新型菲涅尔线聚光太阳电池组件特性分析

以PMMA为材料,采用热压成型工艺加工线聚焦菲涅尔聚光棱镜,对在其聚光条件下不同入射角度情况下太阳电池的电流电压特性进行测试,结果表明:该菲涅尔线聚焦棱镜能有效提高太阳电池的单位输出功率,而且具有比较宽泛的集光角的特性,基本满足实际应用的要求.     

菲涅尔透镜聚光对光伏发电效率的实验研究

介绍了将菲涅尔透镜前置于太阳能电池板适当位置以提高转换效率的实验研究。通过测试单晶硅、多晶硅电池单元加聚焦透镜前、后,以及改变不同入射角度照射单晶硅、多晶硅电池单元对输出伏安特性的影响,得出增加透镜聚光可以有效提升太阳能的转换效率,同时需要保证光源垂直入射。     

用于光伏系统新型菲涅耳线聚焦聚光透镜设计

根据边缘光线原理,优化设计太阳电池及光伏系统的菲涅耳线聚焦聚光透镜.设计光学聚光率为18×,可用于空间、地面光伏系统的聚光系统.分析了其集光角特性,表明该菲涅耳线聚焦棱镜具有大的集光角(±7°).     

曲面和平面菲涅尔透镜的像差比较

通过一个大尺寸菲涅尔透镜的设计,比较了曲面菲涅尔透镜和平面菲涅尔透镜在光学像差方面的差异。从应用角度看,菲涅尔透镜设计属于准直系统,一般采用平面结构,但由于其成像要求的特殊性,通过运用P-W方法进行分析和比较,结果表明：曲面的设计较之于平面更具优势,并在ZEMAX中分别对2种菲涅尔透镜进行建模,验证了结果的正确性。但这不表明曲面菲涅尔透镜在像差方面一定比平面菲涅尔透镜更具优势,它还与实际应用场合有关,为此,提出了不同的结构参数设计。     

使用二元相位菲涅尔波带片产生轴向线聚焦

介绍了一种全新的轴向线聚焦方案.采用菲涅尔波带片，在实验中产生了沿轴向长为5mm，宽 100μm的线聚焦.光学测量表明，线聚焦轴向强度分布比较均匀.这些参数基本上可以满足激 光等离子体实验的要求. 关键词： 菲涅尔波带片 轴向线聚焦     

菲涅尔透镜热变形对CPV聚光系统性能影响的数值研究

由硅胶-玻璃材料组成的SOG(silicone on glass)型菲涅尔透镜在温度变化时会产生热变形,影响CPV(concentrating photovoltaic)聚光系统的性能。为研究透镜热变形对聚光系统光效率的影响,优化设计两类聚光系统,并采用数值计算的方法模拟透镜的热变形,再将热变形导入光学模型中,使用蒙特卡罗方法计算变形前后的聚光效率。结果表明:对于单级聚光系统,采用单色光均匀性优化方法设计的透镜受翘曲变形和齿面自由变形影响较大,光效率在变形前后相差10%左右,改进型补偿色散方法设计的菲涅尔透镜受翘曲变形和齿面自由变形影响较小。另外,双级聚光系统可以有效抵抗热变形的影响。     

菲涅尔透镜聚焦声泳打印装置设计及实验研究*

针对现有的喷墨打印技术需根据喷印材料的特性定制而较难直接用于不同材料打印的问题,设计了一种基于菲涅尔透镜聚焦的声泳打印装置,该装置由超声发生器、超声换能器、菲涅尔透镜以及供液系统组成。首先,利用COMSOL软件模拟液滴在声辐射力作用下的滴落过程,并分析了超声发生器功率、喷嘴到基底距离、菲涅尔透镜厚度等参数对声场压力分布的影响,以及声场压力、喷嘴直径及材料粘度对液滴喷射过程的影响。其次,采用构建的声泳打印装置进行喷射成滴实验,通过调整超声发生器输出功率实现了不同粘度的聚乙二醇溶液的喷射以及UV胶的喷射。实验结果表明：该微滴喷射系统能产生一致性较好的微滴,喷印出的微透镜尺寸波动范围在2%以内,证明了该装置的稳定性以及实现了不同材料微滴喷射的可行性。     

