曲面微透镜阵列光学积分器设计

针对多光源太阳模拟器聚光系统大角度出射光束经匀光系统后，辐照面上光斑有效辐照面积占比少、辐照均匀性低等问题，提出一种曲面微透镜阵列光学积分器设计方法。基于矩阵光学，分析微透镜阵列在匀光过程中的光束传输路径，推导辐照面光束分布与微透镜阵列各参数间的关系。利用衍射理论，建立微透镜阵列子透镜口径与辐照面复振幅分布数学模型，定性分析子透镜口径和投影距离对辐照均匀性的影响。以场镜曲面微透镜阵列代替平面微透镜阵列，增大入射光接收面积，并对场镜微透镜阵列的子透镜进行分类设计；同时，对光学积分器采用玻璃精密模压技术进行加工的可行性分析。最后，通过Lighttools仿真分析对所设计的曲面微透镜阵列光学积分器进行评价。结果表明：在同一辐照面内，曲面微透镜阵列光学积分器有效辐照面积占总辐照面积的50.43%，有效辐照面积内98.60%的辐照均匀性达到A类太阳模拟器的辐照标准，两项指标均优于平面微透镜阵列光学积分器的46.40%和97.18%；辐照度最大值相对于平面微透镜阵列光学积分器降低20.58%，仍满足一个太阳常数的指标要求。