光纤采光照明系统在建筑中的应用

摘要：光纤采光照明系统是一种新型绿色照明装置，它利用光导纤维将太阳光直接导入室内进行照明，为室内提供长达九个小时的日照，并营造出有益健康的照明环境。本文主要介绍了系统的原理、构成以及目前在建筑中的应用。

关键词：太阳光光导纤维照明

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＤａｙｌｉｇｈｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｂｙＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃｓｉｓａｎｅｗｇｒｅｅｎｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ，ｗｈｉｃｈｔｒａｎｓｍｉｔｓｓｕｎｌｉｇｈｔｉｎｔｏｂｕｉｌｄｉｎｇｓｂｙｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓ，ｐｒｏｖｉｄｅｓｓｕｎｌｉｇｈｔａｂｏｖｅｎｉｎｅｈｏｕｒｓａｄａｙａｎｄｃｒｅａｔｅｓａｈｅａｌｔｈｙｌｉｇｈｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｂｕｉｌｄｉｎｇｓ．

ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｓｕｎｌｉｇｈｔ，ＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃｓ，ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ

引言

２０世纪７０年代的能源危机后，能源和环境成为全球共同关注的焦点，照明用电随着社会的发展已占能源消耗的相当比例。据国际照明委员会统计，全世界照明用电约占总发电量的９!￣２０!，照明方面所消耗的能源约占初级能耗的４!。目前，我国照明用电大体占总发电量的１０￣１２!，而照明用电中真正用于发光的仅不过２５!，其余则以热能方式散发，不但造成大量的能源浪费，而且加大了对环境的污染。

众所周知，太阳光是大自然赐予人类的宝贵财富，可以说是取之不尽、用之不竭，与其它能源相比具有清洁、安全的特点。充分利用太阳光不但可节省大量照明用电，而且能够提供更健康、舒适的光环境，符合人的生物特性，对人们的身心健康产生有利影响。

近年来，随着建设用地的紧张和建筑功能的日趋复杂，城市建筑趋向高层化和密集化，仅依靠传统的采光方式已经不能满足建筑物内部的采光要求。尤其是那些较低层建筑和进深很大的大型建筑，即使是晴朗天气，室内也昏暗阴沉，这在无形之中增加了人工照明的电能损耗，而且对长期在此环境中生活与工作的人们身心健康带来不良影响。最为严重的是那些无窗房间和地下室，太阳光根本无法到达，只能依靠人工照明。

一、太阳光的利用

为了节能和改善室内光照环境，充分利用太阳光

资源，国内外许多照明工作者进行了大量的研究，提出不少利用太阳光的采光方法和设想。例如：利用反射镜的反射、棱镜组的全反射、导光管或光导纤维导光，将太阳光直接引到室内需要照明的地方；也可以间接的利用太阳光的红外辐射，产生热发电供照明使用；或是利用光电效应，将太阳光直接变成电能用于照明等等。

其中光导纤维是２０世纪７０年代开始应用的高新技术，最初应用于光纤通讯，８０年代开始应用于照明领域。光导纤维导光是利用全反射原理将太阳光经由光纤传送至室内，它与其它的用镜子反射、管道传送阳光等产品的形式相比，在设计和安装施工上有明显和较高的自由度优势，能方便地把阳光送达室内的任何地方。

二、国内外研究现状

近二十多年来，光导纤维导光技术一直是西方许多发达国家研究的热点，日本、美国、欧洲等一些国家纷纷开发研制出相应的产品，其中日本是世界上最早开展采集太阳光用于室内照明研发活动的国家之一。１９７９年８月ＬａＦｏｒｅｔ工程公司推出了第一台采集太阳光的照明系统“一眼Ｈｉｍａｗａｒｉ”，中文意译为“向日葵”。【１】８０、９０年代日本在集光机和信号控制方面做了大量研究，此后又陆续研制出各种型号。目前Ｈｉｍａｗａｒｉ是业内最具市场性的产品，在国内外已有大量的应用实例。

我国于２０世纪９０年代初开始进行光纤采光系统的研究，虽然起步较晚，但发展比较快。在２００１年自行研制开发出全自动跟踪太阳光的采光装置，经过测试，主要性能指标居国外同类产品先进水平，并且在性能价格比方面处于国际领先水平。

三、光纤采光照明系统的原理及构成

光纤采光照明系统是将太阳光利用技术与纤维光学技术结合起来，通过聚光组件收集汇聚太阳光，利用传光光纤将太阳光直接引入照明，不需要光热、光电、光化学等中间转换过程，极大程度的提高了太阳光的利用率。

图１是系统的光线传输示意图。太阳光１发出的

光纤采光照明系统在建筑中的应用

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＤａｙｌｉｇｈｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＩｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｂｙＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃｓｉｎＢｕｉｌｄｉｎｇｓ

刘柯Ｌｉｕｋｅ鲍家声Ｂａｏｊｉａｓｈｅｎｇ

光线经过聚光组件２的汇聚，通过光纤３传至弥散灯头４后输出。

系统主要分为以下几部分：聚光装置——

—太阳光集光机、导光装置——

—光导纤维光缆、散射装置——

—光线投射器。下面以日本研制的Ｈｉｍａｗａｒｉ为例将各部分的作用和原理作一简单介绍。

１、太阳光集光机——

—跟踪收集光线

安装在室外的太阳光集光机，由两部分组成：一个是由聚光组件和太阳光跟踪传感器组成，它由电动机组驱动并由丙烯树脂制成的圆顶覆盖；另一个是由一个包含了筒座的控制器构

成。太阳光跟踪传

感器探测太阳位置并传递信号至跟踪控制电路，控制电路输出驱动信号驱动相应电机，通过机械传动机构带动太阳光集光器转动，从而实现跟踪并对正太阳的功能（图２）。

２、光导纤维光缆——

—传送阳光

光导纤维光缆的作用是把太阳光集光机汇聚的浓缩太阳光传送到预定地方。光导纤维通常由纤芯及内外保护层三部分构成。光线在芯中传送，利用纤芯（光穿过的物质）与覆盖材料（包裹纤芯的物质）折射率的不同使得某一个射角以下的光不会漏到外面，在纤芯中以全反射的方式进行传递。对纤芯的材料而论，必须保证是在可见光范围内，对光能量应损耗最小，以保证照明质量。目前使用的纤芯材料有石英、玻璃和塑料三种，传输效果最好的属石英光纤，以１５ｍ长的高纯度的石英光纤构成的光缆为例，实际由输出端照射出来的光大约是直射太阳光的５０％。现国外使用最长的光缆达１６０多米。

３、光线照射器——

—散射光线

光线照射器相当于光源的灯具。一般导入的太阳光从光缆出射端以５８度角向外铺张，出光端附近亮度惊人，出射端的光线可以直接照射到被照物体，但光线所照到的范围有局限，所以通常为光缆终端装上多种类型的光线照射器，一可以起到固定和保护光纤终端的作用，二可以把光线散开。从安装形式上可分为：固定式、转动式、移动式和电子遥控式等多种（如图５所示）。在更多的实际应用中，光缆终端还可安装专用的反射器、透镜、滤色片或散射体而获得不同

