北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
传统的菲涅尔透镜在没有机械移动的情况下，不能进行主动轴向调焦。为了可以更好地将菲涅尔透镜应用于成像、显示、目标跟踪、光伏系统等领域，本文根据菲涅尔透镜的典型结构、基于电润湿效应提出了一种环形腔室的液体菲涅尔透镜。可以通过电压来控制环形腔室内液面的倾斜角度，从而控制光束的偏折方向，实现菲涅尔透镜轴向焦距调节的功能。实验结果表明，本文提出的液体菲涅耳透镜具备轴向调焦的功能，驱动电压约为20 V，饱和电压约为220 V，焦距变化范围为-52~-73 mm。
菲涅尔透镜 电润湿效应 变焦 Fresnel lens electrowetting effect zoom
下滑光波束指示精度是菲涅尔光学助降系统的一项重要指标。针对菲涅尔透镜光学助降系统动态飞行检验的需求, 首先,从标校系统的作用距离、测角精度以及光电平台成像性能的角度, 分析了无人机标校平台的总体需求; 然后, 介绍了无人机标校系统的基本组成、标校流程、标校数据处理及误差分析; 最后, 分析标校关键技术及其解决方案。研究表明: 基于无人机差分GNSS技术的标校方法满足菲涅尔透镜光学助降系统定期标校需求, 具有灵活性高、组织实施效率高等优点。
菲涅尔透镜光学助降系统 无人机 标校 误差分析 Fresnel Lens Optical Landing System (FLOLS) UAV Real-Time Kinematic RTK calibration error analysis
针对水下无线光通信系统中无法兼顾聚光效率和光斑均匀性的问题，文章设计了一种复合折反式接收天线。仿真结果表明，传统的菲涅尔透镜聚光效率只有58.725%，而新设计的复合折反式接收天线聚光效率达到86.557%。在保证高聚光效率的情况下，光斑的均匀性也较好，均匀度为0.659 3。随后分析了平行光源在不同角度入射时聚光效率和光斑位置偏移的变化，发现菲涅尔透镜在入射角为2°时聚光效率就只有3.582 2%；而文章所设计的复合折反式接收天线在入射角度为1.5 °时，聚光效率仍可以达到50%以上，入射角度在4 °时仍能检测到光斑。文章设计的接收天线在水下远距离无线激光通信系统中有很好的接收效果，该接收天线适用于高增益和小视场的水下无线激光通信环境。
水下无线光通信 复合折反式接收天线 菲涅尔透镜 聚光效率 underwater optical wireless communication compound refractive receiving antenna Fresnel lens concentration efficiency
1 河源职业技术学院 机电工程学院, 广东 河源 517000
2 广东工业大学 机电工程学院, 广东 广州 510006
为了提升聚合物红外菲涅尔透镜的光学性能, 以其表面微沟槽的成型质量为目标, 提出了一种高效的注射超声辅助成型方法, 并对工艺参数进行了综合质量优化。首先分析了超声振动对聚合物的加热和加压效应, 设计了一套一模两腔的对比试验模具; 接着以红外菲涅尔透镜的调制传递函数MTF和齿形平均高度h为优化质量目标, 设计了四步骤的多目标优化流程, 通过试验设计、基于BP神经网络的质量目标与注射工艺参数关系建模、基于NSGA-Ⅱ的多目标优化和试验验证进行工艺参数的综合优化。实验结果表明: 该多目标优化流程具有很高的精度, MTF和h的平均预测误差MPE分别为4.16%和3.32%; 注射超声辅助成型的菲涅尔透镜微沟槽具有更高的复制质量, 其齿沟槽平均高度h增加了15.6%, 且h值的波动量随着h值的增大而增大, MTF值受齿高h均匀性的影响大于齿高h对其的影响。
注射超声成型 红外菲涅尔透镜 多目标优化 BP神经网络 injection assisted with ultrasonic infrared fresnel lens multi-objective optimization NSGA-Ⅱ NSGA-Ⅱ algorithm Back Propagation(BP) neural network
