RU2720482C1 - Планарная градиентная оптическая система (варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области солнечной энергетики, а именно к оптическим системам, обеспечивающим повышение концентрации светового излучения. Планарная градиентная оптическая система включает в себя градиентную пластину с плавно изменяющимся показателем преломления от большего значения на верхней поверхности Nв к меньшему значению на нижней поверхности Nн, и оптический клин с углом наклона β, примыкающий к нижней поверхности градиентной пластины и оптически с ней связанный. На верхнюю поверхность градиентной пластины нанесен прозрачный ребристый слой с показателем преломления Nв, соответствующим показателю преломления Nв верхней поверхности градиентной пластины, причем ребра выполнены с наклоном к поверхности градиентной пластины, обеспечивающим падение солнечных лучей на поверхность ребер под углом 90° или под углом, находящимся в диапазоне от 83° до 97°. Технический результат - повышение концентрации солнечного излучения за счет сжатия светового потока по двум осям. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[001] Изобретение относится к области солнечной энергетики, а именно к оптическим системам, обеспечивающим повышение концентрации светового излучения.

[002] Заявляемая планарная градиентная оптическая система может найти применение в различных областях техники, например, в волоконной оптике для передачи светового потока в волоконные световоды различного диаметра; в качестве оптической телескопической системы, обеспечивающей передачу изображения удаленных объектов со значительным увеличением; в космической технике для оптической солнечной накачки лазеров.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[003] Известны солнечные концентраторы, основанные на оптических системах, состоящих из линз и зеркал [патент РФ на полезную модель RU 181493 U1, дата публикация 17.07.2018; патент РФ на изобретение RU 2576742 C1, дата публикации 20.11.2015; патент РФ на изобретение RU 2638096 C1, дата публикации 11.12.2007].

[004] Недостаток известных концентраторов солнечного излучения состоит в том, что они, в большинстве своем, предназначены для преобразования солнечного света в другой вид энергии, например, в электричество или тепло. При этом известные солнечные концентраторы не обеспечивают концентрацию светового потока для передачи света как такового, например, с помощью световодов.

[005] Если в основе концентратора не лежит традиционная оптическая система (линзовая или зеркальная), то такие концентраторы имеют большую расходимость на выходе, и для передачи света в труднодоступные места требуется использование полых зеркальных световодов, имеющих большую апертуру [патент РФ на полезную модель RU 135674 U1, дата публикации 20.12.2013].

[006] Недостаток такого способа доставки солнечного света состоит в неудобстве системы освещения из-за больших габаритов и значительной стоимости полых световодов.

[007] Также известен концентратор солнечного света, представляющий собой традиционную оптическую зеркальную систему, которая фокусирует солнечный свет в торец волоконных световодов, сопрягая его с его числовой апертурой световодов [https://vk.com/video-952703379_456239171, дата обращения 05.09.2019].

[008] Недостаток данного концентратора заключается в том, что функциональные возможности применяемой оптической системы ограничены, поскольку для увеличения эффективности ее работы приходиться увеличивать диаметр входного зрачка, что приводит к увеличению габаритов оптической системы и ее стоимости. Кроме того, применяемая оптическая система требует постоянного слежения за положением Солнца, что также увеличивает ее стоимость.

[009] Наиболее близкой к заявляемому изобретению является оптическая система, которая включает в себя светоотклоняющий элемент, выполненный в виде призмы или дифракционной решетки, и два оптических клина, расположенных смежно друг к другу [патент РФ на изобретение RU 2488149 C2, дата публикации 20.07.2013]. При использовании данной оптической системы падающие солнечные лучи отклоняются светоотклоняющим элементом, попадают на два оптических клина, и, переотражаясь внутри клиньев по закону полного внутреннего отражения, выходят из торцов клиньев на фотоэлементы.