图７系统运作示意图

图６光纤定位与安全阳光采集原理

图１系统光线传输示意图

图２太阳光集光机结构示意图图３光导纤维结构示意图

图４光缆外形图固定式转动式移动式图５光线照射器的几种形式

的照明效果。

由于光纤采光照明系统利用的是太阳光，而太阳光在不同时间有不同的强度，例如阴天、夜晚等，系统就不能正常发挥功效，因此系统需与其它照明方式结合使用。

四、光纤采光照明系统的特性

１、滤除阳光中有害成分，提供安全阳光

系统利用光学原理，分离阳光中的有害成分，如图６所示，凸透镜聚焦太阳光时，聚焦折射作用使太阳光中不同波长的各类光线在光轴线上形成不同距离的聚焦焦点，各种光在聚焦后其焦点前后位置出现较大差异。波长较短的紫外线焦点靠近透镜，波长较长的红外线焦点远离透镜。光导纤维的入射端精确定位在紫红外线之间的可见光焦点上，通过物理距离差异定位将紫外线大幅度的拦截下来，达到大幅排除对人体伤害的紫外线的目的。同时对太阳中的Ｘ、Ｙ、Φ、β、γ、α等等具有放射性的射线也全部进行了排除。少量的紫外线、红外线和大量的可见光进入光缆，使室内阳光中保

持一定安全量的

紫外线杀菌和一

定量红外线辅射

增热，给人以高品

质安全阳光的感

受。

２、利用光纤，

可自由传送阳光

从理论上讲，

光线是直线传播

的，以往通常用镜

子反射、透镜折

射、管道传送等方

式来改变光线的

方向，但这些方法

都存在传送距离

短，损耗多等缺

点。利用光纤这种

新型的材料，使光

线沿着光纤的路

径在内部以全反

射的方式进行传

送，实现了柔性传

播，并且设计和施

工的自由度较高，

可以轻松的把太

阳光传送到建筑

物内部、北侧、地

下室等空间，实现

“北屋变南屋，地

下变地上”。

３、节约能源，运行费用低

首先系统充分利用太阳光进行照明，节约了照明电力消耗。其次整套系统的运行，只有太阳光集光机在追踪太阳时需要少许电力，系统在日落后，会自动调整到第二天日出附近的位置上待机，第二天日出时再开始运作，节省电力。当使用太阳能电池驱动时，则完全不耗电，实现彻底节约能源。除此以外，太阳能电池还可以将多余的电能加以储存，留做阴雨天或晚上释放使用。

４、光与电分离，提供安全照明

光纤与光纤终端只传输光，本身不带电，不发热。排除了很多隐患，确保了照明的安全性。

图１３水中照明

图１１宾馆大堂

图１２展厅效果

室外地下室

图８清华大学节能示范楼

图９居室使用前后对比

图１０健身房

五、光纤采光照明系统在建筑中的应用

整套系统结构简单、安装方便，适用于已建、新建建筑。图７是系统的运作示意图，将太阳光集光机安装在室外屋顶、阳台、地面、墙壁等能一年四季均照得到太阳光的地方，通过光导纤维光缆接入室内，这样每天从太阳升起到落下，室内都有固定（可移动）阳光的直射，能够九个多小时享受太阳光无微不至的呵护。

由于光纤采光照明系统实现了白天完全或部分利用太阳光，提高了室内环境品质，并大大节省电能，目前在地下室、商场、写字楼、住宅、医院、博物馆等建筑中应用，并在不断地推广中。现将国内外应用的情况简述如下：

１、为建筑物内部、北侧、地下空间、中庭等太阳光无法到达的场所提供太阳光

近年来，随着建筑物逐渐向地下延伸以及无窗化格局的增多，人们不仅要追求高效率的技术方案，也越来越注重创造更加人性化的空间。光纤采光照明系统可以完全改变这些空间以往必须依赖人工照明的方式。系统传送的光与外界自然的太阳光有同样的变化规律，使人能真实感受到早、中、傍晚的光色变化，有助于创造不改变人类本来的生活节奏的环境。

图８是清华大学超低能耗示范楼，这幢四层建筑是我国２００８年奥运建筑前期示范工程楼。示范楼南侧地面的彩色立柱上安装了两台日本１２眼的Ｈｉ－ｍａｗａｒｉ，为地下室提供自然采光。

２、改善办公室、居室的光环境

目前城市人群每天平均约２０小时在室内活动，大量的活动空间缺乏日光照射，时刻需要电灯照明，而人工光源无论是光色还是频率都很难达到人眼的舒适程度。长期下去眼睛就非常容易疲倦，进而引起种种不适。利用光纤采光照明系统能很好的解决这个问题，系统导入的太阳光，对人体健康及视力最为有益，不仅能够提升空间的光环境质量，而且还能够提高工作和学习的效率。由于系统排除了大部分紫外线，所以无须担心家具、装饰品等的褪色、受损。大部分红外线（含热的光线）也已被拦截掉，因此夏季空调的效果也不会下降。

图９是在晴天的白天，同一间房间在开启设备前后的室内光环境对比。可以看出，光环境质量有显著的改变，导入的太阳光能够完全满足人们日常活动的照明和采光要求。

３、进行室内日光浴

系统为室内提供了安全健康的太阳光，使人们不出门即可轻松享受日光浴，不用担心皮肤被晒黑和灼伤，尤其适合老年人和病人。目前已在居室、健身房、美容室、老年人公寓、医院病房等应用（图１０）。

４、室内种植植物，创造出绿色的建筑空间

通过把太阳光导入室内，使在建筑内部种植植物成为可能，植物的引入，对生活和工作在其中的人身心健康都有很大的益处。图１１是某宾馆大堂安装的光纤采光系统为室内植物提供太阳光照的实例。可以看出阳光、植物的引入使得整个中庭显得生气勃勃。

５、特殊的环境与场所的照明

光纤采光照明系统所具有的特性可以适合于以下特殊环境与场所：

１）通过光纤定位滤过了大量的紫外线、红外线及有害射线，适合于博物馆、美术馆等对红外、紫外线成分有严格限制的场所的珍贵文物、艺术收藏品的照明（图１２）。

２）系统的光是太阳的可视光，适合作为自然而美观地表现物体色彩的摄影光源。

３）系统本身只传输光，不带电，适合于潮湿环境、水下和易燃易爆等危险场合的照明（图１３）。

结语

光纤采光照明系统是一种新型的照明装置，符合绿色照明工程节约能源、保护环境、提高照明品质的要求。随着产品的成熟及新应用领域的开发，系统的应用将更加广泛，这对于我国政府倡导的建筑节能，发展可持续再生能源技术和推动绿色照明工程有着积极的意义。

感谢南京玻璃纤维厂春辉实业有限公司和浙江五矿公司太阳光事业部提供的图片

（第一作者为南京大学建筑研究所研究生；２００６．４）

注释：

【１】张耀明．采集太阳光的照明系统研究．中国工程科学，２００２，４（９）

参考文献：

１．ＧｅｒｓｉｌＮ．Ｋａｙ．ＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃｓｉｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＬｉｇｈｔｉｎｇＭｅｔｈｏｄｓ，Ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＭｃＧｒａｗ－Ｈｉｌｌ，１９９９．

