1 江苏大学 机械工程学院, 江苏 镇江 212000
2 深圳市鑫希叶光电有限公司, 广东 深圳 518000
研究一种可以在高横纵比的线形区域形成特定照度分布的LED透镜设计方法, 即分部设计法。全反射部分根据边缘射线原理和斯涅耳定律设计, 采用数值积分迭代法计算, Matlab编程得到全反射部分的轮廓线; 透射部分用试错法设计, 用SolidWorks将全反射部分和透射部分整合出了一款新的拱形透镜。设计的透镜尺寸为25 mm×18 mm×10 mm。模拟与实践结果表明: 透镜匹配扩展光源后, 光学效率高于85%, 半光强角可达9°×135°, 可以在横纵比大于15的线形区域实现均匀照明。
照明设计 LED二次光学设计 线形区域 边缘光线原理 拱形透镜 illumination design LED secondary optical design line-shaped regions edge-ray principle arch lens TIR TIR
1 中科院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对非成像抽运方式，研究最大理论耦合效率下的抽运腔结构。采用边缘光线原理和定绳法设计了多灯非成像抽运腔，根据放大器的结构差异，设计了两种计算模型。在相同抽运能量下，对非成像抽运腔和成像椭圆腔中钕玻璃棒表面辐照度进行了数值模拟，结果表明,椭圆抽运腔的辐射光线存在氙灯的自吸收和氙灯相互间吸收的现象，影响了放大器的增益性能。非成像抽运腔的反射壁消除了氙灯自吸收，且减少了光线反射次数。因此，非成像抽运腔能够实现最大耦合效率和最佳的抽运均匀性。
激光器 非成像 边缘光线原理 抽运腔 中国激光
2015, 42(10): 1002007
Author Affiliations
Abstract
1 中科院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
According to the non-imaging pump style, pump cavity structure with the theoretical maximum coupling efficiency is researched. Multi-lamp non-imaging pump cavities are designed by edge-ray principle and constant string length method. Two calculation models are obtained through the difference of amplifier structures. The Nd∶glass surfaces illumination in the non-imaging and elliptical imaging pump cavity are simulated with the same pump energy. Results show that there are lamp self-absorption and mutualabsorption in the elliptical imaging pump cavity, which affects amplifier′s gain property. To non-imaging pump cavity, the reflector profile avoids light reflecting back to the lamp and reduces the number of reflections. Thus, non-imaging pump cavity can lead to the maximum coupling efficiency and the best pump uniformity.
激光器 非成像 边缘光线原理 抽运腔 lasers non-imaging edge-ray principle pump cavity Collection Of theses on high power laser and plasma physics
2015, 13(1): 1002007
1 福建工程学院 数理系， 福建 福州 350108
2 福建师范大学 软件学院，福建 福州350108
为了对LED教室灯具配光，建立了复合抛物面集光器配光系统。分析了LED光源发光特性，阐明了对LED光源进行二次配光的必要性。建立了三维复合抛物面集光器（CPC）模型，并由边缘光线原理计算得出三维复合抛物面集光器（CPC）模型各参数与最大出射半角θm的关系，分析了θm的制约因素。由阅读灯照度均匀度要求，确定了复合抛物面集光器（CPC）模型各参数的值，在光学分析软件Tracepro中建立了CPC模型，将LED光源置于其焦平面上，结合教室桌面与灯具距离，模拟了基于CPC配光的LED教室灯具的照度分布。试验结果表明，CPC配光系统最大出光半角为30°时，光照均匀度超过0.7，满足建筑照明设计标准 GB 50034-2004对阅读照明的要求，该灯具有效光通可达95%以上。
复合抛物面集光器（CPC） 朗伯型LED 边缘光线原理 照度 compound parabolic collector(CPC) lambert LED edge ray principle illuminance
二次光学元件是LED照明灯具的关键组成部分，其决定了灯具的光学效率和配光特征。依据斯涅尔定律、边缘光线原理、光束扩展度守恒等原理，根据照明灯具在X、Y方向的非对称配光的要求，提出一种复合曲面的数值设计方法，建立起LED 光源出射光线的角度与照明平面上的照明点的坐标的对应关系。根据对应关系迭代计算出复合曲面上其他点的空间坐标，把点坐标值导入CAD软件进行曲线重构，结合中间的凸透镜，就可以建立全反射复合曲面透镜的三维实体模型。在光学软件中对三维实体模型进行照明模拟，结果表明: 通过复合曲面二次光学透镜作用于LED，可以在路面上形成均匀照明的矩形光斑。
应用光学 二次光学透镜 复合曲面 光束扩展度守恒 边缘光线原理 applied optics secondary opticical lens compound surface etendue conservation edge-ray principle
中国计量学院 光学与电子科技学院 LED照明研究中心,杭州 310018
针对LED照明应用中，现有二次光学设计过程对LED初始光强空间角分布的依赖性，讨论了用于LED照明的自由曲面微透镜器件的设计方法.根据斯涅尔定律和边缘光学理论，研究了自由曲面微透镜的面形构造算法，建立了自由曲面微透镜器件的光学模型，并用光学模拟软件对其照明性能进行了模拟实验.结果显示，该微透镜器件能够在目标面上获得满足预期要求的照度分布，照明均匀度在92%以上，且其结构有效解决了LED初始光强空间角分布复杂化的现状和现有二次光学设计对光源初始光强空间角分布依赖性的矛盾.
光学设计 自由曲面微透镜 边缘光学理论 非成像光学 全反射准直器 Optical design Free-form micro-lens Edge-ray principle Non-imaging optics Total internal reflection collimator
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
针对传统聚光系统聚光倍数较低并且需要复杂跟踪装置及机电控制的弊端, 对能否实现静态大角度接收太阳光的光学聚光元件进行了研究和设计.利用非成像原理及边缘光线原理进行编程建模, 设计了折射式及折反射式的太阳能聚光镜, 可满足大角度的入射及出射范围.通过光学软件ZEMAX以不同入射角度进行模拟.模拟结果表明, 大角度静态接收的聚光元件是可以实现的.
非成像光学 边缘光线原理 SMS方法 太阳能 光学设计 Nonimaging optics Edge-ray principle SMS method Solar energy Optical design