[010] Недостатком данной оптической системы является большая расходимость лучей на выходе и, тем самым, принципиальная невозможность ее стыковки с различными устройствами с целью передачи светового потока, например, с волоконными световодами. Кроме того, значительная часть лучей не достигает торцов клина, что также снижает эффективность работы устройства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[011] Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание оптической системы, обеспечивающей высокую степень концентрации солнечной энергии для последующей передачи светового потока в устройства и системы различного назначения, например, в волоконные световоды для доставки светового потока в труднодоступные темные места или в оптические системы визуализации и распознавания удаленных объектов.

[012] Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении концентрации солнечного излучения на выходе оптической системы за счет сжатия светового потока по двум координатам для последующего его ввода с минимальными потерями, например, в световоды или другие оптические системы и устройства.

[013] Заявляемый технический результат достигается за счет того, что планарная градиентная оптическая система включает в себя градиентную пластину с плавно изменяющимся показателем преломления от большего значения Nв на верхней поверхности к меньшему значению Nн на нижней поверхности и оптический клин с углом наклона β, примыкающий к нижней поверхности градиентной пластины и оптически с ней связанный.

[014] Кроме того, в частном случае реализации изобретения на верхнюю поверхность градиентной пластины нанесен прозрачный ребристый слой с показателем преломления Nв, соответствующему показателю преломления верхней поверхности Nв градиентной пластины, причем ребра выполнены с наклоном к поверхности градиентной пластины, обеспечивающим падение солнечных лучей на поверхность ребер под углом 90° или находящимся в диапазоне от 83° до 97°.

[015] Кроме того, в частном случае реализации изобретения оптический клин выполнен с углом наклона β, обеспечивающим параллельность выхода зенитальных солнечных лучей из торцевой поверхности оптического клина относительно поверхности пластины и удовлетворяющим соотношению β=γ/2, где γ - угол выхода зенитального луча из градиентной пластины, град.

[016] Также технический результат достигается за счет того, что градиентная оптическая система включает в себя первую градиентную пластину с плавно изменяющимся показателем преломления от большего значения Nв на верхней поверхности к меньшему значению Nн на нижней поверхности, первый оптический клин с углом наклона β, примыкающий к нижней поверхности градиентной пластины и оптически с ней связанный, при этом вдоль торцевой поверхности первого оптического клина с воздушным зазором расположена вторая градиентная пластина, имеющая показатели преломления Nв и Nн, соответствующие показателям преломления Nв и Nн первой градиентной пластины, причем на поверхности второй градиентной пластины, противоположной торцевой поверхности первого оптического клина, размещен второй оптический клин с углом наклона β, равному углу наклона первого оптического клина.

[017] Кроме того, в частном случае реализации изобретения на поверхность второй градиентной пластины, обращенной к торцевой поверхности первого оптического клина, нанесен прозрачный ребристый слой, имеющий показатель преломления Nв, соответствующий показателю преломления Nв второй градиентной пластины, причем ребра наклонены к поверхности второй градиентной пластины таким образом, чтобы лучи, выходящие из торцевой поверхности первого оптического клина, падали на поверхность ребер под углом 90° или под углом, находящимся в диапазоне от 83° до 97°.

[018] Кроме того, в частном случае реализации изобретения угол наклона β первого оптического клина и второго оптического клина выполнен таким образом, что обеспечивается параллельность выхода зенитальных солнечных лучей из торцевой поверхности первого и второго оптического клина относительно поверхности первой и второй градиентной пластины и выполняется соотношение β=γ/2, где γ - угол выхода зенитального луча из первой градиентной пластины или второй градиентной пластины, град.

[019] Кроме того, в частном случае реализации изобретения на выходе оптической системы к торцевой поверхности второго оптического клина подведен пучок волоконных световодов, причем параметры градиентной системы и волоконных световодов связаны следующим соотношением:

к=L / h=sinα_св / sinα_солн, где

к - коэффициент концентрации или увеличения системы;

L - длина (ширина) градиентной пластины, м

h - высота торцевой поверхности первого оптического клина, м

α_св - угол расходимости волоконного световода, град

α_солн - угол расходимости солнечных лучей, град

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ РЕАЛИЗАЦИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[020] Заявляемое изобретение подтверждается чертежами, на которых изображены:

фиг. 1 - общий вид планарной градиентной оптической системы; фиг. 2 - планарная градиентная оптическая система с ребристым слоем (вид сбоку в разрезе); фиг. 3 - общий вид планарной градиентной оптической системы (вариант); фиг. 4 - планарная градиентная оптическая система (вариант) (вид сверху); фиг. 5 - схема прохождения лучей; фиг. 6 - схема прохождения прохождения лучей через ребристый слой.

