太阳光光纤耦合光学系统设计

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1、万方数据第34卷第2期2013年3月应用光学JournalofAppliedOpticsV01．34No．2Mar．2013文章编号：1002—2082(2013)02—0220—05太阳光光纤耦合光学系统设计魏丹1，王菲1，房丹2，王晓华(1．长春理工大学光电工程学院，吉林长春130022；2．长春理工大学理学院，吉林长春130022)摘要：介绍一种长焦距、大口径太阳光光纤耦合系统的光学设计。为达到减小大口径单透镜汇聚太阳光所产生的球差和色差的目的，采用聚光透镜后增加消像差光学系统的方法，并用Ze-max软件设计优化出

2、适用于光纤耦合的光学系统，经过优化设计得到光斑半径为45．043弘m，能量集中度达95％以上，像方孔径角为9．0902。，系统总长525．584mm，满足数值孔径为0．22，芯径直径为1．5mm的石英光纤的耦合要求。关犍词：太阳光；光纤耦合；光学系统设计；球差；色差中圈分类号：TN202；TH703文献标志码：Adoi：10。5768／JA0201334．0201006OpticaldesignofsunlightfibercouplingsystemWEIDanl，WANGFeil，FANGDan2，WANGXiao—

3、hua2(1．CollegeofOpto-electronicEngineering，ChangchunUniversityofScienceandTechnology，Changchun130022，China；2．CollegeofScience，ChangchunUniversityofScienceandTechnologyUniversity，Changchun130022，China)Abstract：Adesignofsunlightfibercouplingsystemwithlongfocallengt

4、handlargeaperturewasintroduced．Inordertoreducethesphericalaberrationandchromaticaberrationofthelargeaperturesingle-lensduringconvergingsunlight，amethodofreducingaberrationsopticalsystemaddedatthebackoffocusinglenswasproposed，andtheopticalsystemthatwasappli—cablef

5、oropticalfibercouplingsystemwasdesignedandoptimizedbyusingZemaxsoftware。Theradiusofspotsizewas45．043弘m，energyconcentrationwasmorethan95％，aperturean—glewas9．0902。，andthetotallengthofsystemwas525．584mm．Thecouplingrequirementsofquartzopticalfiberwithnumericalapertur

6、eof0．22andcorediameterof1．5mmweresatis—fled．Keywords：sunlight；opticalfibercoupling；opticalsystemdesign；sphericalaberration；chro—maticaberration引言在解决传统能源危机过程中，太阳能作为新能源具有绿色环保，分布广泛，可持续利用等优点，成为各国竞相开发和研究的热点。太阳能的利用已有上千年的历史，发展到如今其利用的途径主要有：太阳能的光热利用、太阳能的光电利用、太阳能的光化学利用[1]。

7、而利用太阳光直接照明或泵浦激光则是太阳能利用的新发展。无论是照明或者泵浦激光都需要将收集到的太阳光通过传能光纤进行传输，其中太阳光耦合到传能光纤中是这项技术的一个难点。1998年DaweiLiang采用直径40．6cm透镜收集到大约100W的太阳光并用反射镜改变其传播方向后传入由19根光纤组成的光纤束，最终得到60W的太阳光，其耦合效率大约60％[2]。20世纪90年代初，沈阳建筑工程学院曾采用4块直径为200mm凸透镜聚焦太阳光，焦点处安装玻璃光纤传导光束，传输距离10m以内，距离光纤端头1m时收稿日期：2012—09

8、—07；修回日期：2012—09—25基金项目：吉林省青年科研基金(201】01098，201201】22)；长春理工大学科技创新基金(XJJLG-201206)作者简介：魏丹(1987一)，女，吉林通化人，硕士研究生，主要从事光学系统设计方面的研究。E-mail：feeewang@163．coin万方数据应用光学2