[发明专利]一种植物工厂的太阳光体全息分光器和调光方法

说明书

本发明一种植物工厂的太阳光体全息分光器，包括体全息分光板和遮光板，体全息分光板内设有用于衍射太阳光的体全息结构，遮光板设于体全息分光板的一侧，遮光板在体全息分光板被太阳光照射后衍射出的红光聚集位置设有红光散射板，遮光板在体全息分光板被太阳光照射后衍射出的蓝光聚集位置设有蓝光散射板。体全息分光板具有选择太阳光中不同颜色光通过的比例，太阳光经过体全息分光板的衍射分出特定比例的红光和蓝光，红光散射板和蓝光散射板分别将红光和蓝光散射来照射植物，遮光板上设有阻光材料，用于阻止除红光和蓝光的其他光通过。

技术领域

本发明涉及植物工厂领域，尤其是涉及的是一种实现利用体全息实现红光和蓝光特定配比的太阳光体全息分光器和调光方法。

背景技术

随着我国人口的增多和城镇化提高，近年来我国面临土地资源紧张和土地污染等一系列问题，植物工厂是解决这些问题的有效方式。与传统种植方式相比，植物工厂可以节约90%以上的水消耗、90%以上的化肥；由于不喷洒农药，保证了食品的安全。可以在室内多层栽培，节省大量土地资源，而且可以在城市中心建设，节省了运输成本，还有助于改善城市的空气质量。

但是，现有的植物工厂的发展仍受到许多因数的限制。其中，最重要的因素就是植物工厂通过人工照明的方式让植物进行光合作用，具有非常高的能耗，导致成本增加、推广困难。另外，目前植物工厂的红蓝光光强比例固定，而实际对于不同植物所需的红蓝光光强比例是不一样的，导致植物工厂内的植物不是出于最佳的生长状态。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供可以将太阳光或白光分光成一定的红蓝光光强比例的一种植物工厂的太阳光体全息分光器和调光方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种植物工厂的太阳光体全息分光器，包括体全息分光板和遮光板，体全息分光板内设有用于衍射太阳光的体全息结构，遮光板设于体全息分光板的一侧，遮光板在体全息分光板被太阳光照射后衍射出的红光聚集位置设有红光散射板，遮光板在体全息分光板被太阳光照射后衍射出的蓝光聚集位置设有蓝光散射板。体全息分光板具有选择太阳光中不同颜色光通过的比例，太阳光经过体全息分光板的衍射分出特定比例的红光和蓝光，红光散射板和蓝光散射板分别将红光和蓝光散射来照射植物，遮光板上设有阻光材料，用于阻止除红光和蓝光的其他光通过。对于植物工厂，一般来说红蓝光强配比为4:1，通过选择体全息分光板，可使得到的体全息图对红光和蓝光的衍射效率比例为4:1。

优选的，体全息结构由红色平行激光与红色发散激光干涉生成。植物工厂一般需要的红光比蓝光多，一般在红光的光强与蓝光的光强比值在1.5-9，通过红色平行激光与红色发散激光干涉生成的体全息结构，可使红光获得极高的衍射效率。

优选的，体全息分光板的厚度为31μm，体全息结构由波长均为630nm、夹角为6°的一束红色平行激光和一束红色发散激光干涉而成。该方案可以实现体全息图对红光和蓝光的衍射效率比例为4:1。

优选的，还包括太阳光集光装置、导光装置，导光装置包括入光端和出光端，导光装置的入光端连接太阳能集光装置，导光装置用于传导太阳光集光装置收集的太阳光，导光装置的出光端设于体全息分光板的另一侧。先将太阳光集中再通过体全息分光板进行分光，可以减少后续分光和散射装置的体积。

优选的，体全息分光板与遮光板之间设有凸透镜。减少红光和蓝光的衍射面积，减少整体装置的体积。

一种植物工厂的太阳光体全息分光器的调光方法，包括以下步骤：

（1）设定体全息分光板对光的衍射效率为η，体全息分光板对红光的衍射效率与对蓝光的衍射效率的比值为X；

（2）用波长均为λ1的一束红色平行激光垂直照射厚度d的体全息材料，同时用波长均为λ1、与红色平行激光的夹角为2θ的一束红色发散激光入射全息材料内干涉生成体全息结构，θ为布拉格角，通过公式①-⑤确定满足η红与η蓝的比值为X的d和θ，η红为红光的η，η蓝为蓝光的η，公式①-⑤为：