На чертежах позиции имеют следующие обозначения:

1 - градиентная пластина;

2 - первый оптический клин;

3 - ребристый слой;

4 - вторая градиентная пластина;

5 - второй оптический клин;

6 - ребристый слой;

А - зенитальный луч;

А¹ - зенитальный луч, преломленный в градиентной пластине;

А¹¹ - зенитальный луч сжатого светового потока.

[021] Планарная градиентная оптическая система (фиг. 1) включает в себя прямоугольную, преимущественно квадратную, градиентную пластину 1 со стороной L и толщиной d с плавно изменяющимся показателем преломления Nв от большего значения на верхней поверхности, обращенной к Солнцу, к меньшему значению Nн на нижней поверхности, оптический клин 2 с углом наклона β, примыкающий к нижней поверхности градиентной пластины 1 и оптически с ней связанный. Размеры оптического клина 2 по ширине и длине соответствуют размеру L сторонам (одной из сторон) градиентной пластины 1, а торцевая поверхность оптического клина 2 имеет высоту h. Для соединения градиентной пластины 1 и оптического клина 2 может быть использован, например, прозрачный клей.

[022] В предпочтительном варианте реализации изобретения (фиг. 2) на верхнюю поверхность градиентной пластины 1 может быть нанесен прозрачный ребристый слой 3 с показателем преломления Nв, соответствующим показателю преломления Nв верхней поверхности градиентной пластины 1, что обеспечивает снижение френелевских потерь и распространение лучей в нужном направлении - по горизонтали. Ребра ребристого слоя 3 в предпочтительном варианте реализации изобретения должны быть наклонены к поверхности градиентной пластины 1 под таким углом, чтобы обеспечивалось падение солнечных лучей на поверхность ребра предпочтительно под углом 90° или угол падения солнечных лучей на поверхность ребер предпочтительно должен находиться в диапазоне от 83° до 97°. Падение лучей на ребристный слой 3 под заданным углом обеспечит френелевские потери на отражение не более 20% от падающего солнечного света, а отклонение лучей в противоположную от траектории сторону будет составлять не более 5 град.

[023] Материал для создания ребристого слоя 3 должен обладать показателем преломления Nв, равным показателю преломления Nв верхнего слоя градиентной пластины 1 и находиться в диапазоне на сегодняшний день примерно от 1,7 до 2,0. В качестве такого материала могут быть использованы, например, оптические стекла типа «флинт», имеющие большой показатель преломления (ГОСТ 3514-94. «Стекло оптическое бесцветное». Технические условия).

[024] Наличие дополнительного ребристого слоя 3 обеспечит уменьшение френелевских потерь, а также позволит снизить требования к градиентной пластине 1 по излому лучей. Поскольку основным параметром градиентной пластины 1 является угол поворота (излома) луча, и соответственно, чем он больше, тем труднее ее изготовить, то наличие ребристого слоя 3 позволяет лучам проникать в градиентную пластину 1, не претерпевая отклонения в ненужную сторону, что подтверждается фиг. 5 и фиг. 6. Так, на фиг. 5 показан вход луча А в градиентную пластину 1 из воздуха без ребристого слоя. По закону Снелиуса угол

падения больше угла преломления

в градиентной среде, тем самым луч А отклоняется в противоположную от поворота сторону. В случае наличия ребристого слоя (фиг. 6) лучи А падают на ребра ребристого слоя 3 под прямым углом или близким к нему и проходят в среду с показателем Nв, не меняя своего направления и не испытывая отклонения в ненужную сторону. Кроме того, при падении лучей А на ребристый слой 3 под прямым углом или близким к нему, френелевские потери минимальны, что повышает КПД системы.

