[发明专利]一种克服离轴准直型太阳模拟器辐照面椭圆化的方法

摘要

一种克服离轴准直型太阳模拟器辐照面椭圆化的方法，属于光学设计技术领域中涉及的一种克服离轴准直型太阳模拟器有效辐照面积椭圆化的方法。要解决的技术问题是：提供一种克服离轴准直型太阳模拟器辐照面椭圆化的方法。解决的技术方案包括建立离轴反射准直型太阳模拟器光学系统结构模型、选择光学系统离轴角、调整光学系统相对孔径、调整光学积分器处于球差极小值状态、对球面准直反射镜的光学参数进行优化，在光轴上对球面准直反射镜的几何位置进行微调。该方法克服了大相对孔径大离轴角离轴准直光学系统输出辐照面椭圆化问题，满足了设计要求。

主权项

一种克服离轴准直型太阳模拟器辐照面椭圆化的方法，其特征在于包括建立离轴反射准直型太阳模拟器光学系统结构模型(1)，选择光学系统离轴角(2)，调整光学系统相对孔径(3)，调整光学积分器处于球差极小值状态(4)，对球面准直反射镜的光学参数进行优化，在光轴上对球面准直反射镜的几何位置进行微调(5)；具体步骤如下：第一步，建立离轴反射准直型太阳模拟器光学系统结构模型：包括氙灯光源(6)、椭球聚光镜(7)、平面反射镜(8)、光学积分器(9)、密封窗口(10)、球面准直反射镜(11)；其中光学积分器(9)包括光胶板(12)和三角元素透镜(13)、六边形元素透镜(14)，三角元素透镜(13)和六边形元素透镜(14)按规则排列光胶在光胶板(12)上，构成两组透镜阵列，前组为场镜阵列，后组为投影镜阵列，两组透镜阵列同光轴对称安装，三角元素透镜(13)只排列在六边形元素透镜(14)构成的阵列边缘；氙灯光源(6)位于椭球聚光镜(7)的第一焦点处，平面反射镜(8)的法线与椭球聚光镜(7)光轴呈α/2角，同时也与光学积分器(9)光轴呈α/2角；系统主光轴与光学积分器(9)中的投影镜顶点相交，该顶点和球面准直反射镜(11)中心连线与主光轴之间夹角α即为离轴角；光学积分器(9)中的场镜位于椭球聚光镜(7)的第二焦点处；氙灯光源(6)发出的光辐射通量，经椭球聚光镜(7)反射放大后以给定的包容角汇聚在第二焦点处即光学积分器(9)中的场镜处，形成一个较大范围的辐照分布；这个较大范围的辐照分布再经由光学积分器(9)中的投影镜和密封窗口(10)后成像到无穷远处，形成一个较为均匀的辐照范围，再经过球面准直反射镜(11)，以一定的光束准直角，投影到球面准直反射镜(11)的后焦面附近，形成一个较均匀的有效辐照面；第二步.选择光学系统的离轴角α，根据太阳模拟器光机结构总体布局，通过安排使其适用范围30°＜α≤44°；第三步.设计调整光学系统的相对孔径，选择D/f′＝1/2；第四步.调整光学积分器(9)处于球差极小值状态，对于平行光束，应调整使其光学积分器(9)中平凸型场镜阵列和投影镜阵列处于球差极小值状态；第五步.微调球面准直反射镜(11)相对于光轴夹角，优化球面准直反射镜(11)的曲率半径，使经由球面准直反射镜(11)出射的反射光束能极大限度地克服大离轴角情况下反射准直型太阳模拟器辐照面椭圆化。