[发明专利]宽光谱均匀焦平面Fresnel透镜的设计方法

摘要

本发明属于太阳能高倍聚光镜领域，特别涉及一种宽光谱均匀焦平面Fresnel透镜的设计方法。本发明针对目前应用最为广泛的GaInP/GaInAs/Ge三结聚光电池，综合考虑其每个子电池的光谱响应特性及透镜材料折射率与波长的色散关系，对所有锯齿的波长分别进行优化设计，从而优化锯齿的面型结构，以实现宽光谱均匀焦平面。本发明可有效降低透镜色散影响，有利于实现300～1800nm宽光谱范围内均匀聚光。

主权项

一种宽光谱均匀焦平面Fresnel透镜的设计方法，其特征在于，采用如下步骤：（1）根据GaInP/GaInAs/Ge三结聚光电池的光谱响应特性曲线，得到各子电池光谱响应的中心波段，分别为450～650nm、750～950nm、1150～1550nm，依次标记为：λ11～λ1k、λ21～λ2k、λ31～λ3k；（2）透镜为轴对称结构，取其任意一侧，从中心锯齿旁的第一个锯齿开始，每三个相邻的锯齿为一组，共计k组；前三个锯齿设为第1组，其波长依次选为λ11、λ21、λ31，最后三个锯齿设为第k组，波长依次取为λ1k、λ2k、λ3k；第1组至第k组锯齿的设计波长分别为： λ 11 λ 12 λ 13 · · · · · · λ 1 i · · · · · · λ 1 k λ 21 λ 22 λ 23 · · · · · · λ 2 i · · · · · · λ 2 k λ 31 λ 32 λ 33 · · · · · · λ 3 i · · · · · · λ 3 k ; 其中，第i组锯齿的设计波长取值为： λ 1 i = λ 11 + ( i - 1 ) × Δ λ 1 λ 2 i = λ 21 + ( i - 1 ) × Δ λ 2 λ 3 i = λ 31 + ( i - 1 ) × Δ λ 3 ; 三个中心波段的起始波长及步长Δλ分别为： λ 11 = 450 nm ; λ 1 k = 650 nm ; Δ λ 1 = 5 nm λ 21 = 750 nm ; λ 2 k = 950 nm ; Δ λ 2 = 5 nm λ 31 = 1150 nm ; λ 3 k = 1550 nm ; Δ λ 3 = 10 nm ; 其中，k=L/2t，L为透镜的边长，t为一组锯齿的宽度，取值范围为0～5mm，k为不小于1的整数；（3）根据各单齿的设计波长，结合透镜材料的折射率色散数据和平面Fresnel透镜的设计公式，得到各单齿的具体结构。