适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置的制造方法
适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳模拟技术领域，具体涉及一种适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置。
【背景技术】
[0002]太阳模拟技术领域的发展与我国空间科学的发展密切相关。太阳模拟器是在室内模拟在不同大气质量条件下太阳光辐照特性的一种试验或定标设备，多用于空间飞行器的地面环境模拟试验，已经成为我国空间科学中在地面进行空间环境模拟试验研究的重要组成部分，为航天器提供与太阳光谱分布相匹配的、均匀的、准直稳定的光辐照。光学积分器装置是太阳模拟器中的核心部件，是实现输出光束均匀化的关键所在。
[0003]光学积分器是太阳模拟器的关键部件，也处于太阳模拟器系统中能量最为集中的位置，对于小功率太阳模拟器来说，强制风冷即可满足太阳模拟器的散热需求，但对于大功率太阳模拟器来说，光学积分器需要高压水冷的冷却方式，部分高能量系统还要配以强制风冷、液氮冷却等外部冷却方式。
[0004]大功率太阳模拟器装置的光学积分器设计，欧空局的WSA/TVA太阳模拟器的光学积分器比较典型，光学积分器包括入水口、水冷通道、光学积分器安装板、元素透镜和出水口，外部冷却机构。具体结构关系是，光学积分器安装板是整体光学积分器的支撑基础，在其上为元素透镜预留安装接口，通过与元素透镜固连形成太阳模拟器中光学积分器的光束通道；同时在安装接口之间置有通水沟槽，通过加工形成密闭的水冷通道。水冷通道分别与入水口和出水口固连，入水口、水冷通道和出水口形成了光学积分器整体的水冷结构，配以外部冷却，形成整体的系统冷却。其原理为:太阳模拟器中从光源发出的光经过聚焦后到达光学积分器，形成能量集中的光束，一部分光通过元素透镜的光学通道及后续光学系统到达辐照面，为有效通光;另一部分则被光学积分器截留，使得光学积分器温度升高，入水口、水冷通道和出水口所构成的水冷系统，通过内置水的循环，将光学积分器所截留的这部分能量，以热能的形式带走，使得光学积分器的温度不至于过高而失效。
[0005]但上述技术方案存在的主要问题为:有效通光口径占总通光口径比率较低，即光学积分器的能量利用率较低。一方面使得积分器截留的能量增加，提高了冷却压力，另一方面造成了能量浪费，使得到达最终辐照面能量的减少，降低了太阳模拟器的技术指标;各元素透镜之间的间隔对能量利用率影响较大，为了尽可能的提高能量利用率，则各元素透镜之间间隔势必会很小，大大增加了水冷通道的加工难度。
【发明内容】
[0006]本发明为解决现有光学积分器的能量利用率低，且由于积分器截留的能量增加，提高了冷却压力的同时造成了能量浪费，导致太阳模拟器技术指标降低等问题，提供一种适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置。
[0007]适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，包括在光学积分器安装板的中心开设有用于安装第一光学积分器镜组的接口，在所述第一光学积分器镜组的接口的周围均布多个第二光学积分器镜组的接口，所述第一光学积分器镜组的接口与每个第二光学积分器镜组的接口之间以及相邻第二光学积分器镜组的接口之间设有通水沟槽，并将所述通水沟槽加工形成密闭的水冷通道；
[0008]在所述光学积分器安装板的外侧设置多个入水口水冷接头和多个出水口水冷接头，所述入水口接头和出水口接头间隔设置；
[0009]所述相邻第二光学积分器镜组的接口之间的水冷通道分别与入水口接头和出水口接头连接。
[0010]本发明的有益效果:本发明所述的太阳模拟器中从光源发出的光经过聚焦后到达光学积分器，形成能量非常集中光束，一部分通过六个光学积分器镜组和光学积分器镜组及后续光学系统到达辐照面，为有效通光;另一部分被光学积分器截留，使得光学积分器温度升高；入水口的水冷接头和出水口的水冷接头以及水冷通道构成光学积分器的水冷系统，通过内置水的循环，将光学积分器所截留的这部分能量以热能的形式带走，使得光学积分器的温度不至于过高而失效。
[0011]本发明所述的积分器装置通过合理布局，大大提升了光学积分器的能量利用率，一方面能够提升太阳模拟器的系统性能指标，另一方面减少了光学积分器截留的能量，降低了冷却系统压力。同时，能够为水冷通道预留较大的加工空间而较小的影响能量利用率，大大的降低了水冷通道加工难度。
【附图说明】
