摘要：基于几何光学、能量守恒定律及菲涅耳定律等相关理论,提出了一种双自由曲面半导体发光二极管(LED)准直透镜的光学设计方法,并给出了构建准直透镜模型详细的算法设计。自由曲面是一种关于中心轴旋转对称的曲面,该曲面的二维轮廓在非均匀有理B样条曲线的方法理论基础上,采用ProE软件搭建而成。通过蒙特卡罗光线追迹模拟发现,相比传统的单自由曲面准直透镜,双自由曲面准直透镜不仅提高了照度均匀性,而且在能量利用率上也有显著的提高。研究结果表明,采用双自由曲面将大大提升准直透镜的设计空间,改善LED透镜的光学性能。

摘要：局部放电光学检测能力依赖于光学耦合前端的光学性能。光导体作为局部放电弱光信号探测的一种重要耦合部件,在光子收集和传递、增加光学探测器的视场角度等方面具有重要作用,提升其光子收集能力对于局部放电光学传感灵敏度具有重要意义。为此,以光导受光面的辐照度均值及探测视场角度作为其性能评估指标,根据光导材料的光学参数对光导体几何光路进行了设计和计算,明确了光导几何结构参数的优化设计思路,并采用蒙特卡罗模拟方法对光导受光面的辐照度均值进行计算,对不同几何形状光导体头部的光损耗及视场大小进行了比较分析,得到了较为一般性的光导设计结论。结果表明:10°楔型或10°二楔型的头部几何形状比传统圆柱更利于光信号的低损耗传播,平均辐照度值分别提高了25.08%及5.1%~7%,视场角度分别扩大了约20°及10°,减小了探测盲区,并间接提高了光电探测器的灵敏度。最后,阐述了光线平行度、光导材料的色散与折射率等参数对光导设计及探测效果的影响。该研究对局部放电光信号耦合器件的几何设计和参数优化具有指导意义。

摘要：为研究与优化线性菲涅尔太阳能系统的光学性能,本文采用蒙特卡罗光线追迹法（MCRT）自编程建立了整个系统的三维光学模型。基于此,分析了不同反射镜型式、瞄准位置、形面误差以及地理位置等对系统光学性能的影响规律,优化了反射镜几何参数与瞄准位置。结果表明,不同镜面型式下系统性能均存在最优值,此时圆柱面与抛物面镜光学性能几乎一样。对于吸热管热流分布,可通过优化设计反射镜瞄准线来提高热流分布均匀性,一定的形面误差也会改善其均匀性。在地理上,该系统在北纬20°~50°的范围内年均光学效率在52%~37%之间,可在我国大部分地区应用。

摘要：针对太阳能热发电站中各种聚光集热系统及其光能聚集与光热转换复杂过程,提出了一种新的统一建模方法以及与其对应的自编程统一蒙特卡罗光线追迹(MCRT)计算方法.即根据系统组成特性与光子传播简化计算原则,将其细分为由不同数量表面组成的各个子系统层次,采用统一的4阶方程与层次/表面编号形式、表面特征与光学参数变量等建立统一的系统几何模型与光学模型,设计开发具有统一求解交点、统一光学事件判断与计算、统一计算考核等通用模块的统一MCRT计算方法与程序.在此基础上,将该统一MCRT建模方法与程序应用于3种典型聚光集热系统,计算考核结果表明,该方法与程序具有较好的通用性和较高的准确性,所获得聚光特性进一步或可有效用于指导各种太阳能聚光集热系统应用选型或设计计算.