菲涅尔波带片-球面结构透镜的成像分析

设计了一种新型的菲涅尔波带片 球面透镜。应用衍射光学方法,从理论上研究了这种透镜的变焦功能和分辨特性。数值结果表明,在衍射空间有两个焦点,改变波带数可以使两个焦点分开任意距离。当波带数足够大时,可以使透射空间只有一个向透镜方向迁移的焦点。与单一的透镜和单一的波带片相比,这种菲涅尔波带片 球面透镜的横向和纵向分辨率同时得到了提高。因此,这种新型的结构透镜可应用于三维成像。     

等厚型平板菲涅尔透镜设计与研究

针对当前曲面菲涅尔透镜普遍存在的加工工艺复杂、面型精度难于控制、制作成本较高等问题,在研究非等厚型平板菲涅尔透镜设计方法的基础上,提出一种中心透镜为球面、外侧环带为倾斜面的等厚型平板菲涅尔透镜的设计方法,给出了具体的设计实例,并进行了建模和光学仿真,模拟结果表明:该菲涅尔透镜设计的光学效率达到90.7%。     

菲涅尔公式的实验研究

菲涅耳公式是通过理论推导而得出的,在光学理论中占有重要地位,很多光学现象都可以用其解释,但这一公式却难于用实验直接验证。本文利用折射定律将菲涅耳公式形变处理,消除了不易测量的折射角,把不可测量的电矢量振幅转化为可测量的光强,并且选择在空气和水的分界面进行实验研究,使得菲涅尔公式的完整实验验证成为可能,实验曲线与mathematica软件数值模拟曲线完全吻合。     

免跟踪透射式太阳聚光器的设计

针对目前太阳聚光器中因为自动跟踪系统故障率高导致使用成本大幅度增加的主要制约因素,在多年来探讨有效提高太阳能密度的基础上,提出了免跟踪线性菲涅尔透射式太阳聚光器设计的新思路,并对其结构形式和工作原理进行了阐述.     

基于紫外纳米压印的菲涅耳透镜制作

针对传统聚光系统中菲涅耳透镜成本较高并且光强分布不均匀的弊端,提出了利用紫外纳米压印技术制作菲涅耳透镜的方法.利用几何光学的光线追迹理论,设计了菲涅耳透镜模具.采用自行研制的紫外纳米压印系统对模具进行压印,紫外曝光后制得薄膜菲涅耳透镜.在太阳光下进行了测试,测试结果表明,低成本、高聚光倍数和光强分布均匀的菲涅耳透镜是可以实现的.     

应用反射型球面菲涅耳波带片的成像物镜设计

设计了一种应用球面菲涅耳波带反射面与非球面反射面结合的成像物镜。对球面结构的菲涅耳波带反射面进行分析,推导了球面菲涅耳波带反射面近似替代非球面的方法,采用单片球面菲涅耳波带反射面和三片非球面反射面设计成像物镜,在放大倍数100×、视场角120°、菲涅耳数2.5情况下,调制传递函数在放大成像侧可实现0.6 lp/mm的40%以上,畸变小于2.2%。该设计方法为菲涅耳波带片应用于可见光成像提供了参考,并随着菲涅耳器件加工技术的不断发展具有良好的应用前景。     

Optimum Design of Millimeter-Wave Double-Dielectric Fresnel Zone-Plate Lens and Antenna

The microwave/millimeter-wave Fresnel-zone plate (FZP) lenses differ substantially in construction, technology and applications from their optical analogs and require specific design equations and methods of electromagnetic analysis. In this paper, optimum design equations for double-dielectric lossless FZP lens are derived. The best and worst choices of the permittivity ratio for lossless dielectrics are discussed in detail. In addition, the influence of dielectric losses on the lens thickness for given wavelength and permittivities is examined.Two versions of a 57.5-GHz double-dielectric phase-reversal zone plate are used as focusing elements of FZP lens antenna. The antenna co-polar and cross-polar radiation patterns, aperture efficiency and frequency bandwidth are analyzed numerically and contrasted with those of half-blocked FZP and horn lens antennas.     

