[發明專利]多級串聯共焦點圓錐曲面二次反射單元光匯聚法

有效

• 申請號: 201110260859.2
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102981256A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 楊歡
• 申請（專利權）人: 楊歡
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;G02B17/06;G02B5/10
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技術領域

本發明涉及一種光線匯聚方法，特別是一種通過多級串聯共焦點的圓錐曲面二次反射單元匯聚得到高光能密度和高光亮度的匯聚光的方法。

背景技術

圓錐曲線包括拋物線、雙曲線、橢圓，而拋物線、雙曲線、橢圓都有各自的特征性光學性質。拋物線的光學性質：與對稱軸平行的光線經旋轉拋物面(拋物線繞軸旋轉一周生成的曲面)反射后，都通過焦點；反之，從焦點發出的光線經旋轉拋物面反射后，變成平行光線。雙曲線的光學性質：從雙曲線的一個焦點發出的光線經旋轉雙曲面(雙曲線繞其實軸旋轉一周生成的旋轉曲面)反射后，光線散開，就好像是從另一個焦點發出的一樣。橢圓的光學性質：從橢圓的一個焦點發出的光線經旋轉橢圓面(橢圓繞其長軸旋轉一周生成的旋轉曲面)反射后，都通過另一個焦點。

在本發明人的另一份發明專利----圓錐曲面共焦點二次反射光強度縮放法體系及其裝置中，其中按照大圓錐曲面～小圓錐曲面「開口方向形式」的組合順序：拋物線～拋物線「開口方向一致和相反皆可」，拋物線～雙曲線「開口方向一致」，拋物線～橢圓「開口方向相反」，4種組合構成的共焦點圓錐曲面二次反射單元具有優異的聚光性能。當平行光線射向拋物線～拋物線組合將產生平行匯聚光線；當平行光線射向拋物線～雙曲線、拋物線～橢圓組合將產生相交匯聚光線。其單元的匯聚比可由如下方式計算，獲得平行匯聚光線的匯聚比＝大圓錐曲面面積與小圓錐曲面面積之比；獲得相交匯聚光線的匯聚比＝大圓錐曲面面積與匯聚光線光斑面積之比。共焦點圓錐曲面二次反射單元可以是槽狀或盤狀，且使用盤狀時更容易獲得較高的匯聚比。

在當前較多采用的組合光線匯聚技術中：平面反射法多采用多片平面鏡反射得到匯集光線，如CN101196612A，但其匯聚比較小；光學透鏡法其受制于部件尺寸，不宜用于較大面積和較長距離的光線匯聚；曲面反射法雖已涉及共焦點的圓錐曲面二次反射，但多采用的是兩個拋物線共焦點組合的單級的形式，如專利CN101726843A、CN102062937A、CN201917709U。以上方式目前都不能或不容易獲得極高光能密度和極高光亮度的匯聚光。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題和不足而提供一種通過多級串聯共焦點的圓錐曲面二次反射單元匯聚得到高光能密度和高光亮度的匯聚光的方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：多級串聯共焦點圓錐曲面二次反射單元光匯聚法，該方法的光匯聚系統包含多級聚光層，也可以有平面反射層或光反射通道，多級聚光層間直接串聯或多級聚光層和平面反射層、光反射通道等樹形串聯組成光匯聚系統。所謂“多級串聯”是沿光路形成多級聚光作用的串聯，非裝置部件間的接觸性串聯。所謂“樹形串聯”是指多級聚光層和平面反射層、光反射通道等串聯組成的光匯聚系統，由第n級聚光層向第一級逆光路看，光匯聚系統逐級展開如樹的分叉結構，聚光層級數越低其二次反射單元數越多。整個光匯聚系統中的二次反射單元可以是槽狀或盤狀，但所有二次反射單元形式應統一，比如都為槽狀或都為盤狀，都為盤狀時更容易獲得較高的匯聚比。多級聚光層，每一級聚光層都由若干具有特殊聚光作用的共焦點圓錐曲面二次反射單元組成，聚光層間可以有非聚光作用的平面反射層或光反射通道層用以轉移光線進入下一級聚光層或輸出，多級聚光層間還可以有新的入射光。

該多級串聯共焦點圓錐曲面二次反射單元光匯聚法的光匯聚作用過程是：平行光線(低亮度光線或低密度光能)射向第一級由若干共焦點圓錐曲面二次反射單元組成的聚光層，經單元按各自的匯聚比匯聚得到一級匯聚光；一級匯聚光可經平面反射層反射進入或直接射入第二級由若干共焦點圓錐曲面二次反射單元組成的聚光層，經單元再按各自的匯聚比匯聚得到二級匯聚光；二級匯聚光可經平面反射層反射進入或直接射入第三級由若干共焦點圓錐曲面二次反射單元組成的聚光層，以此類推，按照如上的光線匯聚過程可在第n級聚光層匯聚過后獲得所需求強度的匯聚光線。各級間的二次反射單元尺寸應根據需求和空間尺寸來定，各級間的匯聚光為平行匯聚光，發散性小，利于較長距離的傳遞。