[发明专利]光和其他电磁波的等效导波体的等效导波器与等效集输装置

说明书

技术领域

本发明涉及光和其他电磁波的广义菲涅尔等效聚焦导波的等效导波体及其等效导波器与等效集输装置，属光等电磁波技术领域。

背景技术

自然光(如阳光、散射光)等电磁波几乎是取之不尽、用之不竭的可再生资源。照射到地球及周边空间范围内太阳光能量的总量非常巨大。自然光在空间传播过程中不需要外加能量，可以自行传输到各处空间。自然光分布广泛，没有许多能源资源存在的远距离运输问题，处处都有可能实现采集和利用。因此，自然光(太阳能)具有无可比拟的优越性。但自然光(太阳能)不仅能量密度较低，而且传播角度在全方位范围变化，并且传播分布的空间非常大，限制了自然光等电磁波在许多方面的应用。

经典菲涅尔透镜(螺纹透镜或阶梯透镜)为凸透镜的薄层式等效导波体或等效导波器。凸透镜及其菲涅尔透镜式的薄层式等效导波体，两者都为经典聚焦原理的点聚焦型透镜。点聚焦透镜与自动跟踪装置组合，使太阳光线与主光轴平行，在透镜结构(入射面和出射面及透镜立体的结构)及透镜折射率的组合作用下，使太阳光形成点聚焦。凸透镜为非均匀曲率表面，结构较复杂，不是较简单或较规则结构的导波器，不仅制造难度和成本较高，而且难以大型化。凸透镜的薄层式等效导波器即菲涅尔透镜结构也复杂，也难以大型化，难以实现较大规模太阳能聚集。点聚焦的焦点附近的光线传播的角度范围较大，难以直接组合多级凸透镜或多级菲涅尔透镜提高太阳能的聚集规模。

固定静置式汇聚导波器及其集散汇聚装置可实现较大规模集散汇聚(黄太清等，ZL 201220001925.4)，其规则形状的通体实心的透反式或透镜式导波体的结构较简单，便于制造，可以不需要自动跟踪装置。较大型通体实心式棱锥形或圆锥形或椭圆椎形的通体实心式导波体(直径或尺寸为米级数值或更大)，可能较大或较重，导波材料(透波介质)用量较大，电磁波的吸收等损耗也较大。

现有太阳能设施基本为聚集现场直接转换应用的方式，包括光伏、太阳能热水器、太阳能集热器、太阳能炉、太阳能灶等，未能将汇聚后较高能量密度的太阳能传输到室内或更有利于应用的位置进行使用，限制了现有太阳能利用设施的应用灵活性。

发明内容

本发明的目的是利用透波介质的折射性能，以几何光学为基础，为汇聚导波的通体实心式导波体设置具有等效导波作用的等效导波体，以较大程度地减少导波体的重量、透波材料用量及电磁波的吸收损耗，也突破经典菲涅尔透镜较难制造、难以大型化、难以多级组合等问题，并克服自然光等电磁波存在的能量密度低、传播角度范围大和资源分散等问题。与面聚焦型通体实心式导波器等效地使光等电磁波按照设计路径或通道实现大面积汇聚，获得规模化、高密度的光或其他电磁波资源。

本发明通过设置等效导波单元层构成多层式或薄层式或空腔式等效组合结构的等效导波体实现上述目的。由等效导波单元构成等效导波单元层，由等效导波单元层构成与面聚焦型通体实心式导波体具有等效导波功能的等效导波体，由等效导波体构成等效导波器及集输装置。被等效的通体实心式导波体(如棱锥形或圆锥形或组合结构导波体)为汇聚型或转向型或转直型或转直汇聚型导波体，为透镜式或透反式或透镜式与透反式组合的混合式结构的导波体，为单一规则结构导波体或组合结构导波体。汇聚型或转向型或转直型或转直汇聚型通体实心式导波体的后部或尾部在电磁波传播方向为逐渐缩径或尺寸逐渐缩小的结构。

等效导波单元设置为与其对应的面聚焦型通体实心式导波体的相似形结构或近似相似形结构的小型或微型导波单元。相似形结构的对应面或对应截面都为相似形几何面，几何光学前提下，等效导波单元与对应的通体实心式导波体的对应的出射波平行，即两者具有等效的导波作用或接近等效的导波作用。因此，等效导波单元与其对应的通体实心式导波体具有等效导波作用或近似等效导波作用。

等效导波单元为小型或微型的全透波结构的透镜式单元，其立体结构由其入射面和出射面相互连接或封闭形成；或该等效导波单元为小型或微型的结构中含有反射面的透反式单元，其立体结构由其反射面和入射面及出射面相互连接或封闭形成；或该单元为小型或微型的透镜式与透反式组合的混合式单元。透镜式或透反式或混合式等效导波单元都可以实现与其对应的通体实心式导波体的等效或近似等效导波作用。

等效导波单元为空心的中空环带体单元或非空心(实心)的条带体单元或实心的柱状体单元。

中空环带体单元为中空弧弯环带单元或中空三角形折弯环带单元或中空多边形折弯环带单元或弧弯与折弯组合的混合式中空环带单元。