[0012]图1为本发明所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置的总体结构示意图；
[0013]图2为本发明所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置中第一光学积分器镜组的结构示意图；
[0014]图3为本发明所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置中第二光学积分器镜组的结构示意图；
[0015]图4为图1的效果图；
[0016]图5为图2的效果图；
[0017]图6为图3的效果图。
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一、结合图1至图6说明本实施方式，适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，包括三个入水口水冷接头和三个出水口水冷接头，光学积分器安装板2，第二光学积分器镜组3，水冷通道4，第一光学积分器镜组3。
[0019]所述第二光学积分器镜组3包括第二镜组基板11、第一元素透镜12、第二元素透镜13和第三元素透镜14;第一光学积分器镜组8包括第一镜组基板15、第二元素透镜13和第三元素透镜14;
[0020]所述光学积分器安装板2是整体光学积分器安装基准，中心处为正六边形的第一光学积分器镜组8的安装接口，周边均布有六个异形的第二光学积分器镜组3的安装接口，在各安装接口之间置有通水沟槽，通过加工形成密闭的水冷通道4，水冷通道4分别与入水口水冷接头和出水口水冷接头相连，其中三个入水口水冷接头分别为第一入水口水冷接头
1、第二入水口水冷接头6、第三入水口水冷接头9，出水口水冷接头分别为第一出水口水冷接头5、第二出水口水冷接头7和第三出水口水冷接头10;第一光学积分器镜组8和六个第二光学积分器镜组3分别固连光学积分器安装板2预留的安装接口，形成光学积分器有效通光口径;入水口水冷接头和出水口水冷接头和水冷通道4形成光学积分器整体的水冷结构。
[0021]本实施方式中将统一为融石英玻璃的第二镜组基板6、两个第一元素透镜7、五个第二元素透镜13和两个第三元素透镜9，通过光胶胶合的方法形成整体，加工六个第二光学积分器镜组3;将统一为融石英玻璃的第一镜组基板15、十三个第二元素透镜13和六个第三元素透镜9通过光胶胶合的方法形成第一光学积分器镜组3;
[0022]然后按照图4加工光学积分器安装板2，光学积分器安装板2的材质为无氧铜，在光学积分器安装板2上分别加工第一光学积分器镜组8的安装接口、第二光学积分器镜组3的安装接口和水冷通道4。其中第一光学积分器镜组8的安装接口位于中心，为正六边形，周边均布六个异形的第二光学积分器镜组3的安装接口，在第一光学积分器镜组8和第二光学积分器镜组3的安装接口之间，为水冷通道4。光学积分器安装板2的周边加工第一入水口水冷接头1、第二入水口水冷接头6、第三入水口水冷接头9，出水口水冷接头分别为第一出水口水冷接头5、第二出水口水冷接头7和第三出水口水冷接头10的安装接口，安装接口与水冷通道4相连；
[0023]在光学积分器安装板2的加工全部完成后，在迎光面镀金反射膜。最后依据图4所不的光学积分器总体结构不意图，将第二光学积分器镜组3、第一光学积分器镜组8以及第一入水口水冷接头1、第二入水口水冷接头6、第三入水口水冷接头9、第一出水口水冷接头
5、第二出水口水冷接头7和第三出水口水冷接头10分别安装到光学积分器安装板2上，最终达到图3所示效果，获得高有效通光低加工难度的光学积分器。并和外部冷却机构形成系统整体冷却方式。
[0024]本实施方式所述的光学积分器装置中的水冷结构可以与外部冷却机构组合，形成系统整体冷却方式。
【主权项】
1.适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征是，包括在光学积分器安装板(2)的中心开设有用于安装第一光学积分器镜组的接口，在所述第一光学积分器镜组的接口的周围均布多个第二光学积分器镜组的接口，所述第一光学积分器镜组的接口与每个第二光学积分器镜组的接口之间以及相邻第二光学积分器镜组的接口之间设有通水沟槽，并将所述通水沟槽加工形成密闭的水冷通道(4); 在所述光学积分器安装板(2)的外侧设置多个入水口水冷接头和多个出水口水冷接头，所述入水口接头和出水口接头间隔设置； 所述相邻第二光学积分器镜组的接口之间的水冷通道(4)分别与入水口接头和出水口接头连接。2.