圆柱面Fresnel透镜超精密加工方法的研究

聚光光伏发电可降低光伏发电成本,提高太阳能电池的转换效率,是光伏发电的发展趋势。Fresnel透镜是最常用的光伏聚光镜之一,柱面Fresnel透镜其截面呈圆形,与平板式Fresnel透镜相比,可在一定程度上增加太阳光的收集角度。圆柱面Fresnel透镜由于棱镜单元非回转,各棱镜单元参数各不相同,其加工一般采用拼接方式,不能实现一次成型加工。针对这些问题,提出圆柱面Fresnel透镜一次成型的超精密加工方法,研究加工过程中超精密机床运动参数与柱面Fresnel透镜几何参数之间的关系。对加工后的透镜进行了角度检测,其角度加工误差小于0.02%,说明加工方法具有极高的加工精度及准确性。     

原位成形光学微透镜的聚光性能研究

为解决荧光谱微检测系统中光学微透镜制作的困难,提出一种原位成形微透镜的制作方法,研究该微透镜的聚光性能,利用传统几何光学原理,分别推导出激发微透镜与检测微透镜的光线追迹方程,用该方程计算了2种微透镜的照射点分布几率,画出相应的分布曲线图,讨论了不同形状参数的微透镜对聚光性能的影响。研究结果表明,通过在光学胶中适当掺杂及打磨基底玻璃,可减小接触角,加大微透镜的形状参数,既能坚固透镜与基底间的粘接强度,又能提高微透镜的聚光本领。制作了使用原位成形光学微透镜的荧光谱微检测器,对生物荧光试剂进行了测试。实验结果表明,使用原位成形光学微透镜进行聚光,可使生物荧光谱强度提高4倍以上,通过在光学胶中掺杂以及打磨玻璃的办法,可以提高透镜的聚光本领约1.2倍。     

水下太阳能聚光光伏-海水淡化复合系统研究

开发水下太阳辐射能进行光伏发电和海水淡化,为水下潜航装置提供电能,为远洋工作人员提供淡水,意义重大.为此,本文提出了一种水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统,它主要由水下柔性聚光器、光伏组件、膜蒸馏海水淡化单元、冷凝腔等组成.其中,水下柔性聚光器为膜壳式空腔,空腔在压差的作用下,变形为球面透镜.仿真分析了焦距、焦斑...     

连续型平面衍射聚光透镜掩模的制作

针对目前二元光学元件掩模制作工艺过程的诸多不足，对连续型平面衍射聚光透镜掩模的激光直写制作工艺进行了研究。基于基尔霍夫标量衍射理论，采用光线追迹法设计了连续型平面衍射聚光透镜掩模。采用激光直写技术，利用CLWS 300M／C极坐标激光直写设备、S1830光刻胶和MICROPOSIT 351显影液，进行了刻写实验。实验表明，激光能量、预烘烤温度、显影液浓度以及预曝光对掩模微结构的制作均有影响。最后制作了掩模。与二元光学元件掩模的制作工艺相比，该技术具有工艺简单、制作周期短且易于操作的优点。     

基于蒙特卡洛法的水下无线光传输特性分析

水下无线光传输面临功率衰减和时域宽度变大的问题,蓝绿光长距离传输特性更难以测试.利用蒙特卡洛法对水下蓝绿高斯光束传输过程进行仿真,分析海水类型、传输距离和发散角等因素对接收功率及脉冲响应的影响,数值对比小发散角情况下不同海水类型和传输距离的接收面上功率分布.结果表明,随着海水衰减系数、传输距离和发散角的增加,接收功率逐...     

室内聚光测试系统的研究

为弥补因太阳模拟器光线发散角大、测试口径小不适用于光伏聚光系统测试的缺陷,设计了大口径、高平行度的事内聚光测试系统.另外还提出了一种新的聚光测试方法:分立光谱局部测量法.首先选二阶菲涅耳聚光系统为测试对象,利用单色光局部测量法测试该聚光系统的聚光效率,然后利用各种单色光的权重与聚光效率计算聚光系统的平均聚光效率,最后将...     