２．游璧菁．光纤导光设备在建筑上之应用可行性初探．第三届中国城市住宅研讨会论文集可持续环境：城市住居素质，２００３．７。

３．郑振译．利用光纤的建筑照明．中国照明电器，２０００．３）

４．网站：ｗｗｗ．ｈｉｍａｗａｒｉ．ｃｏｍ．ｃｎ

光纤照明与LED照明的区别

光纤照明与LED照明的区别 当今，在绿色照明概念的倡导下，各种照明技术不断的涌现，光纤照明和LED灯做为新兴的照明技术，始终走在绿色照明领域的时代前端。 1、光纤照明 光纤照明是最近几年来一种新兴的照明方式。由于光纤自身所具有的一些独特物理特性，光纤照明被应用在室内装饰照明、局部效果照明、广告牌照明、建筑物室外公共区域的引导性照明、室内外水下照明和建筑物轮廓及立面照明之中，并且已经取得了良好的照明效果。光纤照明系统是由光源、反光镜、滤色片及光纤组成。当光源通过反光镜后，形成一束近似平行光。由于滤色片的作用，又将该光束变成彩色光。当光束进入光纤后，彩色光就随着光纤的路径送到预定的地方。由于光在途中的损耗，所以光源一般都很强。常用光源为150~250W左右。而且为了获得近似平行光束，发光点应尽量小，近似于点光源。反光镜是能否获得近似平行光束的重要因素。所以一般采用非球面反光镜。滤色片是改变光束颜色的零件。根据需要，用调换不同颜色的滤光片就获得了相应的彩色光源。光纤是光纤照明系统中的主体，光纤的作用是将光传送或发射到预定地方。光纤分为端发光和体发光两种。前者就是光束传到端点后，通过尾灯进行照明，而后者本身就是发光体，形成一根柔性光柱。对光纤材料而论，必须是在可见光范围内，对光能量应损耗最小，以确保照明质量。但实际上不可能没有损耗，所以光纤传送距离约30m左右为最佳。 光纤照明的特点： 1.单个光源可具备多个发光特性相同的发光点。 2.光源易更换，也易于维修。 3.发光器可以放置在非专业人员难以接触的位置，因此具有防破坏性。 4.无紫外线、红外线光，可减少对某些物品如文物、纺织品的损坏。 5.发光点小型化，重量轻，易更换、安装，可以制成很小尺寸，放置在玻璃器皿或其它小物体内发光形成特殊的装饰照明效果。 6.无电磁干扰，可被应用在核磁共振室、雷达控制室等有电磁屏蔽要求的特殊场所之内。 7.无电火花，无电击危险，可被应用于化工、石油、天然气平台、喷泉水池、游泳池等有火灾、爆炸性危险或潮湿多水的特殊场所。 8.可自动变换光色。 9.可重复使用，节省投资。 10.柔软易折不易碎，易被加工成各种不同的图案。系统发热低于一般照明系统，可降低空调系统的电能消耗。 二、LED照明 LED（Light Emitting Diode）是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色 粉发光的原理，而采用电场发光。它具有如下特点： 1.电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源。 2.效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少80%。 3.适用性：每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。 4.稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。 5.响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。 6.对环境污染：无有害金属汞。 7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。 8.价格：LED的价格比较昂贵，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。 三、光纤照明应用场所 1.电视会议桌面照明 2.置于顶部较高、难以维护或无法承重的场所的效果照明

太阳光照明导入系统

太阳光照明导入系统 太阳光照明导入系统基本工作原理： 这一独特的系统带入密闭室内的是健康自然的阳光，而非将太阳能转换为电能再以电灯照明。阳光是通过在户外的太阳能面板聚集，经光纤线传入室内，紫外线和红外线等射线在传递过程中都已被过滤。特殊设计的泛光灯将源自光纤线的阳光照明室内。 太阳能面板 太阳能面板采用了定位追踪阳光的技术，引导涅耳透镜全方位跟踪着阳光的位置。安装面板时，它已扫描空中最佳光线位置，并能记忆太阳走过的最佳光线路径，以最大程度聚焦光线。正常日照下一套帕兰能有效照明60平米。 太阳能面板是一块面积为1 平方米，宽度为0.18米的正方形板块，固定在屋顶和建筑物正面。在太阳能面板中，64个涅耳透镜随着中心轴移动，追踪并聚焦阳光。通过这个过程，可将阳光直接带入室内。 追踪阳光 太阳能面板采用了定位追踪阳光的技术，引导涅耳透镜全方位跟踪着阳光的位置。这一移动是通过3个耗电在2瓦以下的马达实现。太阳能面板在安装后无需预设程序就可直接使用。追踪装置是由光传感器向内部微型电脑传递最佳光线数据来实现。安装面板时，就已扫描空中最佳光线位置，并且能记忆太阳走过的最佳光线路径，以最大程度聚焦光线。 聚焦阳光 阳光追踪技术使太阳能面板全天候收集到最佳的光线，让阳光能有效的聚集到0.75毫米直径的光纤线中。 阳光的应用

太阳能面板具有广角度收集阳光的功能，并提高了室内的光通量（流明）。它能在阳光垂直进入面板方向正负60 度，即120 度平面内集聚最佳光线。通常情况下，外界日照为10万流明光通量，提供给室内的光通量可达到1.2万流明。（普通40 瓦的白织灯的光通量为150流明） 安装方式一般为屋顶安装或侧体安装：

光纤照明的原理与应用

光纤照明的原理与应用 摘要：在照明技术中，光纤照明是一枝独秀的照明新技术。本文详细地阐述了光纤照明的原理和特点。并着重介绍了光纤照明的产品及应用。 关键词：光导纤维光纤照明灯具产品与应用 一、概述 在照明技术中，光纤照明是一枝独秀的照明新技术。由于它具有光的柔性传输，安全可靠。所以广泛地应用于工业、科研、医学及景观设计中，并在国内外市场中已形成各类产品。本文仅以个人学习和实践中的有限知识重点介绍景观设计中的光纤照明技术及产品和应用以求教同行专家。 二、光纤照明的原理 光纤照明系统是由光源、反光镜、滤色片及光纤组成，如图一所示。

当光源通过反光镜后，形成一束近似平行光。由于滤色片的作用，又将该光束变成彩色光。当光束进入光纤后，彩色光就随着光纤的路径送到预定的地方。 由于光在途中的损耗，所以光源一般都很强。常用光源为150~250W 左右。而且为了获得近似平行光束，发光点应尽量小，近似于点光源。 反光镜是能否获得近似平行光束的重要因素。所以一般采用非球面反光镜。 滤色片是改变光束颜色的零件。根据需要，用调换不同颜色的滤光片就获得了相应的彩色光源。 光纤是光纤照明系统中的主体，光纤的作用是将光传送或发射到预定地方。光纤分为端发光和体发光两种。前者就是光束传到端点后，通过尾灯进行照明，而后者本身就是发光体，形成一根柔性光柱。 对光纤材料而论，必须是在可见光范围内，对光能量应损耗最小，以确保照明质量。但实际上不可能没有损耗，所以光纤传送距离约30m 左右为最佳。

光纤有单股、多股和网状三种。对单股光纤来说，它的直径为Ф6～Ф２０mm.同时又可分为体发光和端发光两种.而对多股光纤来说,均为端发光.多股光纤的直径一般为Ф0.5～Ф3mm,而股数常见为几根至上百根. 网状光纤均为细直径的体发光光纤组成.可以组成柔性光带. 从理论上讲,光线是直线传播的.但在实际应用中,人们都希望改变光线的传播方向.经过科学家数百年不懈的努力,利用透镜和反光镜等光学元件来无限次的改变传播方向.而光纤照明的出现,正是建立在有限次的改变光线传播方向,实现了光的柔性传播.正如圆弧经无数次的分割后成直线一样,光纤照明正是以无限次反射后,光线就随光纤的路径传送,实现了柔性传播.但是光纤照明的柔性传播,并没有改变光线直线传播的经典理论. 三、光纤照明的特点 1、光线柔性传播 从理论上讲，光线是直线传播的。然而因实际应用的多元性，总希望能方便地改变光的传播方向。光纤照明正是满足了这一要求。这是光纤照明的特点之一。

