花了好几天时间，把CPC的大部分知识弄懂了。花了两个半天时间把这些知识整理出来，希望对大家有帮助。有些概念还不是很清晰，文中难免有错漏，请大家多多指教。
\!tS|h Kc:}
K y 转载请注明作者：shogun@
www.opticsky.cn，E-mail：
charmingglass008@163.com H}$ hk !B3lsXLSY 同时，搭贴求两本书的电子版：《Nonimaging Optics》、《High Collection Nonimaging Optics》
> xt*( j&} 以下是正文：
p3NTI /-
Dy[
YL Xkv+"F=- CPC学习笔记 >5j Hgs# z4nVsgQ$ S}hg*mWn{$ shogun@
www.opticsky.cn，E-mail：
charmingglass008@163.com H? =D, oEWx9c{~$ %T&#JF+; §1.1什么是CPC（Compound Parabolic Concetrator）
DjT ekn CPC全名为复合抛物面聚光器。CPC及其多种变型广泛应用于太阳能系统中。CPC将光能量采集到焦平面，焦平面的吸收体吸收光能并转化为可储存的热能、电能等。
;')T}wuq H5N(MihT §1.2抛物线方程（Parabolic Function）
-e{H 8 ro -^ (NIl' 
>)N}V'9 如图1.1，抛物线的极坐标方程为：
.F~EQ % ρ=2f/(1+cosθ （1.1）
%-4e8d74/ 则抛物面的半口径R为：
qKL_1
~ R=ρsinθ （1.2）
B9_0 Yq 对于一束平行光，经理想抛物面反射后总能汇集到焦点。若将光源置于焦点位置，根据光路可逆性，从抛物面出来的是比较完美的平行光。抛物面的这个特性使它被广泛应用在各种照明系统中。
DT=! e< Ee2pGX 仔细分析，我们可以发现：
N[$(y}
!s AC+CF=BD+DF （1.3）
3\,TI`^C A、B为平行光束与平行光束垂直面m的交点。
[)gvP' 事实上，抛物线即是从平行光出发点到焦点光程相等点的轨迹的集合。后文的string method将用到这一概念。
XKsG2>l-W 在图1.1中，假设f=8mm，θ=135°，则R＝ρsinθ=38.6mm。
hfvs' . §1.3边缘光线原理（Edge-Ray Principle）
m,u?
^ W 对聚光器经常采用边缘光线法进行分析。边缘光线即是以最大入射角入射于聚光器边缘，并被反射器反射一次后出射在接收器（吸收面）边缘的光线。
7 #,+Q(2 §1.3.1聚光比（Concentration Ratio）
;D/'7f7.} 对于一个聚光器，我们定义聚光比为：
|yI?}zyR C＝Aentry/Aexit （1.4）
|7zm!^t $ Aentry为入射光束的截面积，Aexit 为出射光束的截面积；C越大，聚光效果越好。读者可以自行计算图1.2中聚光器的C值。（见式1.5）
qvOBvUR} §1.3.2接收角（Acceptance Angle）
oh;F]*k6 如图1.2，接收角定义为边缘光线被反射器反射一次后出射在接收器边缘时（仍在出射面内）入射光线与垂直方向的夹角θmax。
tE{7S/?h UY **3MK 
is}Fy>9i §1.3.3拉线法（String Method）分析抛物线轨迹
MjU>qx:: 如图1.2，将一根圆杆（rod）与水平面成θmax角放置于聚光器入射端。圆杆上有一个圆环，圆环上系有细线（string），细线的一端系于焦点d。将细线拉直，并保证垂直于圆杆，圆环从A走到C，细线另一头a走过的轨迹即为抛物线。显而易见，Aa+ad=Bb+bd=Cc+cd。
uF T\a= ^;YD3EZw 'q[V*4g 图1.2是拉线法的最简单示意。在Solar Energy System中，不同的吸收面（如Cylindrical Absorber）都可以用string method来显示反射面的轨迹。这种轨迹可能是渐开线与抛物线的结合。
T^GdN_qF >t8eVMMa B`hxF(_p/ §1.4抛物面的倾斜（Tilt of Parabolic）
y|KDh'Y 首先，CPC并非是通常的聚光器。从截面来看，两个反射面的焦点并不一定是同一点。也就是说，并非共焦系统，所以是非成像系统（Nonimaging System）。如图1.2，右面反射镜的焦点在d点。左面反射镜的焦点在c点。这就是“复合（compound）”的真正意思，是由两片反射镜组合在一起的。两片反射镜的光轴并不重合，但是它们有自己的对称轴Z。
@fpx GMy& 不同形态的CPC可由抛物线经旋转（tilt）得到。如图1.3，虚线1、2是未经旋转的抛物线（Original Parabolic），两者的光轴本来是水平的。反射镜1的光轴Axis1绕自己的焦点f1旋转了20°，反射镜1也跟着旋转了20°，到1’的位置。抛物线2也经过的同样的旋转，只是方向相反。
"0L@cOyG 
6x@-<{ L ,XP9NHE 经过旋转，可以获得我们需要的接收角。大于接收角的光线将会被系统反射出去，无法到达吸收面（exit aperture）（见图1.9）。
N13 <! QQ 事实上，由式（1.5）可知，减少接收角也就增大了集光率C：
7k 3":2 : RpLm'~N' C=1/sinθmax （1.5）
>[xQUf,p ecf7g)+C 下面我们对旋转前后的参数进行一些计算。
v%aD:%wlY@ .: 7h=neEW 
fWm;cDM
H n ?,fF( 如图1.4，简单地，可以得到：
9/s-|jD v2@M,xbxF: R=2fl/(1-cosΦ （1.6）
JmY i& r=Rsin(Φ-θmax)-a’ （1.7）
"<O?KO 3K z=Rcos(Φ-θmax) （1.8）
0/K NXz fl=a’(1+sinθmax) （1.9）
F" 23>3 {8 jG6 在tracepro中，根据需要，Axis tilt可任意选择，只要保证开口口径（entry aperture）不为0即可。对于规范的聚光器（textbook concentrator），Axis tilt即为接收角θmax。Lateral focal shift，顾名思义就是焦点（focal point）在Lateral方向（图1.5的Y方向）上的移动量（shift）。若Lateral focal shift=0，焦点未发生移动，仍在焦平面与中心轴的交点。对于规范的聚光器（textbook concentrator），Lateral focal shift即为a'，即保证满足边缘光线原理。
db%`- UST Eun%uah6c SwP h-6 103Ik6.o §1.5tracepro中CPC的建立与模拟
[1vrv(u> 见图1.5，未经旋转的CPC即为conical parabolic。图1.5中front length可由图1.1中得到，front length= |ρcosθ|=R=38.6mm。此CPC的出光面（exit aperture）为焦平面，所以back length为0。
G#%
=R`k/ 
rbtPG=t_R 旋转后的CPC如图1.6：
K->p&6s 
;5=p BP . 对旋转前后的CPC进行模拟：
<I|ryPU9{X 
qbAoab5 3 
-=qmYf f:utw T o`sn/x 若θ>θmax，光束将被系统反射出去。如图1.9：
P7Y[?=' v :!A@B.E 
[ 此贴被shogun在2007-04-23 16:45重新编辑 ]