根据权利要求1所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征在于，所述第一光学积分器镜组(8)为正六边形结构，包括在第一镜组基板(15)上对称安装的多个第二元素透镜(13)和对称安装的多个第三元素透镜(14)。3.根据权利要求1所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征在于，所述第二光学积分器镜组(3)包括在第二镜组基板(11)对称安装的多个第一元素透镜(12)，对称安装的多个第二元素透镜(13)和对称多个安装第三元素透镜(14)。4.根据权利要求3所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征在于，所述第二光学积分器镜组(3)为六个。5.根据权利要求2所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征在于，所述第一镜组基板(15)为融石英玻璃的镜组基板。6.根据权利要求3所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征在于，第二镜组基板(11)为融石英玻璃的镜组基板。
【专利摘要】适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，涉及太阳模拟技术领域，解决现有光学积分器的能量利用率低，且由于积分器截留的能量增加，造成了能量浪费，导致太阳模拟器技术指标降低等问题，包括在光学积分器安装板的中心开设有第一光学积分器镜组的接口，在第一光学积分器镜组的接口的周围均布多个第二光学积分器镜组的接口，第一光学积分器镜组的接口与每个第二光学积分器镜组的接口之间以及相邻第二光学积分器镜组的接口之间设有水冷通道；在安装板的外侧设置多个入水口水冷接头和多个出水口水冷接头，相邻第二光学积分器镜组的接口之间的水冷通道分别与入水口接头和出水口接头连接。本发明大大的降低了水冷通道加工难度。
【IPC分类】G02B7/00, G02B27/09
【公开号】CN105487235
【申请号】CN201510967094
【发明人】顾国超, 刘洪波, 陈家奇, 王丽, 高雁
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月22日
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳模拟技术领域，具体涉及一种适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置。
【背景技术】
[0002]太阳模拟技术领域的发展与我国空间科学的发展密切相关。太阳模拟器是在室内模拟在不同大气质量条件下太阳光辐照特性的一种试验或定标设备，多用于空间飞行器的地面环境模拟试验，已经成为我国空间科学中在地面进行空间环境模拟试验研究的重要组成部分，为航天器提供与太阳光谱分布相匹配的、均匀的、准直稳定的光辐照。光学积分器装置是太阳模拟器中的核心部件，是实现输出光束均匀化的关键所在。
[0003]光学积分器是太阳模拟器的关键部件，也处于太阳模拟器系统中能量最为集中的位置，对于小功率太阳模拟器来说，强制风冷即可满足太阳模拟器的散热需求，但对于大功率太阳模拟器来说，光学积分器需要高压水冷的冷却方式，部分高能量系统还要配以强制风冷、液氮冷却等外部冷却方式。
[0004]大功率太阳模拟器装置的光学积分器设计，欧空局的WSA/TVA太阳模拟器的光学积分器比较典型，光学积分器包括入水口、水冷通道、光学积分器安装板、元素透镜和出水口，外部冷却机构。具体结构关系是，光学积分器安装板是整体光学积分器的支撑基础，在其上为元素透镜预留安装接口，通过与元素透镜固连形成太阳模拟器中光学积分器的光束通道；同时在安装接口之间置有通水沟槽，通过加工形成密闭的水冷通道。水冷通道分别与入水口和出水口固连，入水口、水冷通道和出水口形成了光学积分器整体的水冷结构，配以外部冷却，形成整体的系统冷却。其原理为:太阳模拟器中从光源发出的光经过聚焦后到达光学积分器，形成能量集中的光束，一部分光通过元素透镜的光学通道及后续光学系统到达辐照面，为有效通光;另一部分则被光学积分器截留，使得光学积分器温度升高，入水口、水冷通道和出水口所构成的水冷系统，通过内置水的循环，将光学积分器所截留的这部分能量，以热能的形式带走，使得光学积分器的温度不至于过高而失效。
