基于复合抛物面聚光器的LED反射器的设计

针对发光二极管(LED)具有寿命长、发光效率高、显色性好、节能等诸多优点,基于复合抛物面聚光器(CPC)的结构与原理,设计了一种LED反射器,通过与传统荧光灯灯具比较,采用最优化理论和光学软件TracePro对其进行模拟仿真,结果表明这里所设计的反射器具有光场分布合理,充分利用光能节约能源,传统反射器无法比拟的优点。

组合式发光二极管路灯反射器的设计

设计了一组合式路灯反射器,以使发光二极管(LED)路灯在道路照明时产生矩形光斑和均匀照度。在非成像光学基础上,利用复合抛物面的高性能集光作用和机械设计软件的强大作图功能,设计了一款分段组合复合抛物面反射器(CPC)。基于"边缘光线原理"和"裁剪法",此款反射器能将朗伯型发光的LED光束整形为近似矩形分布,出光效率达96%以上。理论模拟证明:在高度为10 m,范围为10 m×30 m内利用此反射器进行二次配光的LED路灯的照度均匀度达0.5以上。该反射式LED路灯光束整形器结构简单,光学效率高、成本低廉,模拟结果完全达到了目前我国国家道路照明规范要求。

高效能抛物面天线反射器

对用于高效能通信宇航器的重量轻,精确度高的抛物面反射器的结构而言,为了满足它当前的设计技术指标,需要发展新的材料,技术和工艺。重量轻、热稳定的结构要求采用某些高性能复合材料。热敏感的偏置结构应特别注意应用最优化设计。嵌入格栅线性极化的应用,这就限定了它的结构需由多种特定的复合材料构成和采用一些专门的加工技术。在研制热膨胀系数接近于零的的各种结构中,需对材料的某些性能进行研究,而这些在一般的情况下却往往被认为是第二位的和在通常的设计中被忽视的。外形精确成本低廉的工艺要求导致了将后加工校准方法作为标准程序。

用于太阳模拟器光束调制的复合抛物面反射器设计

积分球出射光在远距离处的大辐照面上辐照均匀性及辐照度受出射光角度影响较大。针对这一问题,提出将复合抛物面聚光器逆用为复合抛物面反射器的积分球出射光角度调制方法。首先,研究复合抛物面反射器光束调制原理并推导抛物线方程;其次,分析复合抛物面反射器的参数对辐照面辐照均匀性及辐照度的影响,确定复合抛物面反射器的发散角与截取比等尺寸参数;最后,建立发散式太阳模拟器光学系统模型并仿真。仿真结果表明:复合抛物面反射器将积分球出射光半角由82°调制为25°;在太阳模拟器有效辐照面Φ1000 mm内,与未使用复合抛物面反射器相比,当复合抛物面反射器的截取比为20%时,辐照均匀性提高了0.24倍,为97.30%,辐照度提高了5.1倍,为553.54 W/m^(2),实现了远距离处高辐照均匀性的大辐照面模拟。

COB光源的窄光束均匀照明设计

为了解决高功率白光LED光源输出高均匀度窄光束的问题,设计了一种由复合抛物面反射器、菲涅尔透镜和非球面透镜组成的照明系统。设计中以板上芯片型(COB)集成光源的配光曲线为依据构建光源仿真模型,由复合抛物面反射器实现大角度光线初次会聚之后,再由菲涅尔透镜控制溢散光,最后利用非球面透镜进行准直配光。采用TracePro进行蒙特卡洛光线追迹,根据仿真得到的系统性能指标,并研制出实物装置进行实验测试。最终测试结果表明:窄光束均匀照明系统可以输出±7.9°的光束,并且在距离系统出光面0.7 m左右的区域形成均匀度超过96%的圆形光斑,整体光效达到60%。

基于Tracepro的LED光照均匀性二次光学设计

朗伯型LED光源用于室内照明系统时,出光角度大,目标面上的照度分布不均匀,容易造成眩光。为了解决这个问题,设计了以COB封装的LED为定义光源,将复合抛物面反射器和菲涅尔透镜配合使用,通过Tracepro软件进行建模以及光线追迹仿真。仿真结果为:出光角度适中、有效光斑为1000mm、均匀度为85%。与朗伯型光源相比,均匀度提高了47.3%。

线性菲涅尔太阳能系统光学性能研究与优化

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。