[發(fā)明專(zhuān)利]光和其他電磁波的等效導(dǎo)波體的等效導(dǎo)波器與等效集輸裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310070122.3
• 申請(qǐng)日: 2013-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103323937B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃太清
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 黃太清
• 主分類(lèi)號(hào): G02B19/00
• 分類(lèi)號(hào): G02B19/00;G02B17/08;G02B7/18;G02B6/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光和其他電磁波的廣義菲涅爾等效聚焦導(dǎo)波的等效導(dǎo)波體及其等效導(dǎo)波器與等效集輸裝置，屬光等電磁波技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

自然光(如陽(yáng)光、散射光)等電磁波幾乎是取之不盡、用之不竭的可再生資源。照射到地球及周邊空間范圍內(nèi)太陽(yáng)光能量的總量非常巨大。自然光在空間傳播過(guò)程中不需要外加能量，可以自行傳輸?shù)礁魈幙臻g。自然光分布廣泛，沒(méi)有許多能源資源存在的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸問(wèn)題，處處都有可能實(shí)現(xiàn)采集和利用。因此，自然光(太陽(yáng)能)具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。但自然光(太陽(yáng)能)不僅能量密度較低，而且傳播角度在全方位范圍變化，并且傳播分布的空間非常大，限制了自然光等電磁波在許多方面的應(yīng)用。

經(jīng)典菲涅爾透鏡(螺紋透鏡或階梯透鏡)為凸透鏡的薄層式等效導(dǎo)波體或等效導(dǎo)波器。凸透鏡及其菲涅爾透鏡式的薄層式等效導(dǎo)波體，兩者都為經(jīng)典聚焦原理的點(diǎn)聚焦型透鏡。點(diǎn)聚焦透鏡與自動(dòng)跟蹤裝置組合，使太陽(yáng)光線與主光軸平行，在透鏡結(jié)構(gòu)(入射面和出射面及透鏡立體的結(jié)構(gòu))及透鏡折射率的組合作用下，使太陽(yáng)光形成點(diǎn)聚焦。凸透鏡為非均勻曲率表面，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不是較簡(jiǎn)單或較規(guī)則結(jié)構(gòu)的導(dǎo)波器，不僅制造難度和成本較高，而且難以大型化。凸透鏡的薄層式等效導(dǎo)波器即菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)也復(fù)雜，也難以大型化，難以實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模太陽(yáng)能聚集。點(diǎn)聚焦的焦點(diǎn)附近的光線傳播的角度范圍較大，難以直接組合多級(jí)凸透鏡或多級(jí)菲涅爾透鏡提高太陽(yáng)能的聚集規(guī)模。

固定靜置式匯聚導(dǎo)波器及其集散匯聚裝置可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模集散匯聚(黃太清等，ZL 201220001925.4)，其規(guī)則形狀的通體實(shí)心的透反式或透鏡式導(dǎo)波體的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，便于制造，可以不需要自動(dòng)跟蹤裝置。較大型通體實(shí)心式棱錐形或圓錐形或橢圓椎形的通體實(shí)心式導(dǎo)波體(直徑或尺寸為米級(jí)數(shù)值或更大)，可能較大或較重，導(dǎo)波材料(透波介質(zhì))用量較大，電磁波的吸收等損耗也較大。

現(xiàn)有太陽(yáng)能設(shè)施基本為聚集現(xiàn)場(chǎng)直接轉(zhuǎn)換應(yīng)用的方式，包括光伏、太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能集熱器、太陽(yáng)能爐、太陽(yáng)能灶等，未能將匯聚后較高能量密度的太陽(yáng)能傳輸?shù)绞覂?nèi)或更有利于應(yīng)用的位置進(jìn)行使用，限制了現(xiàn)有太陽(yáng)能利用設(shè)施的應(yīng)用靈活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是利用透波介質(zhì)的折射性能，以幾何光學(xué)為基礎(chǔ)，為匯聚導(dǎo)波的通體實(shí)心式導(dǎo)波體設(shè)置具有等效導(dǎo)波作用的等效導(dǎo)波體，以較大程度地減少導(dǎo)波體的重量、透波材料用量及電磁波的吸收損耗，也突破經(jīng)典菲涅爾透鏡較難制造、難以大型化、難以多級(jí)組合等問(wèn)題，并克服自然光等電磁波存在的能量密度低、傳播角度范圍大和資源分散等問(wèn)題。與面聚焦型通體實(shí)心式導(dǎo)波器等效地使光等電磁波按照設(shè)計(jì)路徑或通道實(shí)現(xiàn)大面積匯聚，獲得規(guī)模化、高密度的光或其他電磁波資源。

