率。采用Nd:YAG晶体作为工作物质,获得了2.85 W的激光输出,从太阳光到激光的转换效率为0.43%。从菲涅耳透镜会聚效率、聚光腔内激光棒轴线上的功率分布等会聚系统方面和激光输出特性方面分析了该太阳光抽运激光器的性能;探讨了转换效率低的原因,并提出了相应的改进措施。     

大口径菲涅耳透镜远距离宽光谱聚光系统设计

针对使用光纤光谱仪探测远距离宽光谱弱信号的应用需求,基于成像光学与非成像光学的混合设计方法,设计了大口径菲涅耳透镜聚光系统。系统由直径为1.1 m的菲涅耳透镜、匀光棒、全反射准直器和中继透镜组组成,接收端为直径为2 mm、数值孔径为0.22的光纤束。大口径菲涅耳透镜具有质轻体小的优点,解决了传统大口径透镜体积大质量大的问题。由匀光棒和全反射准直器组成的非成像光学元件后组可减小由菲涅耳透镜口径增大引起的球差和宽光谱色差,使光信号能量分布更加均匀且出射角度减小;中继透镜组进一步控制光束发散角和光斑尺寸,使光信号在光纤束端面高效率耦合,提高系统的光能利用率。仿真和实验结果均表明,所设计的后组系统能够减小像差影响,有效控制光束发散角度和光斑尺寸,提高光能利用率,满足光纤光谱仪对远距离宽光谱弱信号进行光谱探测的需要。     

用于LED均匀照明的自由曲面菲涅耳TIR透镜光学设计

为了提高透镜的散热能力,设计了一种新型全内反射（TIR）透镜,该透镜的出射面中央为自由曲面菲涅耳面。采用斯涅尔定律和全反射定律分别求解TIR透镜折射部分和反射部分自由曲面的面形。同时,采用一种菲涅耳透镜的普适设计方法将折射部分自由曲面转变成菲涅耳面。通过蒙特卡洛光线追迹模拟自由曲面菲涅耳TIR透镜的照明效果,结果显示:当光源尺寸为2 mm×2 mm时,其远场照度均匀性为82%,光效为96.6%,透镜质量为21.94 g。与未加菲涅耳面的TIR透镜相比,带自由曲面菲涅耳面的TIR透镜在光效仅下降2%,在照度均匀性未变的情况下,透镜质量减少了约20%。这说明对TIR透镜的自由曲面出射面进行菲涅耳化可明显地缩小透镜的体积和质量,缩短光线在透镜内部的光程,因此可有效提高透镜的散热效率和使用寿命,同时保持良好的照明效果。     

用于光丝激光雷达收集系统的非球面环带菲涅耳透镜设计

为满足激光雷达收集系统对远距离荧光信号探测要求,提出了一种基于多软件协同循环优化各环带面形的非球面环带菲涅耳透镜设计方法,并进行了透镜面形误差分析及透镜样件性能测试。利用该方法设计了一个直径为300 mm、焦距为670 mm的高收集效率菲涅耳透镜,使用LightTools软件对设计的菲涅耳透镜进行了光学仿真,收集效率可达52.2%。仿真和实验结果均表明：在400～950 nm光谱范围内,设计的菲涅耳透镜减小了透镜球差和色差对收集系统的影响,具有较高的能量收集效率,提高了系统光能利用率,满足系统性能指标要求。     

基于比累对切透镜的联合菲涅耳变换相关器特性研究

相关器的特性变化规律对其实际应用中参数的设定具有重要的指导意义。针对基于比累对切透镜的联合菲涅耳变换相关器,通过数值仿真详细分析了比累对切透镜缝宽变化对相关器输出特性和空变特性的影响。结果表明,比累对切透镜缝宽能一定程度地控制联合菲涅耳变换功率分布的有效面积、相关峰的尖锐度及其空变特性的敏感度。实验采用纯相位空间光调制器编码比累对切透镜相位掩模替代实体透镜的方式搭建了相关器,实验结果与仿真结果一致性好,进一步验证了上述结论的正确性。     

一种环面焦斑菲涅耳聚光器的设计与分析

在聚光光伏系统中,聚光光斑辐照度的不均匀性会降低光伏系统的光电转换效率,且会在光伏电池表面形成热斑效应,灼伤光伏电池。基于多焦点方法,设计了一种环形焦斑菲涅耳太阳能聚光镜,每环小透镜在焦平面上具有一个环面焦斑,且环面焦斑在接受面上均匀依次排列,实现均匀聚光。以口径400mm,具有200环,焦斑半径20mm,F数为0.8的圆状环面焦斑菲涅耳聚光器为实例,用TracePro模拟平行太阳光垂直照射下时的照度图,得到其理想光学效率为86.77%,光能均匀度为0.8,表明环状焦斑菲涅耳聚光器具有较高的光能利用率和照明均匀性。分析了焦斑均匀性与聚光器F数的关系,当F数一定时,焦斑均匀性随着聚光器口径的增大而逐渐降低。     