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。     

基于全内反射透镜二次配光的水下LED通信研究

蓝绿LED通信被认为是解决水下近距离高速无线数据传输的有效手段。然而由于LED发散角较大,造成通信链路的几何损耗增加,制约了水下LED通信距离的提升。针对这一问题,提出了一种基于全内反射(TIR)透镜压缩水下LED通信阵列光源出射角的方法,将LED通信光源的出射角从130°压缩到7°;利用该光源研制发射样机,在大型水池中搭建测试系统,并对发射机的性能进行测试。结果表明,所设计的通信样机在水下传输距离为16.6 m时,最大可支持23 Mbit/s的传输速率;与未采用TIR透镜时相比,在同等速率条件下,传输距离增加9.3 m。这表明基于TIR透镜二次配光的方法,可有效减小发射机出射角,降低链路损耗,增强通信系统的传输能力。这为提升水下LED通信的传输性能提供了新的技术思路。     

微透镜阵列误差对半导体激光匀化性能的影响

为了减小微透镜阵列误差对匀化光斑的影响,深入研究微透镜阵列光束匀化系统中微透镜阵列相对位置误差对光束匀化性能的影响,设计了一种微透镜阵列光束匀化系统。依据相对位置误差类型的不同,将双列微透镜阵列间六个自由度变化导致的误差分为距离误差、偏移误差以及转动误差进行分析,并对每种误差对光束匀化性能的影响进行了研究。采用6板条条半导体激光器堆栈对上述匀化系统进行实验验证,实现了均匀性为90.75%的光斑,并对系统影响光斑性能的原因进行了分析。     

微透镜阵列误差对半导体激光匀化性能的影响

为了减小微透镜阵列误差对匀化光斑的影响,深入研究微透镜阵列光束匀化系统中微透镜阵列相对位置误差对光束匀化性能的影响,设计了一种微透镜阵列光束匀化系统。依据相对位置误差类型的不同,将双列微透镜阵列间六个自由度变化导致的误差分为距离误差、偏移误差以及转动误差进行分析,并对每种误差对光束匀化性能的影响进行了研究。采用6板条半导体激光器堆栈对上述匀化系统进行实验验证,实现了均匀性为90.75%的光斑,并对系统影响光斑性能的原因进行了分析。     

基于微透镜阵列的LED光学性能

功率型发光二极管(LED)的发展迫切需要提高取光效率,基于微透镜阵列的二次光学设计是改善其取光效率的有效途径。建立了一种大功率LED的封装结构,二次光学设计采用了微透镜阵列技术,运用光线追踪法研究了这种封装结构的光学性能。分析结果表明:利用微透镜阵列技术能显著改善LED的光学性能,提高取光效率,能将LED的亮度衰减降低12%以上,得到了较好的效果。     

柔性液晶微透镜阵列的制备与性能研究

针对集成成像视场角狭小的问题,设计并制备了一种柔性圆孔驱动电极控制液晶分子偏转的可弯曲和焦距可调的柔性液晶微透镜阵列.利用光刻技术在柔性ITO基板表面刻蚀并形成规则的圆孔阵列电极,旋涂工艺制备柔性聚酰亚胺(PI)膜层,PI膜层经60℃加热5 min后,再利用等离子体在功率630 W条件下处理5 min固化成PI取向层....     

水下光学监控系统照明方式的研究

提出了一种确定水下光学监控系统中照明光源方向角和安装位置的方法.利用光在水中的传输特性,分析了传输距离、体积散射函数、散射角和小体积元的影响,以及照明光源不同方向角产生的不同照明效果.据此提出了光源方向角的确定原则,即在满足监控区域要求的前提下,照明光源的方向角应该选取散射角最大的方向.在视场角为45°时,光源方向角应...     

