3.菲涅尔透镜的基本原理

菲涅尔透镜的工作原理十分简单：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。

传统透镜到菲涅尔透镜结构的变化

另外一种理解就是，透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。如图：

塌陷到平面

从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。这种透镜还能够消除部分球形像差。

简单地说，菲涅尔透镜一面是平坦的，另一面是凸起的。人们首次使用菲涅尔透镜是在18世纪初，当时它被用在灯塔的探照灯上，聚焦射出来的光束。当人们需要一面又薄又轻的透镜时，塑料菲涅尔透镜便派上了用场。尽管成像质量不如玻璃透镜，但是在很多应用中我们并不需要完美的图像质量。

菲涅尔透镜的原理基于菲涅尔波带片，菲涅尔波带片具有类似透镜的作用，它可以使入射光汇聚起来，产生极大的光强。它也有类似于透镜的......

......

7.国内外研究与发展情况

国外进展：国际上有人研制大型菲涅尔透镜，试图用于制作太阳能聚光集热器。菲涅尔透镜是平面化的聚光镜，重量轻，价格比较低，也有点聚焦和线聚焦之分，一般由有机玻璃或其它透明塑料制成，也有用玻璃制作的，主要用于聚光太阳电池发电系统。

国内进展：我国从70年代直至90年代，对用于太阳能装置的菲涅尔透镜开展了研制。有人采用模压方法加工大面积的柔性透明塑料菲涅尔透镜，也有人采用组合成型刀具加工直径1.5m的点聚焦菲涅尔透镜，结果都不大理想。近来，有人采用模压方法加工线性玻璃菲涅尔透镜，但精度不够，尚需提高。还有两种利用全反射原理设计的新型太阳能聚光器，虽然尚未获得实际应用，但具有一定启发性。一种是光导纤维聚光器，它由光导纤维透镜和与之相连的光导纤维组成，阳光通过光纤透镜聚焦后由光纤传至使 用处。另一种是荧光聚光器，它实际上是一种添加荧光色素的透明板（一般为有机玻璃），可吸收太阳光中与荧光吸收带波长一致的部分，然后以比吸收带波长更长的发射带波长放出荧光。放出的荧光由于板和周围介质的差异，而在板内以全反射的方式导向平板的边缘面，其聚光比取决于平板面积和边缘面积之比，很容易 达到10~100倍，这种平板对不同方向的入射光都能吸收，也能吸收散射光，不需要跟踪太阳。

8.结语

菲涅尔透镜与传统的透镜相比，具有面积大、重量轻、价格比较低、轻便易携带等优点，是一种应用十分广泛的光学元件，其设计和制造涉及到多个技术领域，包括光学工程,高分子材料工程，CNC机械加工，金刚石车削工艺，镀镍工艺；模压、注塑、浇铸等制造工艺。因此，大型、高精密菲涅尔透镜的设计、开发和生产成为目前国内外生产部门技术发展的主要方向。

参考文献

1.赵凯华.光学.高等教育出版社,2004.

2.王楚,汤俊雄.光学.北京大学出版社,2001.

3.Eugene Hecht,张存林（改编）.OPTICS(Fourth Edition).高等教育出版社,2005

鉴于篇幅，本次推送仅为节选（国防科大光学论文），阅读原文可下载完整内容文档（共11页）。

广告合作：请联系微信号cyqdesign洽谈

光行天下综合交流QQ群：23899225

光行天下产品宣传QQ群：955906669返回搜狐，查看更多