光导纤维的原理及应用

光导纤维的原理及应用 廖浚竹 物理学2015级 摘要：介绍了阶跃型和梯度型光导纤维内光线传输原理，光导纤维的优良特性和在各个领域的广泛应用。 关键词：光导纤维、全反射、自聚焦、光纤应用 引言： 光导纤维的研制成功使人类的通迅技术得到了前所未有的发展，自从1977年美国加利福尼亚洲通用电话公司安装第一套光纤通讯系统以后，发展十分迅猛，至今已普遍使用。于当今信息爆炸的世界，人们对提高无线电波传递信息容量给予了极大的关注，光纤通信就是这一征程上的重大里程碑。 近年来，随着现代科学技术的迅猛发展，光导纤维不仅在通信、电子和电力等领域的应用日益扩展，而且在医学检测、太阳光照明、制作传感器等方面也有了重要突破，成为大有前途的新型基础材料。 1、阶跃型（全反射型）光导纤维光线传输原理 1.1全反射 光由光密介质进入光疏介质时，即n2>n1时，折射光线将远离法线。随着入射角θ1的增大，折射角θ2增加很快，当入射角θ1增加到θc时，折射线延表面进行，即折射角为90°，该入射角θc称为临界角。若入射角大于临界角，则只有反射没有折射，此现象称为全反射(图1)。当光线由光疏媒介射到光密媒介时，折射光线将靠近法线而折射，故这时不会发生全反射。 临界角：θc=arc(n1/n2) 图1 1.2光导纤维 ⑴基本结构 光纤的内层是纯玻璃光芯,外包折射率低于玻璃折射率的掺杂物(包层)。内芯是光传播的部分,包层与纤芯折射率的差别就是为了使光发生全内反射。大部分的光纤在包层外还有一层涂覆层,它一般是一层或几层聚合物,防止纤芯和包层受到震荡而影响光学或物理性质。涂覆层对在光纤里传播的光没有影响,它只是作为一个减震器。 ⑵基本原理

太阳能光纤导光照明

产品名称:承接太阳光光纤导入照明系统 产品概述 太阳光纤导入照明系统由室外主机、光缆、室内光纤灯具组成，主机需安装在阳光充足的室外，用于跟踪采集太阳光。光缆用于高效传输主机采集的阳光导入室内，并通过室内灯具进行照明。室外主机是该系统的主体部分，主要由光学采集镜片组、太阳跟踪传感器、高精度机械平台、自动跟踪系统等组成。自动跟踪系统自太阳升起后开始工作，太阳落山后系统复位并进入休眠状态，在阴雨、多云、雾霾以及外部断电重启后，系统均会保持自动跟踪状态，并可根据四季昼夜时间以及地理位置的不同自动调整太阳跟踪轨迹。 性能参数 产品型号SUNLIGHT-Ⅲ-36S/SUNLIGHT-Ⅲ-36P 单机底座700mm×700mm 单机高度1500mm 单机质量150kg 单机聚光透镜数量36 单聚光透镜采光面积Φ100mm 传输光纤材料纯石英/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA） 传输光纤单芯尺寸纯石英Φ1mm/PMMAΦ3mm 光缆挤压拉伸阈值1000N 光缆弯曲半径≥250mm 单缆(六芯)典型照明参数 室外太阳照度8万勒克斯 ≥1500流明 传输距离40m 太阳跟踪自动刷新频率≥60次/秒 跟踪平台最小步进角度≤0.8″ 单机供电要求220V50Hz

控制方式 内置自动控制系统单机功率 ≤5W 安装方式 固定型支架安装(可定制)工作温度 -20℃-80℃照明标准 GB 50034—2004《建筑照明设计标准》GB/T50033—2001《建筑采光设计标准》优点兼具健康、节能、环保特性 产品应用 医院、育婴房、疗养院、康复中心、学校、别 墅、高档宾馆、大型商场、火车站、地铁站、 航空港、地下通道、运动场馆、大型停车场、 室内绿化、小区住户采光权分配、地下矿井、 施工隧道、战备仓库、电磁屏蔽室、海洋馆、 水族馆、博物馆等。图解 应用案例

腾申光纤灯的七个典型应用介绍

腾申光纤灯的七个典型应用介绍 由于腾申光纤灯所具有的许多特点，使得它的应用是广泛的，现根据不同的使用地点和使用效果对其典型应用进行分析说明。 1、电视会议桌面照明 采用末端发光系统，配置聚光透镜型发光终端附件由顶部垂直照射，在桌面形成点状光斑，透合与会人员读写而不影响幻灯投影讲解的进行（在一般照明灯具关闭或亮度调低的情况下）。 2、置于顶部较高、难于进行维护或无法承重的场所的效果照明 将末端发光系统用于酒店大堂高大穹顶的满天星造型，配以发散光透镜型发光终端附件和旋转式玻璃色盘，可形成星星闪闪发光的动态效果，远非一般照明系统可比。 3、建筑物室外公共区域的引导性照明 采用落地管式（线发光）系统或埋地点陈指引式（末端发光）系统用于标志照明，同一般照明方式相比减少了光源维护的工作量，且无漏电危险。 4、室外喷泉水下照明 采用末端发光系统，配置水下型终端，用于室外喷泉水下照明，且可由音响系统输出的音频信号同步控制光亮输出和光色变换。其照明效果及安全性好于普通的低压水下照明系统，并易于维护，无漏电危险。 5、建筑物轮廓照明及立面照明 采用线发光系统与末端发光系统相结合的方式，进行建筑物上海腾申电气有限公司专业承接设计和生产酒店、KTV会所、售楼部、别墅等工程定制灯饰，是目前专业生产工程灯饰的大型厂家之一。轮郭及立面照明。如香港中银大厦外立面圣诞节装饰照明系统，该系统图案新潮，色彩变化丰富。其施工方便，安装周期短，具有较强的时效性，且能够重复使用，节省投资。 6、建筑物室内局部照明 采用末端发光系统，配置聚光透镜型或发散光透镜型发光终端附件用于室内局部照明。如卢浮宫博物馆内对温湿度及紫外线、红外线有特殊控制要求的丝织品文物、绘画文物或印刷品文物的局部照明，均采用光纤照明系统。 7、建筑物广告牌照明 线发光光纤柔软易折不易碎，易被加工成各种不同的图案，无电击危险，无需高压变压器,可自动变换光色,并且施工安装方便，能够重复使用。因此，常被用于设置在建筑物上的广告牌照明，同传统的霓虹灯相比，光纤照明具有明显的使且性能优势。

光纤透镜的原理与应用备课讲稿

光纤透镜的原理与应用 光纤透镜，也被称作光纤微透镜或者透镜光纤，所谓的光纤透镜就是在光纤端面处加工制成某种透镜的形状。而光纤透镜的作用就是在光纤或光学系统中起到光路改变或者模式转换的作用。在不同的应用领域光纤透镜也有不同的要求，通常光纤透镜的形状分为斜面、楔形（双斜面，或则四斜面）、球面、圆锥形等，如图1所示。而从光纤透镜的组成形式上区分，则可以分为单光纤透镜和光纤透镜组合。本文主要针对不同类型的光纤透镜，分别介绍一下它们的原理与应用情况。 （图1） 斜面形光纤透镜，主要分为两类：一类斜面角度为6°～10°，用于防止光纤表面反射光在返回光路时造成干扰或损伤；另一类斜面角度为40°～50°甚至更大，这类斜面形光纤透镜可以使光路发生改变甚至使光路产生大角度的全反射，也可以增大光纤受光面积，使更多的光进入到光纤中。主要应用于光纤激光，光纤通讯，传统光学、光纤传感等领域。