[0005]但上述技术方案存在的主要问题为:有效通光口径占总通光口径比率较低，即光学积分器的能量利用率较低。一方面使得积分器截留的能量增加，提高了冷却压力，另一方面造成了能量浪费，使得到达最终辐照面能量的减少，降低了太阳模拟器的技术指标;各元素透镜之间的间隔对能量利用率影响较大，为了尽可能的提高能量利用率，则各元素透镜之间间隔势必会很小，大大增加了水冷通道的加工难度。
【发明内容】
[0006]本发明为解决现有光学积分器的能量利用率低，且由于积分器截留的能量增加，提高了冷却压力的同时造成了能量浪费，导致太阳模拟器技术指标降低等问题，提供一种适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置。
[0007]适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，包括在光学积分器安装板的中心开设有用于安装第一光学积分器镜组的接口，在所述第一光学积分器镜组的接口的周围均布多个第二光学积分器镜组的接口，所述第一光学积分器镜组的接口与每个第二光学积分器镜组的接口之间以及相邻第二光学积分器镜组的接口之间设有通水沟槽，并将所述通水沟槽加工形成密闭的水冷通道；
[0008]在所述光学积分器安装板的外侧设置多个入水口水冷接头和多个出水口水冷接头，所述入水口接头和出水口接头间隔设置；
[0009]所述相邻第二光学积分器镜组的接口之间的水冷通道分别与入水口接头和出水口接头连接。
[0010]本发明的有益效果:本发明所述的太阳模拟器中从光源发出的光经过聚焦后到达光学积分器，形成能量非常集中光束，一部分通过六个光学积分器镜组和光学积分器镜组及后续光学系统到达辐照面，为有效通光;另一部分被光学积分器截留，使得光学积分器温度升高；入水口的水冷接头和出水口的水冷接头以及水冷通道构成光学积分器的水冷系统，通过内置水的循环，将光学积分器所截留的这部分能量以热能的形式带走，使得光学积分器的温度不至于过高而失效。
[0011]本发明所述的积分器装置通过合理布局，大大提升了光学积分器的能量利用率，一方面能够提升太阳模拟器的系统性能指标，另一方面减少了光学积分器截留的能量，降低了冷却系统压力。同时，能够为水冷通道预留较大的加工空间而较小的影响能量利用率，大大的降低了水冷通道加工难度。
【附图说明】
[0012]图1为本发明所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置的总体结构示意图；
[0013]图2为本发明所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置中第一光学积分器镜组的结构示意图；
[0014]图3为本发明所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置中第二光学积分器镜组的结构示意图；
[0015]图4为图1的效果图；
[0016]图5为图2的效果图；
[0017]图6为图3的效果图。
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一、结合图1至图6说明本实施方式，适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，包括三个入水口水冷接头和三个出水口水冷接头，光学积分器安装板2，第二光学积分器镜组3，水冷通道4，第一光学积分器镜组3。
[0019]所述第二光学积分器镜组3包括第二镜组基板11、第一元素透镜12、第二元素透镜13和第三元素透镜14;第一光学积分器镜组8包括第一镜组基板15、第二元素透镜13和第三元素透镜14;
[0020]所述光学积分器安装板2是整体光学积分器安装基准，中心处为正六边形的第一光学积分器镜组8的安装接口，周边均布有六个异形的第二光学积分器镜组3的安装接口，在各安装接口之间置有通水沟槽，通过加工形成密闭的水冷通道4，水冷通道4分别与入水口水冷接头和出水口水冷接头相连，其中三个入水口水冷接头分别为第一入水口水冷接头
1、第二入水口水冷接头6、第三入水口水冷接头9，出水口水冷接头分别为第一出水口水冷接头5、第二出水口水冷接头7和第三出水口水冷接头10;第一光学积分器镜组8和六个第二光学积分器镜组3分别固连光学积分器安装板2预留的安装接口，形成光学积分器有效通光口径;入水口水冷接头和出水口水冷接头和水冷通道4形成光学积分器整体的水冷结构。
[0021]本实施方式中将统一为融石英玻璃的第二镜组基板6、两个第一元素透镜7、五个第二元素透镜13和两个第三元素透镜9，通过光胶胶合的方法形成整体，加工六个第二光学积分器镜组3;将统一为融石英玻璃的第一镜组基板15、十三个第二元素透镜13和六个第三元素透镜9通过光胶胶合的方法形成第一光学积分器镜组3;
