太阳能传输用空芯光纤的制备与损耗研究

【摘要】： 为解决地球上日益紧张的能源危机,人们逐渐将目光转向太阳能,选择纤维光学和太阳能利用技术结合的方法对室内进行照明,可以最大程度的节约能源。本文以太阳能传输用空芯光纤的制备与损耗研究为课题,选取内径为lmm光纤作为基管,利用液相法在内壁先后镀制金属银膜和电介质PMMA膜层,通过太阳能收集器耦合进入Ag/PMMA泄漏型空芯光纤后,测试其损耗和衰减速率,评价其传输性能。 本实验中设计的太阳能收集器主要收集380—1500nm波长范围的光,根据抛物面镜聚焦原理把平行入射的太阳能汇聚成一个点光源,再导入空芯光纤进行传输。把光纤与收集器组装后,为了减小光斑直径引起的能量密度带来的影响和误差,测量中午十二点至两点时间范围段太阳能光密度变化变化来评价装置的稳定性。 Ag/PMMA泄漏型空芯光纤利用全反射原理传输太阳光,金属银膜在380—1500nm波长范围内反射率高达90%,为减小银膜表面氧化引起的色散效应,须在银膜上涂覆PMMA透明电介质层,对Ag/PMMA复合薄膜结构空芯光纤进行分析表征,通过SEM、FESEM测试研究薄膜的表面形貌和厚度,通过可见-近红外分光光度计来测试薄膜反射率,通过多功能光纤损耗测试仪来测试空芯光纤的损耗和损耗和衰减速率,可得出如下实验结果： 1、通过对泄漏型空芯光纤结构理论的分析,确定了金属银膜厚度为0.2岬；PMMA电介质层理论最佳折射率为(?),厚度为74nm。 2、在基管内镀制银膜时,确定银氨液和还原液浓度分别为0.1mol／L,0.025mol／L,反应温度为18℃,时间为2min,基管内流量定2.5ml／min。选取质量比为0.25%PMMA丙酮溶液制备电介质层,镀制流量为2.5ml／min,反应时间为30s,制备的厚度为70nm。 3、对碟式太阳能收集装置的稳定性进行测试,中午十二点到两点间光密度变化为0.04mw／cm2／min,中午一点左右可获得较强的光密度,可作为测试时间。 4、从Ag与Ag/PMMA结构空芯光纤的损耗值比较可知,PMMA电介质膜可有效降低衰减速率,后者衰减速率约为0.05mw／cm2／天,对于Ag/PMMA空芯光纤进行太阳光传输应用于生活生产中有重要的意义。 【关键词】：Ag/PMMA空芯光纤 太阳能收集器 传输损耗和衰减速率
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TN253
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 太阳能技术利用现状8-11
• 1.2 光纤传能的应用发展与空芯光纤的研究现状11-14
• 1.2.1 光纤传能的应用发展11-12
• 1.2.2 空芯光纤的研究现状12-14
• 1.3 太阳能收集器研究背景14-15
• 1.4 光纤传光的物理过程和影响因素15-18
• 1.4.1 光纤传光的物理过程15-16
• 1.4.2 光纤影响因素16-18
• 1.5 选题的研究目的和意义18-20
• 第2章 电介质/金属空芯光纤的传输原理与结构设计20-27
• 2.1 泄漏型空芯光纤的传输原理20-21
• 2.2 金属膜层材料的选择21-25
• 2.3 电介质膜层材料的选择25-27
• 第3章 空芯光纤的制备27-38
• 3.1 实验药品及仪器28-29
• 3.1.1 实验药品28
• 3.1.2 实验仪器28-29
• 3.2 石英毛细管的预处理29-31
• 3.2.1 石英毛细管的清洗29-30
• 3.2.2 石英毛细管的敏化30-31
• 3.3 金属银膜的制备31-35
• 3.3.1 制备原理31-32
• 3.3.2 实验影响因子32-34
• 3.3.3 实验步骤34-35
• 3.4 PMMA电介质膜的制备35-37
• 3.4.1 溶剂的选择35-36
• 3.4.2 PMMA膜层的制备36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 膜层性能测试与分析38-48
• 4.1 基管内反应物流量的影响38-39
• 4.2 反应浓度的影响39-41
• 4.3 反应时间的影响41-43
• 4.4 光照时间对成膜的影响43-44
• 4.5 PMMA电介质膜性能测试44-47
• 4.5.1 PMMA浓度对膜层的影响44-46
• 4.5.2 PMMA膜层厚度均匀性比较46-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 太阳能收集器性能48-51
• 5.1 太阳能收集器原理和结构48
• 5.2 太阳能收集器与光纤的组装48-49
• 5.3 太阳能收集装置的稳定性测试49-51
• 第6章 空芯光纤传输损耗测试51-57
• 6.1 光源与光纤的耦合51
• 6.2 氙灯光源的特点51-52
• 6.3 光纤损耗的测试原理52-53
• 6.4 空芯光纤损耗测试结果分析53-57
• 第7章 结论57-58
• 参考文献58-61
• 致谢61-62
• 攻读硕士期间发表的论文62

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