一种基于微纳结构的新型高透过率菲涅尔透镜的制作方法

本发明涉及光学器件技术领域，特别涉及一种基于微纳结构的新型高透过率菲涅尔透镜。

背景技术：

菲涅尔透镜(Fresnel lens)，又名螺纹透镜，多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角度要求来设计的，多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。从剖面看，菲涅尔透镜的表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。当利用其聚光性能时，透光性越强越好。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可提高电磁波透过率的基于微纳结构的新型高透过率菲涅尔透镜。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种基于微纳结构的新型高透过率菲涅尔透镜，包括透镜本体，所述透镜本体的一面为光面，另一面为带凹槽的曲面，所述曲面的表面设置有N个微纳单元，所述微纳单元为三棱锥结构，所述微纳单元的底边长度为0.05-0.5um，所述微纳单元的高度大于三条底边中最长底边长度的0.3倍，N为大于1的整数。

进一步优化地，所述微纳单元为正三棱锥结构。

进一步优化地，所述微纳单元的底边长度为0.15um。

进一步优化地，所述微纳单元的高度为底边长度的0.5倍。

进一步优化地，N为2的倍数，所述N个微纳单元中，每两个微纳单元组成一个底面为平行四边形的单元阵列。

进一步优化地，N为6的倍数，所述N个微纳单元中，每六个微纳单元组成一个底面为正六边形的单元阵列。

与现有技术相比，本发明提供的基于微纳结构的新型高透过率菲涅尔透镜，透镜本体的曲面设置有三棱锥体的微纳单元，可以有效地提升入射电磁波的透过率，提高太阳能电池的光电转化率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的微纳单元的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的单元阵列的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的基于微纳结构的新型高透过率菲涅尔透镜的曲面的示意图。

曲面100；微纳单元200。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，图1示出了微纳单元的结构，图2示出了单元阵列的结构，图3示出了透镜本体的曲面的结构，由于曲面表面设置的微纳单元或单元阵列太小，为了便于清楚展示本实施例中透镜本体曲面的结构，图3中对曲面表面设置的微纳单元进行了放大展示。需要说明的是，透镜本体的整个曲面的表面均设置了微纳单元，图3中的放大显示部分仅显示了曲面的一个微小局部的放大后的示意图。

本实施例中提供的基于微纳结构的新型高透过率菲涅尔透镜，包括透镜本体，所述透镜本体的一面为光面，另一面为带凹槽的曲面100，该曲面100的表面设置有N个能够吸收太阳光的微纳单元200，N为大于1的整数，所述微纳单元为正三棱锥结构，所述微纳单元的底边长度为0.15um，所述微纳单元的高度为底边长度的0.5倍。

本实施例中提供的基于微纳结构的新型高透过率菲涅尔透镜，可以提高电磁波透过率，其原理是：三棱锥结构的微纳单元，将曲面的表面的折射率1--n(1为空气折射率，n为介质折射率)的突变，转化为从空气1逐步变化为n,因此可以有效提高电磁波的阻抗匹配程度，进而达到有效提升透过率的目的。由于自然光照射到基于微纳结构的新型高透过率菲涅尔透镜的曲面后，大部分 区域均为斜入射，所以，采用微纳结构，特别是三棱锥体的微纳结构可以改善基于微纳结构的新型高透过率菲涅尔透镜曲面的透过率，对于提升聚光太阳能电池的转换效率具有重大意义。

理论上，微纳单元为椎体结构，例如四棱锥、六棱锥等结构，均有提升透过率的效果，但是经过测验发现，三棱锥的透过率提升效果最好，因此本实施例中仅以三棱锥为最佳实施方式。

微纳单元设置为正三棱锥结构的目的是为了便于微纳单元之间组成单元阵列，例如，本实施例中，当微纳单元为6的整数倍时，每六个微纳单元组成一个正六边形的单元阵列，如图2所示。当然，也可以是每两个微纳单元组成一个底面为平行四边形单元阵列，或者每三个微纳单元组成一个底面为梯形单元阵列，等等。容易理解的，作为一种可实施方式，该微纳单元也可以是普通的三棱锥结构，即微纳单元的底面为非正三角形。

由上述原理可知,折射率由1逐渐变化到n的过程越长，电磁波透过率的提升效果越明显。发明人经过研究及多次试验，试验结果与理论相符，随着微纳单元高度的增加，其透过率提升效果越明显，特别是在高度为底边长度的0.3倍以后，透过率提升效果明显，在0.3倍及以下，折射率变化过程较短，透过率提升效果可忽略，因此实施时可以限定微纳单元的高度大于最长底边长度的0.3倍。

容易理解的，针对于同样面积的玻璃平板，使用的微纳单元或单元阵列越多，透过率提升效果越好，即微纳单元的底面面积越小，电磁波透过率提升效果越好，因此微纳单元的底边长度不宜过大。但是微纳单元的底边越小，其制造难度越大，相应地成本也会增加。另一方面，随着微纳单元的底面面积逐渐 减小，电磁波透过率提升效果越来越好，但是不是呈线性关系。因此，基于透过率与实施难度的综合考虑，微纳单元的底边长度以0.05-0.5um为佳，例如0.05um、0.1um、0.05um、0.15um、0.25um、0.4um、0.5um，都是不错的选择，尤其以0.15um为佳。

采用本实施例提供的基于微纳结构的新型高透过率菲涅尔透镜，不仅可有效提升垂直入射电磁波的透过率(以石英玻璃为例，经过测试，可从89％升高到96％)，同时还可以对侧面(倾斜)入射的电磁波进行增透，透过率可从60％提升到大于85％。三棱锥体结构的微纳单元组成的六边形单元阵列密集排布于透镜本体的曲面，可降低改变太阳光偏振等特性的程度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。