[0022]然后按照图4加工光学积分器安装板2，光学积分器安装板2的材质为无氧铜，在光学积分器安装板2上分别加工第一光学积分器镜组8的安装接口、第二光学积分器镜组3的安装接口和水冷通道4。其中第一光学积分器镜组8的安装接口位于中心，为正六边形，周边均布六个异形的第二光学积分器镜组3的安装接口，在第一光学积分器镜组8和第二光学积分器镜组3的安装接口之间，为水冷通道4。光学积分器安装板2的周边加工第一入水口水冷接头1、第二入水口水冷接头6、第三入水口水冷接头9，出水口水冷接头分别为第一出水口水冷接头5、第二出水口水冷接头7和第三出水口水冷接头10的安装接口，安装接口与水冷通道4相连；
[0023]在光学积分器安装板2的加工全部完成后，在迎光面镀金反射膜。最后依据图4所不的光学积分器总体结构不意图，将第二光学积分器镜组3、第一光学积分器镜组8以及第一入水口水冷接头1、第二入水口水冷接头6、第三入水口水冷接头9、第一出水口水冷接头
5、第二出水口水冷接头7和第三出水口水冷接头10分别安装到光学积分器安装板2上，最终达到图3所示效果，获得高有效通光低加工难度的光学积分器。并和外部冷却机构形成系统整体冷却方式。
[0024]本实施方式所述的光学积分器装置中的水冷结构可以与外部冷却机构组合，形成系统整体冷却方式。
【主权项】
1.适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征是，包括在光学积分器安装板(2)的中心开设有用于安装第一光学积分器镜组的接口，在所述第一光学积分器镜组的接口的周围均布多个第二光学积分器镜组的接口，所述第一光学积分器镜组的接口与每个第二光学积分器镜组的接口之间以及相邻第二光学积分器镜组的接口之间设有通水沟槽，并将所述通水沟槽加工形成密闭的水冷通道(4); 在所述光学积分器安装板(2)的外侧设置多个入水口水冷接头和多个出水口水冷接头，所述入水口接头和出水口接头间隔设置； 所述相邻第二光学积分器镜组的接口之间的水冷通道(4)分别与入水口接头和出水口接头连接。2.根据权利要求1所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征在于，所述第一光学积分器镜组(8)为正六边形结构，包括在第一镜组基板(15)上对称安装的多个第二元素透镜(13)和对称安装的多个第三元素透镜(14)。3.根据权利要求1所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征在于，所述第二光学积分器镜组(3)包括在第二镜组基板(11)对称安装的多个第一元素透镜(12)，对称安装的多个第二元素透镜(13)和对称多个安装第三元素透镜(14)。4.根据权利要求3所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征在于，所述第二光学积分器镜组(3)为六个。5.根据权利要求2所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征在于，所述第一镜组基板(15)为融石英玻璃的镜组基板。6.根据权利要求3所述的适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，其特征在于，第二镜组基板(11)为融石英玻璃的镜组基板。
【专利摘要】适用于大功率太阳模拟器的高能量利用率光学积分器装置，涉及太阳模拟技术领域，解决现有光学积分器的能量利用率低，且由于积分器截留的能量增加，造成了能量浪费，导致太阳模拟器技术指标降低等问题，包括在光学积分器安装板的中心开设有第一光学积分器镜组的接口，在第一光学积分器镜组的接口的周围均布多个第二光学积分器镜组的接口，第一光学积分器镜组的接口与每个第二光学积分器镜组的接口之间以及相邻第二光学积分器镜组的接口之间设有水冷通道；在安装板的外侧设置多个入水口水冷接头和多个出水口水冷接头，相邻第二光学积分器镜组的接口之间的水冷通道分别与入水口接头和出水口接头连接。本发明大大的降低了水冷通道加工难度。
【IPC分类】G02B7/00, G02B27/09
【公开号】CN105487235
【申请号】CN201510967094
【发明人】顾国超, 刘洪波, 陈家奇, 王丽, 高雁
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月22日
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