可提高太阳模拟器均匀性的变形椭球面聚光镜

辐照面的均匀性是太阳模拟器的重要指标。椭球面聚光镜是太阳模拟器的重要组成部分,它能够将光源发出的光能收集并会聚在第二焦面上,并在第二焦面上形成中间强边缘弱的高斯能量分布,该能量分布直接影响辐照面的均匀性。从椭球面方程泰勒展开后得到的高阶方程中演变得到了一种变形的椭球面,这种变形椭球面聚光镜能够改善第二焦面上的能量分布,使第二焦面上光能量的强弱对比减弱,从而提高太阳模拟器辐照面的均匀性。将某项目中的椭球面聚光镜进行了变形,并在Matlab中进行了数值计算,获得了变形椭球面曲线,最后通过LightTools仿真分析证明该变形椭球面聚光镜有利于第二焦面上能量分布均匀性的提高。

变系数椭球聚光镜的设计

为了解决太阳模拟器辐照均匀度普遍较低的问题,根据太阳模拟器的工作原理,建立了变系数椭球聚光系统。通过将传统椭球面方程进行泰勒展开后得到高阶方程,再通过演变得到了一种变系数的椭球面方程。通过调整变系数椭球面方程的系数,得到最佳的变系数椭球面方程。通过MATLAB分别仿真变系数椭球镜和传统椭球镜的第二焦面处的能量,将两者进行对比。使用LIGHTTOOLS软件仿真传统椭球镜和变系数的椭球聚光镜光学系统。仿真结果表明:变系数椭球镜第二焦面的均匀度比传统椭球镜的好,变系数椭球镜的辐照面均匀度要比传统椭球镜的辐照面均匀度高3.91%,基本满足太阳模拟器的高辐照均匀度要求。