[025] Технологии изготовления оптических элементов с градиентным показателем преломления известны из уровня техники, например, патент на изобретение RU 2008287 C1, дата публикации 28.02.1994 «Способ изготовления стекла с градиентом показателя преломления»; патент на изобретение RU 2385845 C1, дата публикации 10.04.2010 «Способ изготовления стеклокристаллической линзы с градиентом показателя преломления»; «Моделирование показателя преломления в слоях стекла, модифицируемых ионным обменом» Ю.К. Старцев [http://science.spb.ru/files/IzvetiyaTI/2008/3/Articles/09/files/assets/downloads/public ation.pdf.]; «Планарные микрооптические градиентные структуры на основе стекол», В.В. Журихин, автореферат диссертации, 2001.

[026] При создании заявляемой оптической системы исходным объектом для выбора параметров и материалов является градиентная пластина 1. Например, известна градиентная пластина размером 150 на 150 мм и с показателями преломления Nв = 1,78 и Nн = 1,65. Материалом для изготовления оптического клина 2 в этом случае может служить стекло типа «флинт», например ОФ4, имеющий показатель преломления 1,65 (ГОСТ 3514-94 «Стекло оптическое бесцветное». Технические условия). Для снижения потерь оптический клин 2 может быть выполнен из кварцевого стекла, имеющего показатель преломления 1,46, что ниже показателя преломления Nн. В этом случае заявляемая оптическая система также будет функционировать, однако потребуется осуществлять гидирование (отслеживание) положения Солнца.

[027] Таким образом, оптические элементы заявляемой планарной градиентной системы могут быть выполнены из известных материалов и совершенствоваться со временем по мере развития новых технологий. Например, градиентную пластину 1 можно выполнить из полимерного материала с меньшими показателями преломления Nв и Nн.

[028] Для обеспечения параллельности выхода зенитальных лучей А¹¹ из торцевой поверхности оптического клина 2 относительно поверхности градиентной пластины 1 угол наклона β клина должен удовлетворять соотношению:

β=γ/2,

где γ - угол выхода зенитального луча из градиентной пластины, град

[029] В предпочтительном варианте реализации заявляемой оптической системы с целью еще большей концентрации светового потока и сопряжения ее с пучком волоконных световодов вдоль торцевой поверхности оптического клина 2 с воздушным зазором расположена вторая градиентная пластина 4, показатели преломления которой соответствуют показателям преломления Nв и Nн градиентной пластины 1. Также на поверхности второй градиентной пластины 4, противоположной торцевой поверхности оптического клина 2, размещен второй оптический клин 5 с углом наклона β равному углу наклона оптическому клину 2.

[030] Геометрические размеры второй градиентной пластины 4 по длине и ширине соответствуют геометрическим размерам торцевой поверхности оптического клина 2.

[031] Таким образом, за счет того, что световой поток А¹¹ на выходе оптической системы (торцевой поверхности второго оптического клина 5) выходит параллельно и с малой расходимостью, его можно стыковать со всеми известными световодами, например, от микроскопических регулярных стеклянных волокон, передающих изображение (диаметр единичного волокна порядка 1 мкм), до больших световедущих конструкций для освещения помещений.

[032] Выполнение градиентной пластины 1 и градиентной пластины 4 с идентичными показателями преломления Nв и Nн и выполнение оптических клиньев 2 и 5 с идентичными углами наклона β позволяет сжать световой поток по фронту распространения симметрично по двум осям, что обеспечивает на выходе оптической системы световой поток без искажения, который легко сопрягается с волоконными световодами или передает недеформированное изображение.