水下光学监控系统照明方式的研究

提出了一种确定水下光学监控系统中照明光源方向角和安装位置的方法.利用光在水中的传输特性,分析了传输距离、体积散射函数、散射角和小体积元的影响,以及照明光源不同方向角产生的不同照明效果.据此提出了光源方向角的确定原则,即在满足监控区域要求的前提下,照明光源的方向角应该选取散射角最大的方向.在视场角为45°时,光源方向角应为67.5°.根据监控范围边界的要求以及光源方向角,确定光源安装位置.实际应用结果表明,此方法可以很好地满足水下光学监控系统的要求.     

水平场景无畸变折反射全景成像系统透镜畸变的消除

采用短焦距透镜设计水平场景无畸变折反射全景成像系统,会使系统更加小型化,然而短焦距透镜的畸变会对系统成像产生影响。为此建立了具有径向畸变的相机模型;根据这一相机模型,研究了采用短焦距摄像头的水平场景无畸变折反射全景成像系统中,透镜畸变对系统成像的影响,结果表明短焦距透镜的畸变会对系统成像产生严重影响;为了消除透镜畸变的影响,对反射镜的设计进行了改进,在反射镜面形微分方程中包含了透镜畸变消除的参量;按新的方法,设计了一套由短焦距摄像头组成的水平场景无畸变折反射全景成像系统。     

一种激光扫描水下成像系统的衰减长度值研究

简述了水下目标激光成像方法和优点。并描述了一种水下连续蓝绿激光点扫描，微光增强ＣＣＤ面成像实验系统。分析了该系统的物理模型和计算公式。验证：处于对比度极限模式工作时。在水质及目标确定条件下，该值也许可成为判断系统优劣的依据。     

光传输系统中SPM效应的研究

从理论上分析了单信道光传输系统中SPM效应对传输性能的影响,并通过仿真得出了不同入纤功率情况下SPM效应对单信道光传输系统影响的定量数据,当入纤功率小于0 dBm时,SPM效应不明显;入纤功率在0～12 dBm时,SPM效应减弱了色散效应的作用,延长了系统的受限距离;入纤功率大于15 dBm时,SPM效应起主导作用,单信道光传输系统极限受限功率为18 dBm.     

基于蒙特卡罗法的水下激光光幕探测性能研究

为了提高水下激光光幕的探测性能, 根据水下光束传播规律, 构建了水下激光光幕探测模型, 基于蒙特卡罗模拟方法对水下激光光幕探测性能进行研究。基于水下激光光幕探测模型, 利用MATLAB软件进行仿真, 分析海水衰减系数、初始功率及传输距离对水下激光光幕传输的影响。仿真结果表明:海水的衰减系数越小, 水下激光光幕传输率受到的影响越小。海水参数和传输距离一定时, 随着初始功率的增加, 只会影响到达探测端的最终功率, 但对传输率影响不大。当海水衰减系数一定, 传输距离为1 m时, 其传输率约为15%且变化稳定; 当传输距离增加到30 m时, 传输率在5%以下。     

反射型变周期光栅透镜的性能研究

本文首先对各种集成光学透镜作了介绍,并对它们的优缺点进行了比较。 其次,本文对反射型变周期光栅透镜(RCGL)的原理和设计给予了详细的讨论,而且对RCGL的衍射效率和焦斑性质在理论上进行了较为彻底的研究。理论表明。RCGL的性能因光栅齿形和齿高的不同而不同,其中,以锯齿形齿的RCGL效果最好。无论何种齿形RCGL,如果齿高不理想,可失去聚焦效应。 我们制作了适用于扩Ti:LiN_bO₃波导的RGGL,它是以Si片为衬底,焦距为15mm,光栅面积为1.5mm×1.5mm。 实验结果表明:所制作的RCGL效果良好,衍射效率为14.4%,焦斑宽度(-3dB)为11μm,焦距值与设计符合良好。