一種基于微納結構的新型高透過率菲涅爾透鏡的制作方法

本發明涉及光學器件技術領域，特別涉及一種基于微納結構的新型高透過率菲涅爾透鏡。

背景技術：

菲涅爾透鏡(Fresnel lens)，又名螺紋透鏡，多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是根據光的干涉及擾射以及相對靈敏度和接收角度要求來設計的，多用于對精度要求不是很高的場合，如幻燈機、薄膜放大鏡、紅外探測器等。從剖面看，菲涅爾透鏡的表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點，也就是透鏡的焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光線調整成平行光或聚光。當利用其聚光性能時，透光性越強越好。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種可提高電磁波透過率的基于微納結構的新型高透過率菲涅爾透鏡。

為了實現上述發明目的，本發明實施例提供了以下技術方案：

一種基于微納結構的新型高透過率菲涅爾透鏡，包括透鏡本體，所述透鏡本體的一面為光面，另一面為帶凹槽的曲面，所述曲面的表面設置有N個微納單元，所述微納單元為三棱錐結構，所述微納單元的底邊長度為0.05-0.5um，所述微納單元的高度大于三條底邊中最長底邊長度的0.3倍，N為大于1的整數。

進一步優化地，所述微納單元為正三棱錐結構。

進一步優化地，所述微納單元的底邊長度為0.15um。

進一步優化地，所述微納單元的高度為底邊長度的0.5倍。

進一步優化地，N為2的倍數，所述N個微納單元中，每兩個微納單元組成一個底面為平行四邊形的單元陣列。

進一步優化地，N為6的倍數，所述N個微納單元中，每六個微納單元組成一個底面為正六邊形的單元陣列。

與現有技術相比，本發明提供的基于微納結構的新型高透過率菲涅爾透鏡，透鏡本體的曲面設置有三棱錐體的微納單元，可以有效地提升入射電磁波的透過率，提高太陽能電池的光電轉化率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明實施例提供的微納單元的結構示意圖。

圖2為本發明實施例提供的單元陣列的結構示意圖。

圖3為本發明實施例提供的基于微納結構的新型高透過率菲涅爾透鏡的曲面的示意圖。

曲面100；微納單元200。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1-3，圖1示出了微納單元的結構，圖2示出了單元陣列的結構，圖3示出了透鏡本體的曲面的結構，由于曲面表面設置的微納單元或單元陣列太小，為了便于清楚展示本實施例中透鏡本體曲面的結構，圖3中對曲面表面設置的微納單元進行了放大展示。需要說明的是，透鏡本體的整個曲面的表面均設置了微納單元，圖3中的放大顯示部分僅顯示了曲面的一個微小局部的放大后的示意圖。

本實施例中提供的基于微納結構的新型高透過率菲涅爾透鏡，包括透鏡本體，所述透鏡本體的一面為光面，另一面為帶凹槽的曲面100，該曲面100的表面設置有N個能夠吸收太陽光的微納單元200，N為大于1的整數，所述微納單元為正三棱錐結構，所述微納單元的底邊長度為0.15um，所述微納單元的高度為底邊長度的0.5倍。

本實施例中提供的基于微納結構的新型高透過率菲涅爾透鏡，可以提高電磁波透過率，其原理是：三棱錐結構的微納單元，將曲面的表面的折射率1--n(1為空氣折射率，n為介質折射率)的突變，轉化為從空氣1逐步變化為n,因此可以有效提高電磁波的阻抗匹配程度，進而達到有效提升透過率的目的。由于自然光照射到基于微納結構的新型高透過率菲涅爾透鏡的曲面后，大部分 區域均為斜入射，所以，采用微納結構，特別是三棱錐體的微納結構可以改善基于微納結構的新型高透過率菲涅爾透鏡曲面的透過率，對于提升聚光太陽能電池的轉換效率具有重大意義。

理論上，微納單元為椎體結構，例如四棱錐、六棱錐等結構，均有提升透過率的效果，但是經過測驗發現，三棱錐的透過率提升效果最好，因此本實施例中僅以三棱錐為最佳實施方式。

微納單元設置為正三棱錐結構的目的是為了便于微納單元之間組成單元陣列，例如，本實施例中，當微納單元為6的整數倍時，每六個微納單元組成一個正六邊形的單元陣列，如圖2所示。當然，也可以是每兩個微納單元組成一個底面為平行四邊形單元陣列，或者每三個微納單元組成一個底面為梯形單元陣列，等等。容易理解的，作為一種可實施方式，該微納單元也可以是普通的三棱錐結構，即微納單元的底面為非正三角形。

由上述原理可知,折射率由1逐漸變化到n的過程越長，電磁波透過率的提升效果越明顯。發明人經過研究及多次試驗，試驗結果與理論相符，隨著微納單元高度的增加，其透過率提升效果越明顯，特別是在高度為底邊長度的0.3倍以后，透過率提升效果明顯，在0.3倍及以下，折射率變化過程較短，透過率提升效果可忽略，因此實施時可以限定微納單元的高度大于最長底邊長度的0.3倍。

容易理解的，針對于同樣面積的玻璃平板，使用的微納單元或單元陣列越多，透過率提升效果越好，即微納單元的底面面積越小，電磁波透過率提升效果越好，因此微納單元的底邊長度不宜過大。但是微納單元的底邊越小，其制造難度越大，相應地成本也會增加。另一方面，隨著微納單元的底面面積逐漸 減小，電磁波透過率提升效果越來越好，但是不是呈線性關系。因此，基于透過率與實施難度的綜合考慮，微納單元的底邊長度以0.05-0.5um為佳，例如0.05um、0.1um、0.05um、0.15um、0.25um、0.4um、0.5um，都是不錯的選擇，尤其以0.15um為佳。

采用本實施例提供的基于微納結構的新型高透過率菲涅爾透鏡，不僅可有效提升垂直入射電磁波的透過率(以石英玻璃為例，經過測試，可從89％升高到96％)，同時還可以對側面(傾斜)入射的電磁波進行增透，透過率可從60％提升到大于85％。三棱錐體結構的微納單元組成的六邊形單元陣列密集排布于透鏡本體的曲面，可降低改變太陽光偏振等特性的程度。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。