表面反射对菲涅耳透镜的影响

使用薄膜沉积法制作16阶菲涅耳透镜,用它代替常规的光学透镜可实现系统的轻量化,小型化,并增加系统设计的自由度,在标量衍射理论的基础上,应用菲涅耳公式和傅里叶变换分析SiO2薄膜和基底的表面反射对菲涅耳透镜－1级衍射效率的影响,结果表明表面反射对菲涅耳透镜的成像质量影响较大,可以通过蒸镀增透膜来减小这种影响。     

双面菲涅耳聚光镜设计

为了减小光伏发电聚光系统的轴向尺寸,使聚光系统的厚度更薄、质量更轻,讨论设计了一种透射式双面菲涅耳聚光镜。通过设计,使光线在通过双面菲涅耳聚光镜的前表面环带后进入相应的后表面环带,减少了光能损失,使太阳能电池获得的能量密度更高。推导并给出了双面菲涅耳透镜的后表面环带设计公式。用光学设计软件Light Tools模拟了双面菲涅耳聚光镜的光学能力,并对模拟结果进行了分析评价。给出了一个口径为200 mm,焦距为120 mm,F数为0.6的双面菲涅耳聚光镜设计实例,在波段为380~760 nm,太阳张角为0.55°时,聚光系统的聚光效率达到85%,与相同口径相同焦距的传统菲涅耳透镜相比,聚光效率提高了21.1%。     

基于菲涅耳透镜阵列的红外气体传感器

菲涅耳透镜同时具有分光与会聚特性, 且体积小、重量轻和易复制, 使其在光谱检测中得到逐步应用, 但典型光谱成像仪采用菲涅耳透镜沿光轴扫描的方法来获得连续谱线, 不利于光谱仪的稳定性。考虑到气体探测需求, 选用多通道方式来获得多光谱, 提出了一种基于菲涅耳透镜阵列的新型红外气体传感器, 可实现吸收波长在3～5 μm的CO2,CO,CH4,SO2气体的实时检测。利用球面波的传输理论和瑞利判据, 推导了菲涅耳透镜光谱分辨率与透镜结构参数之间的函数关系, 并以光谱分辨率小于50nm为性能指标, 对1μm工艺的8台阶菲涅耳透镜阵列的结构参数进行了计算和误差分析。结果表明, 透镜阵列所需焦距为47.84 mm, 平均数值孔径大于0.4。     

基于菲涅耳透镜开放光路天然气泄漏检测系统设计研究

天然气泄漏直接导致能源浪费和环境污染,造成重大经济损失。以可调谐半导体激光吸收光谱技术为基础的光学检测方法具有精度高、选择性强、响应速度快以及远距离遥测等优点,使其成为天然气站场以及天然气输运管道在线监测的理想方法。可调谐半导体激光吸收光谱与谐波探测相结合,设计了一套开放式长光程的用于天然气泄漏监测的实验系统。它以中心波长为1.65 μm的分布式反馈InGaAS激光器为光源,利用实心角反射器,在发射端以菲涅耳透镜为光学接收系统,把反射回来的光聚焦到InGaAs探测器。同时,在测量过程中,考虑到光强变化对浓度的影响,并通过归一化光强的方法进行消除,使光强波动引起的误差小于1%。在320 m的光程下模拟管道泄漏实验,系统的检测灵敏度为0.1(10-6体积比),根据光学系统收光效率以及探测器的可探测性能进行分析的最小光强,计算得到该系统可探测的光程可达2 000 m,证明完全满足天然气泄漏检测的需求。     

软X射线Bragg-Fresnel二维聚焦镜的设计理论和方法

Ｘ射线Ｂｒａｇｇ－Ｆｒｅｓｎｅｌ元件是近十年发展起来的一种用于Ｘ射线波段的新型光学元件。本文介绍一种具有二维聚焦效能的Ｂｒａｇｇ－Ｆｒｅｓｎｅｌ元件的设计理论和方法。设计中采用衍射理论并用Ｃ语言编制计算机程序系统对衍射图形进行设计。对于使用波长１３．８ｎｍ，入射角５°，使用焦距２００ｍｍ的使用条件，设计结果为３５Ｍｏ／Ｓｉ双层多层膜，周期厚度７．１４ｎｍ，理论反射率约为６０％；衍射图形共４００个环带，最内环半宽度５２．５μｍ，最外环宽度１．３μｍ。