[033] Кроме того, для снижения френелевских потерь и уменьшения угла поворота лучей на поверхность второй градиентной пластины 4, обращенной к торцевой поверхности оптического клина 2, нанесен прозрачный ребристый слой 6, имеющий показатель преломления Nв, соответствующий показателю преломления Nв второй градиентной пластины 4, причем ребра ребристого слоя 6 наклонены к поверхности второй градиентной пластины 4 таким образом, чтобы лучи, выходящие из торцевой поверхности первого оптического клина 2, падали на поверхность ребер ребристого слоя 6 предпочтительно под углом 90°, или угол падения солнечных лучей на поверхность ребер ребристого слоя 6 должен находиться в диапазоне от 83° до 97°, при этом френелевские потери не превышают 20%, а отклонения в противоположную от хода лучей сторону составляют не более 5°.

[034] Материал для создания ребристого слоя 6 должен обладать показателем преломления Nв, равным показателю преломления градиентной пластины 4 и находиться в диапазоне от 1,7 до 2,0. В качестве такого материала можно использовать, например, оптические стекла типа «флинт», имеющие большой показатель преломления (ГОСТ 3514-94 «Стекло оптическое бесцветное». Технические условия.).

[035] В предпочтительном варианте реализации изобретения на выходе оптической системы к торцу второго оптического клина 5 может быть подведен пучок волоконных световодов (на чертежах не показано), причем параметры заявляемой градиентной оптической системы и волоконных световодов (на чертежах не показано) связаны следующим соотношением:

к=L / h=sinα_св /sinα_солн, где

к - коэффициент концентрации или увеличения системы;

L - длина (ширина) градиентной пластины, м

h - высота торцевой поверхности первого оптического клина, м

α_св - угол расходимости волоконного световода, град

α_солн - угол расходимости солнечных лучей, град

[036] При соблюдении этого условия заявляемая градиентная оптическая система и волоконные световоды (на чертежах не показаны) будут сопряжены по числовой апертуре, и световой поток будет введен в волоконный световод без потерь.

Работа заявляемой планарной градиентной оптической системы осуществляется следующим образом.

[037] Предположим, что Солнце находится в верхней точке солнцестояния -в зените, а заявляемая планарная градиентная оптическая система расположена горизонтально. Солнечные зенитальные лучи А падают параллельно на верхнюю поверхность градиентной пластины 1 под зенитальным углом α, который имеет разные значения для разных широт и времен года.

[038] Солнечный луч А, проходя, преломляясь, через градиентную пластину 1, отражается от нижней поверхности оптического клина 2 по закону полного внутреннего отражения (луч А¹) и выходит через торец (торцевую поверхность) оптического клина 2 параллельно или практически параллельно (луч А¹¹) поверхности градиентной пластины 1 и, соответственно, горизонту. Параллельность лучей А¹¹ будет обеспечиваться, когда угол β наклона клина удовлетворяет соотношению: β=γ/2, где γ - угол выхода зенитального луча из градиентной пластины, град. Как показывают расчеты, когда это условие выполняется, условие полного внутреннего отражения от клина выполняется также (фиг. 1).

[039] При наличии на поверхности градиентной пластины 1 прозрачного ребристого слоя 3 солнечные лучи А, падая на поверхность ребер под углом 90°, или близким к нему, предпочтительно находящимся в диапазоне от 83° до 97°, пройдут через него не отклоняясь, затем начнут плавно менять свою траекторию за счет изменения показателей преломления пластины от N_В до N_Н, поджимаясь к горизонтали, и выйдут из градиентной пластины 1 под углом γ относительно нижней поверхности градиентной пластины 1 (фиг. 2). В дальнейшем лучи А¹ проникают в оптический клин 2 под тем же углом у, отражаются от нижней поверхности оптического клина 2 по закону полного внутреннего отражения и выходят (лучи А¹¹) из торцевой поверхности оптического клина 2 параллельно горизонтальной поверхности градиентной пластины 1 (соблюдается условие β=2γ). Этот процесс можно назвать первой стадией сжатия светового потока по одной оси или преобразование потока излучения в концентрированный поток, соответствующий по площади торцевой поверхности оптического клина 2 (прямоугольник или полоса) (фиг. 2).

