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太阳光光纤耦合技术研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 太阳能的应用

1.3 课题意义

1.4 国内外研究现状

1.5 课题的主要研究内容

第二章 太阳光光纤耦合系统基本原理

2.1 光纤光学基本理论

2.1.1 光纤的结构形式

2.1.2 光纤的结构参数

2.1.3 光在光纤中传播的物理过程

2.2 光纤耦合条件及影响光纤耦合效率因素

2.2.1 光纤耦合条件

2.2.2 耦合效率及影响耦合效率的因素

2.3 光纤的选择

第三章 太阳光光纤耦合系统的光学系统设计

3.1 太阳光光纤耦合系统的总体设计方案

3.2 工作参数的确定

3.3 太阳光光纤耦合系统初始结构设计

3.3.1 聚光器的选择

3.3.2 耦合光学系统初始结构设计

3.4 ZEMAX设计及结果

第四章 太阳光光纤耦合实验

4.1 光纤耦合机械结构设计

4.2 太阳跟踪系统设计

4.2.1 四象限探测器工作原理

4.2.2 探测器的选择

4.2.3 STC12C5A60S2单片机

4.2.4 步进电机

4.2.5 控制系统软件

4.3 太阳光光纤耦合实验结果分析

结论

攻读硕士期间申请专利和发表论文情况

致谢

附录 太阳光光纤耦合系统结构装配图

参考文献

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摘要

近年来,能源问题已经成为制约人类发展的最大问题。而合理利用太阳能则可以解决这一问题。传统的利用太阳能方式都存在着能量转换,在转换过程中会损耗很大一部分能量,而研究太阳光光纤耦合技术则能拓宽太阳能的研究领域,使太阳能直接应用在照明或者作为泵浦固体激光的泵浦源,因此太阳光光纤耦合效率直接影响以上两应用的发展。
  本文介绍了光纤耦合基本理论,详细分析了光纤耦合影响因素。根据长春地区太阳光光谱测试结果,利用ZEMAX软件设计优化出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45.641μm,像方孔径角为9.0902°,系统总长为525.7mm。并根据光学设计结果设计及加工出保证光学系统同轴性且精度达到0.1mm的机械结构。同时为太阳光光纤耦合系统设计出配套的太阳光跟踪系统,提高太阳光光纤耦合效率。最后进行太阳光光纤耦合实验,分别对石英光纤、塑料光纤及液芯光纤进行测量,最终得到的结果为:用石英光纤作为传能光纤时,耦合效率最高可达到55.55%,塑料光纤的最高耦合效率为51.25%,液芯光纤的最高耦合效率为43.61%,并且实验验证了太阳光跟踪系统的运行情况。

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