2017年33期科技创新与应用
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正交编码器
369ii
雨水回用陈刚，范菊香，陈浩宇，周梦丽，高霜，朱海涛
(南京信息职业技术学院微电子工程系，江苏南京210023)
摘要：为了更好地利用自然光源，实现的自然光的高效汇聚，提出了一种新型的多光纤耦合器件模型。经过多次的改进分析，并运用 TracePro 软件模拟其聚光效果。结果表明，本设计耦合效率高，且对光的方向不敏感。无论是直射的太阳光，还是环境自然光都能实现良好的 聚光效果。
关键词：光纤；自然光；树叉形；聚光器
中图分类号:TK 513.1 文献标志码：A 文章编号院2095-2945 (2017) 33-0031-02
1概述随着太阳光用于室内照明技术的蓬勃发展，如何降低成 本与提高太阳能的耦合效率一直是研究人员的重点。在太阳 光用于照明的技术中，尤其是光纤导光室内照明技术具有更
深远的发展潜力，此照明方式不存在光电转换技术中太阳电 池效率低、成本高以及污染等问题，直接把洁净、健康的太阳
光线导入室内进行照明，不仅大大减少了照明能耗，且人足不 出户就能沐浴在纯净天然的阳光下，对我们的生活具有深远 的意义。目前大多数光导照明采用光导管导光。由于光导管照明 系统体积巨大，安装这些光导管必须与建筑一体设计，对于没 有预先设计的建筑，这些系统无法使用。 由于光纤体积小，导光效率高，便于安装，光纤导光照明
系统受到了重视，近几年来在照明领域的应用越来越广泛。但 是需要与跟踪器、控制器、聚光器以及室内的散光器等各种各
样的部件可组装成一套完整的光纤导光照明系统，结构复杂，
成本高。
本文主要的研究对象为基于光纤自然光室内照明系统中
的聚光系统，设计一种简单，可靠，适应性强的，并能与光纤传
输系统匹配的自然光聚光系统。主要要解决的问题包括：
(1) 能够不受太阳光线方向变化的影响，即不需要跟踪太 阳。(2) 能够与塑料光纤传输系统匹配，耦合效率高。(3) 能够收集环境光，即在阴天或者太阳无法直射时也能采用光学器件，如聚光透镜，菲涅尔透镜，凹面反射镜等将平
行太阳汇聚耦合进光纤，
这些系统结构复杂，系统对准精度要 求高，且必须对太阳跟踪。
鉴于传统聚光器的缺陷，本文设计了如图1的树叉形光 纤聚光系统。
其基本思想如图1中的树形图，整棵树都是由塑料光纤 构成。树冠上光纤顶端为入光口，树冠上的光汇聚到树枝，树 枝上的光再一层层的汇聚到树干，最终达到聚光到一根光纤 的效果。由于树冠的数目可以用增加层级的方式成几何级数
增长，
因此，树冠光纤顶端的的数目可以很大，能够汇聚足够 的光。
3软件模拟由于系统可以看成由很多层二叉树组合而成，因此，研究单个二叉树的聚光性能，
就能反应整体系统的聚光效果。如图2，
为用Tracepro模拟的二叉树形光纤。光纤材料设 置为P M M A ，半径为1m m ；汇聚弯曲处光纤的曲率半径为
20m m 。
3.1 平行光照射模拟
使用。
2设计思想
光纤导光照明系统其聚光器大多
图1树叉形光纤聚光系统树形图Irradiance Min: Q .00096916 W/m? Max:6.0943e+QOB W/m? Ave:2.7899e+007 W/m 1：
RMS:6.2792e+007. Total Flux:! 11.6 W 117 Incident Rays
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o (a )入光处光分布
（b)出口处光分布图3平行光入射模拟结果光分布图
*基金项目：南京信息职业技术学院大学生创新项目“树形光纤聚光器的研究”
作者简介：陈刚（1976,12-)，男，汉族，江苏镇江人，研究生(硕士），讲师，研究方向：光学器件
。
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