一種基于微納結(jié)構(gòu)的新型高透過率菲涅爾透鏡的制作方法

本發(fā)明涉及光學器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于微納結(jié)構(gòu)的新型高透過率菲涅爾透鏡。

背景技術(shù)：

菲涅爾透鏡(Fresnel lens)，又名螺紋透鏡，多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是根據(jù)光的干涉及擾射以及相對靈敏度和接收角度要求來設計的，多用于對精度要求不是很高的場合，如幻燈機、薄膜放大鏡、紅外探測器等。從剖面看，菲涅爾透鏡的表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點，也就是透鏡的焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光線調(diào)整成平行光或聚光。當利用其聚光性能時，透光性越強越好。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可提高電磁波透過率的基于微納結(jié)構(gòu)的新型高透過率菲涅爾透鏡。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明實施例提供了以下技術(shù)方案：

一種基于微納結(jié)構(gòu)的新型高透過率菲涅爾透鏡，包括透鏡本體，所述透鏡本體的一面為光面，另一面為帶凹槽的曲面，所述曲面的表面設置有N個微納單元，所述微納單元為三棱錐結(jié)構(gòu)，所述微納單元的底邊長度為0.05-0.5um，所述微納單元的高度大于三條底邊中最長底邊長度的0.3倍，N為大于1的整數(shù)。

進一步優(yōu)化地，所述微納單元為正三棱錐結(jié)構(gòu)。

進一步優(yōu)化地，所述微納單元的底邊長度為0.15um。

進一步優(yōu)化地，所述微納單元的高度為底邊長度的0.5倍。

進一步優(yōu)化地，N為2的倍數(shù)，所述N個微納單元中，每兩個微納單元組成一個底面為平行四邊形的單元陣列。

進一步優(yōu)化地，N為6的倍數(shù)，所述N個微納單元中，每六個微納單元組成一個底面為正六邊形的單元陣列。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于微納結(jié)構(gòu)的新型高透過率菲涅爾透鏡，透鏡本體的曲面設置有三棱錐體的微納單元，可以有效地提升入射電磁波的透過率，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的微納單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例提供的單元陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例提供的基于微納結(jié)構(gòu)的新型高透過率菲涅爾透鏡的曲面的示意圖。

曲面100；微納單元200。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1-3，圖1示出了微納單元的結(jié)構(gòu)，圖2示出了單元陣列的結(jié)構(gòu)，圖3示出了透鏡本體的曲面的結(jié)構(gòu)，由于曲面表面設置的微納單元或單元陣列太小，為了便于清楚展示本實施例中透鏡本體曲面的結(jié)構(gòu)，圖3中對曲面表面設置的微納單元進行了放大展示。需要說明的是，透鏡本體的整個曲面的表面均設置了微納單元，圖3中的放大顯示部分僅顯示了曲面的一個微小局部的放大后的示意圖。

本實施例中提供的基于微納結(jié)構(gòu)的新型高透過率菲涅爾透鏡，包括透鏡本體，所述透鏡本體的一面為光面，另一面為帶凹槽的曲面100，該曲面100的表面設置有N個能夠吸收太陽光的微納單元200，N為大于1的整數(shù)，所述微納單元為正三棱錐結(jié)構(gòu)，所述微納單元的底邊長度為0.15um，所述微納單元的高度為底邊長度的0.5倍。

本實施例中提供的基于微納結(jié)構(gòu)的新型高透過率菲涅爾透鏡，可以提高電磁波透過率，其原理是：三棱錐結(jié)構(gòu)的微納單元，將曲面的表面的折射率1--n(1為空氣折射率，n為介質(zhì)折射率)的突變，轉(zhuǎn)化為從空氣1逐步變化為n,因此可以有效提高電磁波的阻抗匹配程度，進而達到有效提升透過率的目的。由于自然光照射到基于微納結(jié)構(gòu)的新型高透過率菲涅爾透鏡的曲面后，大部分 區(qū)域均為斜入射，所以，采用微納結(jié)構(gòu)，特別是三棱錐體的微納結(jié)構(gòu)可以改善基于微納結(jié)構(gòu)的新型高透過率菲涅爾透鏡曲面的透過率，對于提升聚光太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率具有重大意義。

理論上，微納單元為椎體結(jié)構(gòu)，例如四棱錐、六棱錐等結(jié)構(gòu)，均有提升透過率的效果，但是經(jīng)過測驗發(fā)現(xiàn)，三棱錐的透過率提升效果最好，因此本實施例中僅以三棱錐為最佳實施方式。

微納單元設置為正三棱錐結(jié)構(gòu)的目的是為了便于微納單元之間組成單元陣列，例如，本實施例中，當微納單元為6的整數(shù)倍時，每六個微納單元組成一個正六邊形的單元陣列，如圖2所示。當然，也可以是每兩個微納單元組成一個底面為平行四邊形單元陣列，或者每三個微納單元組成一個底面為梯形單元陣列，等等。容易理解的，作為一種可實施方式，該微納單元也可以是普通的三棱錐結(jié)構(gòu)，即微納單元的底面為非正三角形。

由上述原理可知,折射率由1逐漸變化到n的過程越長，電磁波透過率的提升效果越明顯。發(fā)明人經(jīng)過研究及多次試驗，試驗結(jié)果與理論相符，隨著微納單元高度的增加，其透過率提升效果越明顯，特別是在高度為底邊長度的0.3倍以后，透過率提升效果明顯，在0.3倍及以下，折射率變化過程較短，透過率提升效果可忽略，因此實施時可以限定微納單元的高度大于最長底邊長度的0.3倍。

容易理解的，針對于同樣面積的玻璃平板，使用的微納單元或單元陣列越多，透過率提升效果越好，即微納單元的底面面積越小，電磁波透過率提升效果越好，因此微納單元的底邊長度不宜過大。但是微納單元的底邊越小，其制造難度越大，相應地成本也會增加。另一方面，隨著微納單元的底面面積逐漸 減小，電磁波透過率提升效果越來越好，但是不是呈線性關(guān)系。因此，基于透過率與實施難度的綜合考慮，微納單元的底邊長度以0.05-0.5um為佳，例如0.05um、0.1um、0.05um、0.15um、0.25um、0.4um、0.5um，都是不錯的選擇，尤其以0.15um為佳。

采用本實施例提供的基于微納結(jié)構(gòu)的新型高透過率菲涅爾透鏡，不僅可有效提升垂直入射電磁波的透過率(以石英玻璃為例，經(jīng)過測試，可從89％升高到96％)，同時還可以對側(cè)面(傾斜)入射的電磁波進行增透，透過率可從60％提升到大于85％。三棱錐體結(jié)構(gòu)的微納單元組成的六邊形單元陣列密集排布于透鏡本體的曲面，可降低改變太陽光偏振等特性的程度。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。