本發(fā)明通過(guò)設(shè)置等效導(dǎo)波單元層構(gòu)成多層式或薄層式或空腔式等效組合結(jié)構(gòu)的等效導(dǎo)波體實(shí)現(xiàn)上述目的。由等效導(dǎo)波單元構(gòu)成等效導(dǎo)波單元層，由等效導(dǎo)波單元層構(gòu)成與面聚焦型通體實(shí)心式導(dǎo)波體具有等效導(dǎo)波功能的等效導(dǎo)波體，由等效導(dǎo)波體構(gòu)成等效導(dǎo)波器及集輸裝置。被等效的通體實(shí)心式導(dǎo)波體(如棱錐形或圓錐形或組合結(jié)構(gòu)導(dǎo)波體)為匯聚型或轉(zhuǎn)向型或轉(zhuǎn)直型或轉(zhuǎn)直匯聚型導(dǎo)波體，為透鏡式或透反式或透鏡式與透反式組合的混合式結(jié)構(gòu)的導(dǎo)波體，為單一規(guī)則結(jié)構(gòu)導(dǎo)波體或組合結(jié)構(gòu)導(dǎo)波體。匯聚型或轉(zhuǎn)向型或轉(zhuǎn)直型或轉(zhuǎn)直匯聚型通體實(shí)心式導(dǎo)波體的后部或尾部在電磁波傳播方向?yàn)橹饾u縮徑或尺寸逐漸縮小的結(jié)構(gòu)。

等效導(dǎo)波單元設(shè)置為與其對(duì)應(yīng)的面聚焦型通體實(shí)心式導(dǎo)波體的相似形結(jié)構(gòu)或近似相似形結(jié)構(gòu)的小型或微型導(dǎo)波單元。相似形結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)面或?qū)?yīng)截面都為相似形幾何面，幾何光學(xué)前提下，等效導(dǎo)波單元與對(duì)應(yīng)的通體實(shí)心式導(dǎo)波體的對(duì)應(yīng)的出射波平行，即兩者具有等效的導(dǎo)波作用或接近等效的導(dǎo)波作用。因此，等效導(dǎo)波單元與其對(duì)應(yīng)的通體實(shí)心式導(dǎo)波體具有等效導(dǎo)波作用或近似等效導(dǎo)波作用。

等效導(dǎo)波單元為小型或微型的全透波結(jié)構(gòu)的透鏡式單元，其立體結(jié)構(gòu)由其入射面和出射面相互連接或封閉形成；或該等效導(dǎo)波單元為小型或微型的結(jié)構(gòu)中含有反射面的透反式單元，其立體結(jié)構(gòu)由其反射面和入射面及出射面相互連接或封閉形成；或該單元為小型或微型的透鏡式與透反式組合的混合式單元。透鏡式或透反式或混合式等效導(dǎo)波單元都可以實(shí)現(xiàn)與其對(duì)應(yīng)的通體實(shí)心式導(dǎo)波體的等效或近似等效導(dǎo)波作用。

等效導(dǎo)波單元為空心的中空環(huán)帶體單元或非空心(實(shí)心)的條帶體單元或?qū)嵭牡闹鶢铙w單元。

中空環(huán)帶體單元為中空弧彎環(huán)帶單元或中空三角形折彎環(huán)帶單元或中空多邊形折彎環(huán)帶單元或弧彎與折彎組合的混合式中空環(huán)帶單元。