多结太阳电池辐射损伤的电致发光研究

建立了电致发光测试方法,对一种国产GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池1MeV电子辐照后各子电池的辐照特性进行了研究,并与光谱响应结果进行了比较。讨论了GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的辐射损伤机理。     

溶剂添加剂对体异质结太阳能电池的影响

体异质结太阳电池因其高效率特点受到了研究者的极大关注.使用添加剂DIO应用于MEH-PPV:PCBM结构中,改善活性层形貌.最终得到了在DIO浓度为20 mg/ml的时候器件短路电流密度最大(Jsc=8.74 mA/cm2),器件效率最高(PCE=2.44％),相比没有使用DIO的情况效率提升了55.4％.     

光照强度对太阳能电池性能影响实验研究

文章利用太阳能电池基本特性实验仪,研究光照强度对太阳能电池输出特性影响,实验结果表明：太阳能电池的开路电压和短路电流随光照强度变大而增大,光照强度变小,最大输出功率变小,而最佳负载电阻变大。     

太阳辐射变化对光伏电站最佳倾角的影响分析

在光伏电站建设中,最佳倾角会确保固定式光伏方阵接收到最大年总辐射量。但最佳倾角并非是一直不变的,不仅与当地经纬度有关,还会直接受到气象条件的影响。因此,着重分析太阳辐射变化对光伏电站最佳倾角的影响,希冀研究结果能为光伏电站的设计与建设提供一定参考。     

梯度Si_(1-c)Ge_c混晶太阳电池长波光谱响应及其短路电流的理论计算与分析

提出了一种新型 Si/Si1- c Gec太阳电池结构 .对长波波段的响应区域—Si基区 Si1- c Gec梯度区光生少子分布进行了求解 .根据电流连续性原理计算了光谱响应 SR,讨论了电池结构和梯度区最大锗浓度 c对光生电流 JI的影响 .结果表明 :在一定条件下梯度区的引入使得 SR明显提高 ,但 c和梯度区厚度同时增加 ,窄能隙的复合效应显现出来 .电池结构对器件性能的影响更为显著 .当梯度区厚度 L2 远小于基区厚度 L1时 ,复合及电场的抽运使得 SR低于相同厚度 Si基区之值 .     

流量对高速沉积的微晶硅电池性能的影响

采用超高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术研究微晶硅(μc-Si)薄膜的高速沉积过程发现:分别采用100和500 sccm流量制备本征μc-Si材料,将其应用在μc-Si电池i层,电池的电流-电压(I-V)特性有明显的差异.通过微区Raman、原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)测试发现:尽管μc-Si薄膜的晶化率相似,但是小流量情况下制备的薄膜具有较厚的非晶孵化层,晶粒尺寸不一;大流量下制备的材料沿生长方向的纵向均匀性相对较好,晶粒尺寸较小、分布均匀,而且具有〈220〉晶相峰强度高于〈111〉和〈311〉晶相峰强度的特点.因此得出:在高压高速沉积μc-Si薄膜过程中,反应气体流量对μc-Si的纵向结构有很大影响,选择适合的反应气流量能够调节适宜的气体滞留时间,从而减小薄膜的纵向不均匀性.     

Nonfullerene Polymer Solar Cells based on a Perylene Monoimide Acceptor with a High Open‐Circuit Voltage of 1.3 V

Nonfullerene polymer solar cells (PSCs) are fabricated with a perylene monoimide‐based n‐type wide‐bandgap organic semiconductor PMI‐F‐PMI as an acceptor and a bithienyl‐benzodithiophene‐based wide‐bandgap copolymer PTZ1 as a donor. The PSCs based on PTZ1:PMI‐F‐PMI (2:1, w/w) with the treatment of a mixed solvent additive of 0.5% N ‐methyl pyrrolidone and 0.5% diphenyl ether demonstrate a very high open‐circuit voltage (V _oc) of 1.3 V with a higher power conversion efficiency (PCE) of 6%. The high V _oc of the PSCs is a result of the high‐lying lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of ?3.42 eV of the PMI‐F‐PMI acceptor and the low‐lying highest occupied molecular orbital (HOMO) of ?5.31 eV of the polymer donor. Very interestingly, the exciton dissociation efficiency in the active layer is quite high, even though the LUMO and HOMO energy differences between the donor and acceptor materials are as small as ≈0.08 and 0.19 eV, respectively. The PCE of 6% is the highest for the PSCs with a V _oc as high as 1.3 V. The results indicate that the active layer based on PTZ1/PMI‐F‐PMI can be used as the front layer in tandem PSCs for achieving high V _oc over 2 V.