中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所系统集成与 IC设计研究部, 江苏苏州 215123
针对菲涅尔透镜存在实际光学效率偏低的问题, 本文设计了一种由非球面透镜和棒锥镜组成的高效非成像聚光光学系统。在光学设计软件 Zemax的序列模式下对非球面透镜进行了优化设计, 通过最大程度地减小球差, 像面光斑的几何半径从 42 mm降到了 1.7 mm。基于此, 在 Zemax的非序列模式下, 完成了非球面透镜和棒锥镜的建模和优化, 通过蒙特卡罗光线追迹分析实现了光学效率为 87%、接收角为 0.9°的非成像聚光光学系统。最后, 基于非球面透镜阵列和棒锥镜样品, 实现了高倍聚光型光伏模组的封装与测试。测试结果表明, 该模组的光电转换效率达 30.03%, 与菲涅尔透镜构成的高倍聚光型光伏模组相比有显著提升。
菲涅尔透镜 非成像聚光光学系统 非球面透镜 聚光型光伏 Fresnel lens non-imaging concentrated optical system aspheric lens concentrated photovoltaic
盐城师范学院 新能源与电子工程学院, 江苏 盐城 224051
基于共轴聚焦设计提出了分区域聚焦法和修正分区域聚焦法。基于分区域聚焦法设计了50 mm×100 mm的长方形菲涅尔聚光镜。针对两组不同阵列尺寸的接收器, 分析菲涅尔聚光镜的环带宽度分别为1、0.5、0.2 mm时的聚光效果。结果表明随环带宽度的减小, 光斑分布的均匀性逐渐增大, 证明采用修正分区域聚焦法设计的菲涅尔聚光镜可以在保证聚光效率基本不变的同时, 进一步提高聚光光斑分布的均匀性。
聚光镜 菲涅尔透镜 均匀光斑 太阳能电池 concentrator Fresnel lens uniform spot solar cell
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，吉林 长春 130022
针对目前LED太阳模拟器辐照度低、光谱匹配性差等不足，提出一种由LED阵列光源，菲涅尔透镜、光学积分器、准直物镜组成的LED太阳模拟器。首先根据多光谱拟合理论，在400～1 100 nm优选15种不同波段的LED光源，计算出光源所需功率，实现太阳光谱的精确匹配。其次优化设计了菲涅尔透镜、光学积分器以及准直物镜，校正了太阳模拟器的像差，提高了太阳模拟器的能量利用效率以及辐照均匀性，并利用LightTools软件对所设计的光学系统进行仿真分析。最后搭建了光学系统实验装置，测试结果表明：100 mm×100 mm内的辐照度达到1 376.3 W/m2；拟合的太阳光谱匹配度达到AM1.5条件中的A级，辐照不均匀度为±1.73%，辐照不稳定度为±0.82%，综合性能指标达到太阳模拟器中的3A级水平。
太阳模拟器 LED阵列光源 光学系统 菲涅尔透镜 光学积分器 solar simulator LED array light source optical system Fresnel lens optical integrator
军械工程学院 电子与光学工程系, 石家庄 050003
根据偏心透镜组的结构原理, 利用液晶空间光调制器(LC-SLM)对其结构进行了优化。对LC-SLM等效透镜功能的原理进行了分析, 模拟仿真了利用LC-SLM对光束进行调制的结果。实验验证了LC-SLM通过加载菲涅尔透镜相位图, 实现了对光束会聚功能, 并且通过耦合位移相位因子可以实现会聚光斑平移的功能, 能够代替在偏心透镜组中实现同一功能的透镜。配合后续的透镜组, 理论上可以控制光束实现大角度的扫描。
衍射光学 液晶空间光调制器 光束控制 菲涅尔透镜 diffractive optics liquid crystal spatial light modulator beam control Fresnel lens
