太阳模拟器用自由曲面聚光镜设计

作     者：刘石 邹国星 张国玉 王刚 张健 段宗涛 牛政杰 任太阳 Liu Shi;Zou Guoxing;Zhang Guoyu;Wang Gang;Zhang Jian;Duan Zongtao;Niu Zhengjie;Ren Taiyang

作者机构：长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心吉林长春130022 连云港杰瑞电子有限公司江苏连云港222000 

基　　金：吉林省科技发展计划项目(20210201034GX) 吉林省科技厅项目(20200401046GX) 

出 版 物：《光学学报》 (Acta Optica Sinica)

年 卷 期：2023年第43卷第6期

页      码：289-298页

摘      要：针对积分器入射面的辐照不均匀度高导致的太阳模拟器辐照均匀性较差的问题,设计了一种自由曲面聚光镜。基于点光源模型,根据能量守恒定律和非成像光学中的边光理论,建立光源出射角度与目标面对应点的映射关系;依据菲涅耳定律结合映射关系推导出微分方程,通过龙格-库塔法求解微分方程,计算出离散点数据;拟合离散点数据得到自由曲面聚光镜的母线,旋转母线获得自由曲面聚光镜的初始结构。使用贝塞尔曲线表征自由曲面母线,利用模拟退火算法对引入扩展光源的自由曲面进行反馈优化,从而得到连续的自由曲面面形。采用LightTools软件仿真太阳模拟器光学系统,结果表明:自由曲面聚光镜的辐照均匀性较椭球聚光镜的辐照均匀性显著提升,辐照面?50 mm内辐照不均匀度优于±0.32%,辐照面?100 mm内辐照不均匀度优于±0.53%;通过误差仿真分析,依据现有自由曲面加工与检测水平,验证了所设计自由曲面聚光镜加工、检测与装调的可行性。

主 题 词：光学设计 太阳模拟器 自由曲面 辐照不均匀度 

学科分类：070207[070207] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-仪器类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3788/AOS221913

馆 藏 号：203120961...