[发明专利]空腔式面聚焦导波器

说明书

本发明提供一种空腔式面聚焦导波器，具有围成入口大、出口小的空腔体的数个反射壁，所述反射壁的内侧面为反射面，所述数个反射壁的至少其一是斜反射壁，在斜反射壁内侧形成有阶梯型导波结构体，所述阶梯型导波结构体具有多个依次排列的导波三棱柱，形成结构型等效或升效的空腔式面聚焦导波器(结构型广义菲涅尔导波器)。本发明相对于原实腔式面聚焦导波器，具有简约、直观、便捷等优势，易设计与制造，易实现并联和串联组合的大型化，有利于降低设计和制造难度，降低成本。

技术领域

本发明涉及以结构型升效或等效的方式，为自然光和其他电磁波的实腔式面聚焦型导波器(广义凸透镜)设置升效或等效结构的面聚焦导波器(结构型广义菲涅尔透镜)。

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，地球周围的太阳光能量的总量巨大。自然光在传播中不需要外加能量，可自行传输到各处空间。自然光分布广泛，没有远距离输送问题，处处可采集和利用。因此自然光(太阳能)有无可比拟的优越性。但自然光不仅能量密度低，传播角度全方位变化，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。

菲涅尔透镜(螺纹透镜或阶梯透镜)可看作为点聚焦型经典凸透镜的薄层型等效导波器(经典菲涅尔等效导波器)，是由从内圈到外圈(或从外圈到内圈)的多个或若干个小型或微型中空环带体的局部相似形体(或称之为近似相似形体)等效导波单元(或称之为类似体等效导波单元)的并列组合构成的，即是由小型或微型的环带体单元并列组合构成的。同时，菲涅尔透镜也可看作为，省除或去除经典凸透镜内部含有的平行平板式导波介质结构部分后，由剩余的各个结构部分即多个或若干个阶梯型(螺纹型)导波介质结构体的阶梯型组合结构体(或称之为螺纹型导波介质结构体的组合结构体)构成薄层型等效导波器。前一种等效方式为设置等效导波单元及其组合的方法，构成薄层型菲涅尔透镜，称之为单元等效法或单元法。后一种等效设置方法则从透镜导波器的结构出发，直接去除经典凸透镜结构中内含的平行平板结构部分，不影响导波方向和聚焦功能；由剩余的各个结构部分即多个或若干个环带体的阶梯型导波介质结构体构成组合阶梯型结构体的菲涅尔透镜，称之为结构法或结构型等效法。虽两种等效方法得到的等效导波器(或称之为等效导波器)即菲涅尔透镜的结构相同，但两种等效方法的等效原理与等效结构的设置方法，有显著的不同与区别。

现有技术中，已有固定静置式全方位汇聚的实腔式面聚焦型导波器(广义凸透镜或广义聚焦导波器)(黄太清，CN201220001925.4和CN201210001418.5)。实腔式即通体实心式面聚焦导波器的优势包括可设置为规则结构，便于设计和制造，也便于通过并联或串联组合实现大型化。

再将单元等效法或单元法移植与转用于实腔式面聚焦导波器的等效导波器，以小型或微型的相似形体单元或近似体单元与对应的实腔式面聚焦导波器有相同或相近的导波方向为原理，采用小型或微型的相似形体等效导波单元或近似体的等效导波单元的单元等效法，为实腔式面聚焦导波器设置了单元法等效导波体及其等效导波器(黄太清，CN201320100631.1和CN201310070122.3)。

如上述，虽将菲涅尔透镜的单元等效法移植与转用于实腔式面聚焦导波器的等效设置，但由于单元等效法与结构型等效法在结构原理与设置方法方面有显著与本征上区别，因此尚未为实腔式面聚焦导波器提出结构型等效法的等效导波体及其等效导波器。

另外，此前也从等效导波单元的角度提出了面聚焦型升效导波器的概念，从等效导波单元的几何结构设置、材质选择、不同单元在同一个单元层中组合，设置有升效单元的升效型导波器及其导波器。这种升效方法也可称之为单元升效法。同样，也尚未提出结构型升效法的升效导波器。

发明内容

本发明提供一种空腔式面聚焦导波器，主要目的是为了显著减轻导波器重量、导波介质材料用量及导波等损耗。