楔形光纤透镜，大多数利用楔形光纤透镜组合，进行光路耦合。其中光纤透镜组合常用的有采用楔形光纤透镜前端制作成微柱面形光纤透镜，还有制作成四斜面形光纤透镜，以及斜楔面形光纤透镜等多种，我们统称这类光纤透镜为楔形光纤透镜。因为很多LD输出光束的光斑是椭圆形的，而且椭圆的长短轴之比值与输出功率成正比，一般该比值为3~5，大功率LD可大于10，最高的可达50以上。显然这样的光束很难耦合到光纤中，为了适应LD输出光束的形状，就可以采用楔形光纤透镜，两个大楔面对应LD发散角度较大的方向，这样就可以增加LD耦合进光纤的效率。普通楔形透镜需在端面镀增透膜从而使得反射光降到最低，而斜楔面形光纤透镜因其特殊的几何形状，使得光纤透镜与LD间在不影响光路传输的前提下形成了折射角度，从而避免了反射光对LD 造成的影响，也消除了反射光造成的噪声干扰。相比普通楔面形光纤透镜镀增透膜工艺，降低了镀膜工艺带来的成本问题，及镀膜工艺可控性差导致的不稳定性。如图2所示 （图2） 球面形光纤透镜，应用球面形光纤透镜的领域有很多，光学耦合领域，生物学领域，医学领域，传感学领域等众多方面。例如在球形光纤透镜上再制作斜面形透镜，则可以用于近年来迅速发展的一种影像诊断技术OCT——光学相干断层扫描技术。如图3所示。 （图3） 圆锥形光纤透镜，因为圆锥形光纤透镜达到了扩大光纤数值孔径，增加收光能力的目的，所以十分适用于与

太阳能照明灯具设计参考

如何选购经济实用的太阳能灯具产品随着太阳能光伏技术的发展和进步，在民用方面首先应用在照明灯具上，近几年来，太阳能灯具产品由于环保节能的双重优势，太阳能庭院灯和太阳能草坪灯，太阳能装饰灯等方面的应用已经逐渐形成规模。如何在众多耀眼的商业广告中，选择一款比较适合当地气候条件而又经济实用的太阳能灯具产品呢？这一直是用户的最终疑问？在太阳能照明灯具的设计中，涉及光源、太阳能电池系统、蓄电池充放电控制许多因素，其中任何一个环节出现问题都会造成产品缺陷。 那就让我们先了解一下太阳能灯具组成吧！1、太阳能电池板2、充放电控制器3、蓄电池4、负载5、灯具外壳 太阳能电池 太阳能电池主要功能在将光能转换成电能，这个现象称之为光伏效应。 在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种，在太阳光充足日照好的东西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好，因多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶低。转换效率在近几年不断提高。 在阴雨天比较多阳光相对不是很充足的南方地区，采用单晶硅太阳能电池为好，因单晶硅太阳能电池电性能参数比较稳定。 当然非晶硅太阳能电池在室内阳光很弱的情况下比较好，因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。 首先，任何一款太阳能灯具产品我们必须先了解太阳能电池， 太阳能电池有五大电性能参数： 1、Isc是短路电流 2、是峰值电流 3、Voc是开路电压 4、Vm是峰值电压 5、Pm是峰值功率Pm是峰值功率= Im是峰值电流×Vm是峰值电压 注：以上计算跟据太阳能电池的外特性对于单片太阳能电池来说，它是一个PN 结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产生电能外，它还具有PN结的一切特性。 在标准光照条件下，它的额定输出电压为0.48V。 在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池连接构成的。用户可以先看太阳能电池来知道价格，性能及太阳能灯具照明的稳定性，下面我会根据和负载，蓄电池之间作介绍。 充放电控制器无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充放电控制电路是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件加以限制，防止蓄电

太阳光光纤导入系统说明及应用

?产品名称:绿色照明—太阳光光纤导入系统 ?传导介质:光导纤维 ?控制方式:内置自动控制系统 ?单机质量:150kg ?工作温度:-20℃-80℃ ?安装方式:固定型支架安装(可定制) ?照明标准:GB50034—2004《建筑照明设计标准》GB/T50033—2001《建筑采光设计标准》 产品概述 太阳光纤导入照明系统由室外主机、光缆、室内光纤灯具组成，主机需安装在阳光充足的室外，用于跟踪采集太阳光。光缆用于高效传输主机采集的阳光导入室内，并通过室内灯具进行照明。室外主机是该系统的主体部分，主要由光学采集镜片组、太阳跟踪传感器、高精度机械平台、自动跟踪系统等组成。自动跟踪系统自太阳升起后开始工作，太阳落山后系统复位并进入休眠状态，在阴雨、多云、雾霾以及外部断电重启后，系统均会保持自动跟踪状态，并可根据四季昼夜时间以及地理位置的不同自动调整太阳跟踪轨迹。

性能参数 产品型号SUNLIGHT-Ⅲ-36S/SUNLIGHT-Ⅲ-36P 单机底座700mm×700mm 单机高度1500mm 单机质量150kg 单机聚光透镜数量36 单聚光透镜采光面积Φ100mm 传输光纤材料纯石英/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA） 传输光纤单芯尺寸纯石英Φ1mm/PMMAΦ3mm 光缆挤压拉伸阈值1000N 光缆弯曲半径≥250mm 单缆(六芯)典型照明参数 室外太阳照度8万勒克斯 ≥1500流明 传输距离40m 太阳跟踪自动刷新频率≥60次/秒 跟踪平台最小步进角度≤0.8″ 单机供电要求220V50Hz 控制方式内置自动控制系统 单机功率≤5W 安装方式固定型支架安装(可定制) 工作温度-20℃-80℃

太阳能LED灯照明原理(精)

太阳能照明原理、组成及控制系统 核心提示：随着全球能源的日益紧张，太阳能光伏照明得到了迅速发展。在太阳能照明灯的设计中涉及多个环节，其中任何一个环节出现问题都会造成产品缺陷。为了提高照明系统发电量的利用率，克服系统缺电带来的不足，在太阳能照明系统的发展中，人们不断的对照明系统常用的... 随着全球能源的日益紧张，太阳能光伏照明得到了迅速发展。在太阳能照明灯的设计中涉及多个环节，其中任何一个环节出现问题都会造成产品缺陷。为了提高照明系统发电量的利用率，克服系统缺电带来的不足，在太阳能照明系统的发展中，人们不断的对照明系统常用的控制模式进行分析，设计各种实际可行的工作模式，同时光源技术也在不断的更新换代中，蓄电池的充电模式也在不断的研究探索中有效利用率越来越高。在太阳能各个组成部分的发展和协调中，太阳能照明系统正在不断发展完善。 一、太阳能灯的原理及组成 太阳能灯具系统为直流型独立光伏系统，其工作原理如图1所示。太阳能电池组件将太阳能转化为电能，通过控制器进行控制及保护，将电能转变为化学能储存在蓄电池中。当用电时，蓄电池再将化学能转化为电能，供直流负载使用，或者通过逆变器逆变为交流电供交流负载使用。只有当长时间无光照以致电池中的电能用完时，这个装置才停止工作。 太阳能楼道灯包括有—个安装在建筑物楼顶的太阳能电池和安装在各个楼层的照明灯，以及统一安放的蓄电池，充放电控制器。蓄电池与各楼层的照明灯通过导线连接。负载采用LED灯具，并配合声光控开关工作。白天，太阳能电池组件在一定强度的太阳光照射下产生电能，通过太阳能充放电控制器存储到蓄电池内；夜晚，蓄电池通过充放电控制器为负载提供电能。通常，太阳能系统在设计时会根据实际情况增大蓄电池的容量，队保证阴雨天的照明。 太阳能路灯由以下几个部分组成：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、光源、灯杆及灯具外壳，有的还要配置逆变器。 1、太阳能电池板 太阳能电池板是太阳能路灯中的核心部分，也是太阳能路灯中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送至蓄电池中存储起来。太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，大约是光伏电池效率大约是单晶硅13％－15％，多晶硅11％－13％。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。 2、太阳能控制器

