Teori | Fremstilling | Anvendelse
Fresnel-linser består af en række koncentriske riller, der er ætset ind i plast. Deres tynde, lette konstruktion, tilgængelighed i små såvel som store størrelser og fremragende lysopsamlingsevne gør dem nyttige i en lang række anvendelsesområder. Fresnel-linser anvendes oftest til lysindsamling, f.eks. i kondensorsystemer eller emitter/detektor-opsætninger. De kan også anvendes som forstørrelses- eller projektionslinser i belysningssystemer og billedformulering.
En Fresnel-linse (udtales fray-NEL) erstatter den krumme overflade i en konventionel optisk linse med en række koncentriske riller. Disse konturer fungerer som individuelle brydningsflader, der bøjer parallelle lysstråler til en fælles brændvidde (figur 1). Som følge heraf kan en Fresnel-linse, selv om den har en fysisk smal profil, fokusere lyset på samme måde som en konventionel optisk linse, men har flere fordele i forhold til dens tykkere modstykke.
- Figur 1: Profil af en Fresnel-linse
- THEORIEN OM FRESNEL-LENSER
- Figur 2: Sideprofil sammenligning af en plano-konveks (PCX) og en fresnel-linse
- FABRIK AF FRESNEL-LINSER
- AFTALE EKSEMPLER
- Lys kollimering
- Figur 3: Lyskollimering af en punktkilde med en Fresnel-linse
- Lysopsamling
- Figur 4: Lyskollimering af en punktkilde med en Fresnel-linse
- Forstørrelse
Figur 1: Profil af en Fresnel-linse
THEORIEN OM FRESNEL-LENSER
Det drivende princip bag opfattelsen af en Fresnel-linse er, at lysets spredningsretning ikke ændres i et medium (medmindre det spredes). I stedet afbøjes lysstrålerne kun ved overfladerne i et medium. Som følge heraf tjener hovedparten af materialet i midten af en linse kun til at øge mængden af vægt og absorption i systemet.
For at drage fordel af denne fysiske egenskab begyndte fysikere i det 18. århundrede at eksperimentere med at skabe det, der i dag er kendt som en Fresnel-linse. På den tid blev der skåret riller i et stykke glas for at skabe ringformede ringe med en buet profil. Når denne buede profil blev ekstruderet, dannede den en konventionel, buet linse – enten sfærisk eller asfærisk (figur 2). På grund af denne lignende optiske egenskab i forhold til en konventionel optisk linse kan en Fresnel-linse give en lidt bedre fokuseringsevne, afhængigt af anvendelsen. Desuden giver en høj rilletæthed billeder af højere kvalitet, mens en lav rilletæthed giver en bedre effektivitet (som det er nødvendigt i lysindsamlingsapplikationer). Det er dog vigtigt at bemærke, at når der kræves billeddannelse med høj præcision, er konventionelle singlet-, doublet- eller asfæriske optiske linser stadig bedst.
Figur 2: Sideprofil sammenligning af en plano-konveks (PCX) og en fresnel-linse
FABRIK AF FRESNEL-LINSER
De første fresnel-linser blev fremstillet ved møjsommeligt slibning og polering af glas i hånden. Efterhånden blev smeltet glas hældt i forme, men det var først med udviklingen af plast af optisk kvalitet og sprøjtestøbningsteknologi i det 20. århundrede, at brugen af Fresnel-linser i mange industrielle og kommercielle anvendelser blev praktisk mulig.
Fresnel-linser kan fremstilles af en række forskellige substrater. De fremstilles af akryl til polycarbonat til vinyl, afhængigt af den ønskede bølgelængde. Akryl er det mest almindelige substrat på grund af dets høje transmittans i det synlige og ultraviolette (UV) område, men polycarbonat er det foretrukne substrat i barske miljøer på grund af dets modstandsdygtighed over for stød og høje temperaturer.
AFTALE EKSEMPLER
Mens den franske fysiker Augustin-Jean Fresnel (1788 – 1827) ikke var den første til at konceptualisere en Fresnel-linse, var han i stand til at gøre den populær ved at integrere den i fyrtårne. Siden da er Fresnel-linser blevet anvendt til en række forskellige formål, lige fra kollimering af lys og lysopsamling til forstørrelse.
Lys kollimering
En Fresnel-linse kan nemt kollimerer en punktkilde ved at placere den en brændvidde væk fra kilden. I et finite-konjugeret system skal den rillede side af Fresnel-linsen vende mod den længere konjugerethed (figur 3 – 4), da dette giver den bedste ydelse.
Figur 3: Lyskollimering af en punktkilde med en Fresnel-linse
Lysopsamling
En af de mest almindelige anvendelser for en Fresnel-linse er opsamling af sollys, som betragtes som meget næsten parallelt (et uendeligt konjugeret system). Anvendelse af en Fresnel-linse til lysopsamling er ideel til at koncentrere lyset på en solcelle eller til at opvarme en overflade. En Fresnel-linse kan f.eks. bruges til populær vedligeholdelse af hjemmet, f.eks. til opvarmning af et hus eller en pool! I disse tilfælde bestemmer linsens samlede overfladeareal mængden af opsamlet lys.
Figur 4: Lyskollimering af en punktkilde med en Fresnel-linse
Forstørrelse
En anden almindelig anvendelse for en Fresnel-linse er forstørrelse. Den kan bruges som forstørrelses- eller projektionslinse; på grund af den store forvrængning anbefales dette dog ikke. Desuden kan billedkvaliteten ikke sammenlignes med et system med højere præcision på grund af den store forvrængning.
Selv om Fresnel-linser almindeligvis anvendes i solcelleanvendelser, er de ideelle til enhver anvendelse, der kræver billige, tynde, lette positive linseelementer. Fresnel-linser er ikke en ny teknologi, men deres udbredelse er steget i takt med forbedringer i fremstillingsteknikker og materialer. Fresnel-linser er virkelig unikke optiske linser, hvilket gør dem til et fantastisk værktøj til en række interessante og sjove optiske designs.
Tak for din bedømmelse af dette indhold!