[040] Далее в предпочтительном варианте реализации изобретения следует вторая стадия сжатия светового потока. Солнечные лучи А¹¹, выходящие из торца первого оптического клина 2, падают на ребристый слой 6 второй градиентной пластины 4 под углом 90° или близким к нему, предпочтительно находящимся в диапазоне от 83° до 97°, проходят, не меняя направления, ребристый слой 6 и входят во вторую градиентную пластину 4, где плавно меняют свою траекторию за счет изменения показателей преломления от Nв до Nн, отражаются от поверхности второго оптического клина 5 по закону полного отражения и выходят из торцевой поверхности второго оптического клина 5 параллельно поверхности градиентной полоски 4 (лучи А¹¹¹) (фиг.4).

[041] Таким образом, световой поток в заявляемой оптической системе претерпевает следующие стадии сжатия: солнечный световой поток, соответствующий площади градиентной пластины 1, преимущественно квадрат → полоса (площадь торцевой поверхности первого оптического клина 2) → квадрат (площадь торцевой поверхность второго оптического клина 5). При этом в результате сжатия, если качество градиентной пластины 1 и второй градиентной пластины 4 выполнено на должном уровне, не теряется параллельность лучей, т.е. сохраняется однозначность хода лучей.

[042] Для сопряжения заявляемой оптической системы с пучком волоконных световодов (на чертежах не показано), необходимо согласовать их числовые апертуры (расходимость). Исходя из геометрического фактора луча, соотношение, связывающие параметры системы и волоконного световода, имеет следующий вид:

к=L / h=sinα_св / sinα_солн

[043] В случае, когда Солнце находится не в зените, солнечные лучи А будут падать на поверхность градиентной пластины 1 под меньшим углом α, также будут преломляться в градиентной пластине 1 и отражаться от поверхности оптического клина 2, но наклонно к горизонтали в пределах угла наклона клина β.

[044] Таким образом, не обязательно осуществлять отслеживание положения Солнца, поворачивая и вращая всю оптическую систему. В этом случае часть светового потока будет виньетироваться, т.е. лучи с углом α, отличным от зенитального, не все дойдут до выхода оптической системы (торцевой поверхности оптического клина 2 или торцевой поверхности второго оптического клина 5), что несколько снизит эффективность системы, но сохранит ее эксплуатационные качества, например отсутствие необходимости гидирования системы.

[045] Для снижения эффекта виньетирования вторую градиентную пластину 4 можно поворачивать относительно торцевой поверхности первого оптического клина 2, что значительно проще, чем осуществлять поворот всей оптической системы.

[046] Следует отметить, что расчет параметров заявляемой оптической системы надо производить для каждого конкретного случая. В рассматриваемом примере расчет производился исходя из того, что зенитальные лучи А¹¹ или А¹¹¹ выходили из торцевой поверхности оптического клина 2 или 5 параллельно поверхности градиентной пластины 1, а сама градиентная пластина 1 располагалась на горизонтальной поверхности, что обеспечивает максимальный прием светового потока. Однако, в северных широтах наличие снега зимой исключает возможность расположения градиентной пластины 1 горизонтально. В этом случае градиентная пластина 1 может располагаться вертикально, например, на вертикальной стене южной стороны здания, а расчет следует производить исходя их других условий и требований.

[047] Заявляемая планарная градиентная оптическая система может найти свое применение также в других областях техники, например, в космосе, где солнечный свет - единственный неиссякаемый источник энергии и света. На основе заявляемой оптической системы можно создать лазер на основе солнечной накачки, также предложенная система может использоваться как оптическая система, передающая изображение бесконечно удаленных предметов. При использовании заявляемой оптической системы структура светового пучка на выходе не нарушается, и сохраняется информативность: параллельные лучи на входе (на поверхности градиентной пластины 1) сжимаются в параллельные лучи на выходе (торцевая поверхность оптического клина 5) с соответствующим угловым увеличением.

[048] Таким образом, создается своеобразная градиентная телескопическая система без оптической оси. В случае, если качество изготовления градиентной пластины 1 и второй градиентной пластины 4 будет высоким, т.е. одинаковое изменение показателя преломления по всему объему, то в торце второго оптического клина 5 можно увидеть изображение удаленных предметов с увеличением. А светосила такой оптической системы будет больше, чем у традиционной, поскольку изготовить градиентную пластину значительных размеров проще, чем сделать объектив такого же диаметра.