浅析光纤照明与LED照明的区别

浅析光纤照明与LED照明的区别 深圳led面板灯厂家赛德利照明认为当今，在绿色照明概念的倡导下，各种照明技术不断的涌现，光纤照明和LED灯做为新兴的照明技术，始终走在绿色照明领域的时代前端。 一、光纤照明 光纤照明是最近几年来一种新兴的照明方式。由于光纤自身所具有的一些独特物理特性，光纤照明被应用在室内装饰照明、局部效果照明、广告牌照明、建筑物室外公共区域的引导性照明、室内外水下照明和建筑物轮廓及立面照明之中，并且已经取得了良好的照明效果。光纤照明系统是由光源、反光镜、滤色片及光纤组成。当光源通过反光镜后，形成一束近似平行光。由于滤色片的作用，又将该光束变成彩色光。当光束进入光纤后，彩色光就随着光纤的路径送到预定的地方。由于光在途中的损耗，所以光源一般都很强。常用光源为150~250W左右。而且为了获得近似平行光束，发光点应尽量小，近似于点光源。反光镜是能否获得近似平行光束的重要因素。所以一般采用非球面反光镜。滤色片是改变光束颜色的零件。根据需要，用调换不同颜色的滤光片就获得了相应的彩色光源。光纤是光纤照明系统中的主体，光纤的作用是将光传送或发射到预定地方。光纤分为端发光和体发光两种。前者就是光束传到端点后，通过尾灯进行照明，而后者本身就是发光体，形成一根柔性光柱。对光纤材料而论，必须是在可见光范围内，对光能量应损耗最小，以确保照明质量。但实际上不可能没有损耗，所以光纤传送距离约30m左右为最佳。 光纤照明的特点： 1.单个光源可具备多个发光特性相同的发光点。 2.光源易更换，也易于维修。 3.发光器可以放置在非专业人员难以接触的位置，因此具有防破坏性。 4.无紫外线、红外线光，可减少对某些物品如文物、纺织品的损坏。 5.发光点小型化，重量轻，易更换、安装，可以制成很小尺寸，放置在玻璃器皿或其它小物体内发光形成特殊的装饰照明效果。 6.无电磁干扰，可被应用在核磁共振室、雷达控制室等有电磁屏蔽要求的特殊场所之内。 7.无电火花，无电击危险，可被应用于化工、石油、天然气平台、喷泉水池、游泳池等有火灾、爆炸性危险或潮湿多水的特殊场所。 8.可自动变换光色。 9.可重复使用，节省投资。 10.柔软易折不易碎，易被加工成各种不同的图案。系统发热低于一般照明系统，可降

隧道入口段太阳光直接照明的光能分析

隧道入口段太阳光直接照明的光能分析摘要：针对隧道照明能耗过高、入口段前半段能耗比重大的问题，提出利用反射镜直接反射太阳光进行隧道入口段前半段照明的方案。根据太阳辐射计算方法和太阳光谱分布，分析反射镜接收到的太阳辐射强度与光通量之间的关系。并以贵州某地的太阳辐射强度分布为例，得出利用太阳光反射进行隧道入口段前半段照明所需的系统规模大小，从光能利用和系统规模角度说明采用该方案进行隧道入口段前半段照明的可行性。 关键词：隧道照明；太阳光；辐射强度；反射镜；节能减排 引言 近年来，随着我国经济建设的快速发展，高速公路逐年增多。根据交通部数据统计，截止2012年底，我国公路总里程达到423.75万km，隧道达到1万余处，总长805万m[1-2]。与公路隧道建设同步的是隧道能耗问题日益突出，据重庆市公路隧道用电量统计表明，隧道每公里年电费为40余万元，按此推算，全国公路隧道年电费高达32亿元，其中照明负荷以总负荷30%左右的比重，成为公路隧道运营中的最大开支[3-4]，而隧道入口段的加强照明又占了照明总能耗的40%左右。2014年8月，交通部颁布了《公路隧道照明设计细则》，新《细则》在原来《公路隧道通风照明设计规范》的基础上提出将隧道入口段分为两段，前半段的亮度标准是后半段的两倍[5-6]，这一划分既符合人眼的隧道行车视觉特性，也在一定程度上降低了隧道入口段的照明能耗。尽管新《细则》在保证安全前提下对降低隧道入口段的能耗起到了极大的促进作

用，但由于隧道入口段的前半段仍是整个隧道照明中的重点，占隧道照明总能耗的25%左右，因此如何有效降低该段照明能耗，依然是隧道照明节能研究的重点。 太阳光是一种取之不尽、用之不竭的绿色能源， LED是目前最为高效节能的新一代照明光源，因此将这二者结合的太阳能LED成为照明领域的热点。但是太阳能LED照明需要经历两次能源转换，即利用光伏技术先将太阳能转变成电能，再利用LED技术将电能转换为光能，在现在的技术条件下，太阳能光伏的光电转换效率约在20%左右、而LED电光转换效率也在30%以下[7-8]。经过这样两次转换，太阳能的实际利用率不到10%，因此在太阳能LED照明技术中太阳能并没有得到充分利用。此外目前光伏发电与LED照明都还是比较昂贵，若将这两者结合，其照明成本必然更加高昂。 与太阳能LED照明相比，太阳能直接照明不仅可以避免太阳能LED 照明中存在的二次转换问题、大幅度提高太阳能的利用率，还可以大幅度降低照明成本，已成为绿色照明的一个重要分支，为降低隧道照明能耗、降低照明成本，实现绿色交通、提高节能效率具有极大社会经济效益。目前太阳光照明在建筑上的应用已有不少研究，其主要方式有光纤照明、光导管照明等[9-12]，这些照明方式在太阳光的采集、耦合与传输上均存在较大的能量衰减，因此照明效果有限，难以达到隧道照明的要求，加之用于传输光能的光纤成本很高，难以在隧道大面积推广。 考虑到隧道入口段是紧靠洞口位置、距洞口仅三四十米距离的区段，其空间位置最有可能直接利用太阳光照明。但如何攻克太阳光利用

太阳光光纤导入系统的介绍

太光纤导入系统介绍 科技

一、产品概述 ?太光纤导入器（系统），源自日本、德国技术，是一种通过太阳自动精密跟踪、高科技透镜集光、光纤传导、以及安全照具等将纯粹的任意传送到缺少的生活空间的高科技产品。 ?让您突破建筑格局、朝向以及时间的限制，尽享生活！无论您是在朝北的房间，建筑部，还是在地下室，或者其他太阳照不到的地方。 ?导入系统过滤掉中部分有害成份如X、Y、Φ、β、γ、α及长波紫外线等，给人类提供了安全新概念，不用担心在下皮肤会变黑、缺钙、皮肤癌等等，也不用为夏天强烈的紫外线辐射而惧怕。 四个特点： 1、更加低碳节能； 2、安全，不惧灼伤； 3、大幅延长光照时间，拥有更多健康； 4、告别常阴湿寒之地，把太阳的光辉带到每个角落； 二、产品使用示意图

三、使用功能 将太光纤导入系统安装在室外房顶、阳台、地面、墙壁等能一年四季均照得到太的地方，通过光缆接入室，这样每天从太阳升起到落下，室都有的直射，每天9个多小时享受太无微不至的呵护。人们可以在室下休息、在下工作、在下看书学习、在下用餐……在您的卧室、厨房、客厅、书房、办公室等，处处拥有健康舒适的太。 四、产品构造 太导入系统包括三大部分：室外采光机、传导光纤、室照具。 1、采光机（室外）：超高精度主动跟踪太阳采集，精度达到0.02度； 2、光缆（传导）：特种超低损耗光纤，将任意转向传到室需要的空间，30米可 使用塑料光纤，超过30米建议使用石英光纤； 3、灯具（室）：美观、安全的室投射装置。

五、产品参数说明 型号 镜面 （只） 光缆 （束） 灯具 （只） 直径 （mm） 高度 （mm） 重量 （kg） 光纤材 质 光纤直 径(mm) 电源/ 功率 光通量 （lm） 光纤 最长（m） 建议使用面 积（m2) P24 24 6 3 830 750 27 PMMA 塑料 2.5 AC220V/ 5W 8715 30 20 P16 16 4 2 670 570 16 PMMA 塑料 2.5 AC220V/ 5W 4890 30 15 S24 24 4 4 830 1100 37 SILICA 石英 1 AC220V/ 5W 7978 3000 25 S12 12 2 2 670 800 17 SILICA 石英 1 AC220V/ 5W 3989 3000 15 六、照射面积与照度

光导纤维照明系统在清华低能耗示范楼中的应用

硕士研究生 非笔试课程考核报告 （以论文或调研报告等形式考核用）2011 至2012 学年第一学期 考核课程：新型建筑材料 提交日期：2011 年11 月29 日报告题目：光导纤维照明系统在清华 低能耗示范楼中得应用Array 姓名隋倩 学号2011050205 年级研一 专业建筑技术科学 所在学院建筑成规学院 山东建筑大学研究生处制

光导纤维照明系统在清华 低能耗示范楼中得应用 隋倩 （山东建筑大学建筑成规学院建筑技术科学专业研究生，山东省济南市邮编250101） 摘要: 光导纤维采光照明系统是一种利用太阳能的新型绿色照明装置, 它采用光导纤维将太阳光直接导入室内进行照明,营造出了有益健康的照明环境。本文主要介绍了该系统的原理、构成以及目前在建筑中的应用。最后以清华大学低能耗示范楼为实例，对该系统采光照明效果作出相应分析。 关键词: 太阳光光导纤维自然光照明 Day light system in tsinghua university Low energy consumption of building model application SuiQian (ShanDong Jianzhu university , ShanDong Jinan 250101) Abstract: The day light system is a kind of using solar energy ,it uses optical fiber to transfer sunlight directly into indoor , it creating healthy lighting environment .This paper mainly introduces the composition and principle of the system ,and the application in building at present .The last part shows the effect of the day light system in Tsinghua university low energy consumption model building . Key words: The sunlight, optical fiber , natural light lighting

什么是光导纤维

什么是光导纤维？它有什么用途？ 光通信的传输材料。光通信的线路采用像头发丝那样细的透明玻璃纤维制成的光缆。在玻璃纤维中传导的不是电信号,而是光信号,故称其为光导纤维。远距离通信的效率高,容量极大,抗干扰能力极强。 现代科学创造的奇迹之一，是使光像电流一样沿着导线传输。不过，这种导线不是一般的金属导线，而是一种特殊的玻璃丝，人们称它为光导纤维，又叫光学纤维，简称光纤。 1870年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验：让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出，以一束细光束沿水平方向从开口处的正对面射入水中。丁达尔发现，细光束不是穿出这股水流射向空气，而是顺从地沿着水流弯弯曲曲地传播。这是光的全反射造成的结果。 光导纤维正是根据这一原理制造的。它的基本原料是廉价的石英玻璃，科学家将它们拉成直径只有几微米到几十微米的丝，然后再包上一层折射率比它小的材料。只要入射角满足一定的条件，光束就可以在这样制成的光导纤维中弯弯曲曲地从一端传到另一端，而不会在中途漏射。科学家将光导纤维的这一特性首先用于光通信。一根光导纤维只能传送一个很小的光点，如果把数以万计的光导纤维整齐地排成一束，并使每根光导纤维在两端的位置上一一对应，就可做成光缆。用光缆代替电缆通信具有无比的优越性。比如20根光纤组成的像铅笔精细的光缆，每天可通话7.6万人次，而1800根铜线组成的像碗口粗细的电缆，每天只能通话几千人次。光导纤维不仅重量轻、成本低、敷设方便，而且容量大、抗干扰、稳定可靠、保密性强。因此光缆正在取代铜线电缆，广泛地应用于通信、电视、广播、交通、军事、医疗等许多领域，难怪人们称誉光导纤维为信息时代的神经。我国自行研制、生产、建设的世界最长的京汉广(北京、武汉、广州)通信光缆，全长3047公里，已于1993年10月15日开通，标志我国已进入全面应用光通信的时代。 光纤传导光的能力非常强，利用光缆通讯，能同时传播大量信息。例如一条光缆通路同时可容纳十亿人通话，也可同时传送多套电视节目。光纤的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听。光缆的质量小而细，不怕腐蚀，铺设也很方便，因此是非常好的通讯材料。目前许多国家已使用光缆作为长途通讯干线。我国也开始生产光导纤维，并在部分地区和城市投入使用。随着时代的进步和科学的发展，光纤通讯必将大为普及。 光纤除了可以用于通讯外，还用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。例如，可将光导纤维内窥镜导入心脏，测量

光纤照明的原理构成及安装

光纤照明的原理、构成及安装 如果你对光纤照明的一些基本原理有所了解，就能容易地掌握这门技术。提供另一种有创新的光照手段。 电气工程的承包商们对光纤照明感兴趣是由于它的多样性。随着这门技术的日趋成熟并获得更多的应用领域，以及工业专家们近期在创建通用术语、计算程序和测试方法上的成熟，都有助于减少对光纤照明在安装方面的忧虑。 与此同时，新的和更多种复合丙烯类光纤材料可进一步简化现场的安装方法，它们的特点是极少受到环境的限制。综合所有这些情况，将必然促使光纤照明的需求增加。 光纤照明是近年发展起来的一项全新高科技照明技术。它采用光导纤维（简称“光纤”，又称“光波导”），利用全反射原理，通过光纤把光传送到人们需要的任何地方进行照明。光纤照明的特点之一是装饰性强，通过光纤输出的光，不仅明暗可调，而且颜色可变，是动态夜景照明比较理想的光源；二是安全，光纤本身不带电、不怕水、不易破损，而且体积小、柔软可挠性好，使用安全；三是光纤的使用寿命长，维修工作量很小。因光纤照明的发光点或发光体远离发光器光源，而发光器又安装在维修方便的地方，故检修起来十分方便。 1 光纤照明的原理 光纤照明系统是由光源、反光镜、滤色片及光纤组成。反光镜是获得近似平行光束的重要元件，所以一般采用非球面反光镜。而滤色片是改变光束颜色的零件。当光源通过反光镜后，形成一束近似平行光束；由于滤色片的作用，又将该光束变成彩色光；当光束通过光纤后，彩色光就随着光纤的路径送到预定的地方。由于光在传输中会产生损耗，所以光源的功率一般都很强，常用光源功率为150～250W。为了获得近似平行光束，发光点应尽量小，近似于点光源。 根据需要调换不同颜色的滤光片即可获得相应的彩色光。光纤是光纤照明系统中的主体，光纤的作用是将光传送或发射到预定地方。光纤分为端发光和体发光两种：前者将光束传到端点后，通过尾灯进行照明，而后者本身就是发光体，形成一根柔性光柱。就光纤材料而言，必须是在可见光的范围内，对光能量应损耗最小，以确保照明质量。但实际上是不可能不损耗的。所以，光纤传送距离以30m左右为最佳。 2 光纤的种类 光纤有单股、多股和网状三种。单股光纤的直径为6～20mm，可分为体发光和端发光两种。而多股光纤均为端发光，其直径一般为0.5～3mm，股数为几根至上百根。网状光纤均由细直径的体发光光纤组成，可以组成柔性光带。 从理论上讲，光线是直线传播的。但在实际应用中，人们都希望能改变光线的传播方向。经过科学家数百年的不懈努力，可利用透镜和反光镜等光学元件无限次改变光线的传播方向。而光纤照明的出现正是建立在“有限次”改变光线传播方向的基础上，实现了光的柔性传播。正如圆弧经无数次分割后变成直线一样，光纤照明正是经无限次反射后光线随光纤的路径传送，实现了柔性传播。但是光纤照明的柔性传播并没有改变光线直线传播的原理。 3 光纤照明系统的构成 光纤照明系统可分成点发光（即末端发光）系统和线发光（即侧面发光）系统。光纤照明系统一般由发光器、发光导体和终端附件三部分组成。 （１）发光器 将光纤照明系统用的光源装入外罩内的装置称为发光器。外罩用薄金属板耐冲击塑料制成。