Claims (14)

1. Планарная градиентная оптическая система, включающая в себя градиентную пластину с плавно изменяющимся показателем преломления от большего значения Nв на верхней поверхности к меньшему значению Nн на нижней поверхности, и оптический клин с углом наклона β, примыкающий к нижней поверхности градиентной пластины и оптически с ней связанный.

2. Планарная градиентная оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что на верхнюю поверхность градиентной пластины нанесен прозрачный ребристый слой с показателем преломления Nв, соответствующим показателю преломления Nв верхней поверхности градиентной пластины, причем ребра выполнены с наклоном к поверхности градиентной пластины, обеспечивающим падение солнечных лучей на поверхность ребер под углом 90° или под углом, находящимся в диапазоне от 83° до 97°.

3. Планарная градиентная оптическая система по п. 1, отличающаяся тем, что угол наклона β оптического клина выполнен таким, что обеспечивается параллельность выхода зенитальных солнечных лучей из торца клина относительно поверхности градиентной пластины и выполняется соотношение β=γ/2, где γ - угол выхода зенитального луча из градиентной пластины, град.

4. Планарная градиентная оптическая система, включающая в себя первую градиентную пластину с плавно изменяющимся показателем преломления от большего значения Nв на верхней поверхности к меньшему значению Nн на нижней поверхности, первый оптический клин с углом наклона β, примыкающий к нижней поверхности первой градиентной пластины и оптически с ней связанный, при этом вдоль торцевой поверхности первого оптического клина с воздушным зазором расположена вторая градиентная пластина, имеющая показатели преломления Nв и Nн, соответствующие показателям преломления Nв и Nн первой градиентной пластины, причем на поверхности второй градиентной пластины, противоположной торцевой поверхности первого оптического клина, размещен второй оптический клин с углом наклона β, равному углу наклона первого оптического клина.

5. Планарная градиентная оптическая система по п. 4, отличающаяся тем, что на верхнюю поверхность первой градиентной пластины нанесен прозрачный ребристый слой с показателем преломления Nв, соответствующим показателю преломления Nв верхней поверхности первой градиентной пластины, причем ребра выполнены с наклоном к поверхности первой градиентной пластины, обеспечивающим падение солнечных лучей на поверхность ребер под углом 90° или под углом, находящимся в диапазоне от 83° до 97°.

6. Планарная градиентная оптическая система по п. 4, отличающаяся тем, что угол наклона β первого оптического клина и второго оптического клина выполнен таким, что обеспечивается параллельность выхода зенитальных солнечных лучей из торца клина относительно поверхности градиентной пластины и выполняется соотношение β=γ/2, где γ - угол выхода зенитального луча из первой градиентной пластины или второй градиентной пластины, град.

7. Планарная градиентная оптическая система по п. 4 или 6, отличающаяся тем, что на поверхность второй градиентной пластины, обращенной к торцевой поверхности первого оптического клина, нанесен прозрачный ребристый слой, имеющий показатель преломления Nв, соответствующий показателю преломления Nв второй градиентной пластины, причем ребра наклонены к поверхности второй градиентной пластины таким образом, что солнечные лучи, выходящие из торцевой поверхности первого оптического клина, падают на поверхность ребер под углом 90° или под углом, находящимся в диапазоне от 83° до 97°.

8. Планарная градиентная оптическая система по любому из пп. 4-7, отличающаяся тем, что на выходе оптической системы к торцевой поверхности второго оптического клина подведен пучок волоконных световодов, причем параметры градиентной системы и волоконных световодов связаны следующим соотношением:

к = L/h = sinα_св / sinα_солн, где

к - коэффициент концентрации или увеличения системы;

L - длина (ширина) градиентной пластины, м;

h - высота торцевой поверхности оптического клина, м;

α_св - угол расходимости волоконного световода, град;

α_солн - угол расходимости солнечных лучей, град.

Images