太阳能光纤照明

太阳能光纤照明 葛兴凯 F0603017 5060309514 太阳能光纤照明 太阳能光纤照明是一种十分新颖的照明方式，它以其独有的优点越来越为人所称道。现在越来越多的照明工程师将眼光投向了太阳能光纤照明。可以这么说，太阳能光纤照明前途一片光明，必将大行于世。 早在19世纪80年代，照明工程师威廉*惠勒提出一个十分大胆的“管道照明”设想:通过一系列排列有序、有机组合而成的内壁涂有高效反光层的金属管道，光线像自来水般流向千家万户，深入人们生活的每个角落。 其实光纤照明早在20世纪30年代就已经被人们所接受，不过那时只是一种思路和实验，采用的光纤主要是集束玻璃光纤，由于成本极高，根本无法达到实用阶段。 到了二十世纪60年代美国杜邦公司用聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)为芯材制备出塑料光纤，但光纤损耗较大，也没能将光纤照明推向实用化。二十世纪70年代后期，随着各国学术界对塑料光纤的高度重视，日本的一些大企业和大学对低损耗塑料光纤的制备进行了大量的研究。二十世纪70年代后期，随着各国学术界对塑料光纤的高度重视，日本的一些大企业和大学对低损耗塑料光纤的制备进行了大量的研究。1980年三菱丽阳公司以高纯MMA单体聚合PMMA，使塑料光纤损耗下降到200 dB/km以下，并成功实现了产业化和商品化，从而将光纤装饰照明真正推向了实用阶段。

以上便是光纤照明的产生和发展。从这些过程中可以看出光纤照明的发展之路并不是一帆风顺的，但经过这么多年的发展，光纤照明越来越显示其强大的生命力。太阳能光纤照明能越来越为人们所接受，正是由于其独有的优点所造成的。 太阳能光纤照明其实可以看作是以太阳能为能源的光纤照明。想要了解太阳能光纤照明的优点，我们必须对太阳能和光纤照明的优点有足够的了解。 太阳能的优点很多:首先太阳能是持续再生能源。太阳能是人类可以利用的最丰富的能源。据估计，在过去漫长的十一亿年当中，太阳只消耗了它本身能量的,,，今后数十亿年太阳也不会发生明显的变化，所以太阳可以作为永久性的能源，取之不尽、用之不竭。它给地面照射,,分钟的能量，就足够全世界使用一年。所以只要拿出一定的初投资，必然能带来长远的经济效益。其次，太阳能是绝对清洁的绿色能量，使用太阳能可以免除其他能源带来的环境污染问题。更重要的是，太阳能可以不受政治操控，是全人类共有的财产。我想这一点尤为重要，因为如今国际上的许多冲突都都会将能源问题卷入其中，影响了人们的正常生活，如前一段时间俄罗斯与白俄罗斯闹得不可开交的天然气纠纷。然而如果你用了太阳能，这些问题会自动远离你而去的。 光纤照明根太阳能一样拥有许多独有的优点:单个光源可具备多个发光特性相同的发光点; 光源易更换，也易于维修;无紫外线、红外线光可自动变换光色;光与电分离;可重复使用，节省投资;发光点小型化;光线柔性传播;集光效率高，节约能源;柔软易折不易碎;系统发热低于一般照明系统;无电磁干扰;色彩柔和而纯净。正是由于这些优点，光纤照明在综合性能方面要远优于传统的霓虹及塑料霓虹，取代它们也将是大势所趋。而且光纤照明的应用范围十分的广泛，如:室内装饰(光照均匀，颜色柔和，具有很强的艺术效果);水景照明(颜色鲜艳新颖，安全可靠);城市建筑(光色可变，更加人性化);园林绿化;道路照明(增强趣味性);易燃易

光导照明系统的介绍

光导照明系统的介绍 4、1什么是光导照明 光导照明即利用室外自然光为室内提供照明，又称自然光照明。 4、2光导照明工作原理 光导照明系统通过采光装置聚集室外的自然光线并导入系统内部，再经过特殊制作的导光装置强化与高效传输后，由系统底部的漫射装置把自然光线均匀导入到室内任何需要光线的地方，如图4-1所示。 图4-1 4.3光导照明系统的组成 光导照明系统主要有三部分组成：采光罩、光导管和漫射器，如图4-2所示。 ①采光器②防雨装置③光导管④弯管⑤延长管⑥固定环⑦漫射器⑧装饰环

图4-2 4.4光导照明系统的安装方式，图4-3。 图4-3 光导照明系统安装示意图 4.5光导照明的应用场所 光导照明系统可以应用于各种建筑场所，但现在国内主要应用于大跨度的厂房、场馆、办公、地下空间等采光不好及白天需要照明的场所，都用于单层及顶层建筑。 5、光导照明系统说明 光导照明系统的光线传输原理是光线的反射与漫射，其光线的反射（传输）介质是系统内

部的光导管（高反射材料），所以对光导管的反射率要求很高（图5-1）。 图5-1 材料反射率与系统总反射率的关系曲线图（10次反射） 说明：由上图可以看出，系统的效率与反射材料反射率的n次方成正比。所以光导管的反射率不宜低于95%。否则利用光导管导光价值不大。 光导照明系统的发光效率还与光导管的直径大小和管道的长短有关，如图5-2和图5-3所示。 说明：上图所示，导光管长度为3米，采光罩透光率为88%，室内漫射器透光率为86%，光导管反射率为95%。

说明：上图所示，导光管直径为0.53米，采光罩透光率为88%，室内漫射器透光率为86%，光导管反射率为95%。 综上所述，光导管直径越大，管道长度越短，系统发光效率越高。 此外，光导管的放置方式和弯转次数也对系统的发光效率有影响，上述光导管为竖直放置 光线在水平光导管内反射次数增加，光损加大，系统发光效率降低，所以水平管道传输不宜超过3.0m。 另根据实验，系统每增加一个弯头，其光效降低10-15%，所以光导管弯头不宜超过2个。光导照明各系统照度参考值：