專利名稱：非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件及其器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非對稱漸變折射率波導(dǎo)，特別是非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)的構(gòu)件及其器件。
背景技術(shù)：
輻射是物質(zhì)，熱輻射是一種能量形式，是一切物質(zhì)的固有屬性，所有物質(zhì)都在不斷 地發(fā)射、吸收熱輻射，熱輻射具有動力學(xué)性質(zhì)。傳熱通過熱動(分子熱運動)熱力學(xué)溫度梯 度、輻射熱力學(xué)溫度梯度實現(xiàn)。熱動溫度梯度的傳熱依靠介質(zhì)宏觀運動和微觀粒子熱運動， 輻射溫度梯度的傳熱是依靠電磁波傳輸，熱動傳熱與輻射傳熱有本質(zhì)的不同。由于物性、涂 層、溫度、波長、立體角的影響，物體的輻射換能具有方向性和選擇性。輻射波長、發(fā)射率、能 流密度等差異可引起“紅移”、“藍移”。封閉腔壁面的輻射換熱，除表面特性的變化外，輻射 頻率、幾何因素、透射介質(zhì)特性等等都影響一個表面的輻射到達另一個表面的份額，影響封 閉腔輻射能流密度、能流率和溫度的分布。任何物質(zhì)中的各個微粒都在不斷地相互交流能量子(熱輻射)，單一熱源中的微 粒，輻射量子和吸收量子處于平衡狀態(tài)。在光學(xué)器件中，導(dǎo)光系統(tǒng)、聚集系統(tǒng)等光學(xué)系統(tǒng)可 以引導(dǎo)、聚集光輻射，但是，不管是端面直接耦合、楔狀薄膜耦合、楔狀光纖耦合、光柵耦合、 陵鏡耦合的器件還是其它任何光學(xué)器件，都不能像晶體二極管整流交流電那樣整流單一熱 源中微粒之間的交流量子，因此目前的任何光學(xué)器件都不能在單一熱源中利用熱量做功， 更不能把低溫物體的熱量自動地聚集、輸送到高溫物體。物質(zhì)微粒交流的量子是能量，是有動量的運動物質(zhì)，整流量子即可能在單一熱源 中制造熱力學(xué)溫度梯度，利用熱量做功，即可能通過整流、聚集量子的方式將低溫物體的熱 量聚集到高溫物體。當(dāng)介質(zhì)能夠無能耗地調(diào)制透射的量子，使表面輻射換熱沒有互換性，自 動維持表面與單一熱源交流量子的不平衡狀態(tài)，表面即可整流量子，形成自動波導(dǎo)的換熱 正負極，換熱凈輻射熱流量呈正值的表面為正極，換熱凈輻射熱流量呈負值的表面為負極。介質(zhì)產(chǎn)生自動波導(dǎo)的換熱正負極，前提是表面輻射換熱的角系數(shù)沒有互換性。表面Ai的輻射中直接到達表面^的輻射份額稱為角系數(shù)，用FiI表示。等溫黑 體或灰漫表面換熱，有效輻射均勻，兩個表面輻射換熱的角系數(shù)有互換性=AiFiI = A/hi。角系數(shù)有互換性只是在參與輻射換熱的表面為等溫的黑體或灰漫表面才能正確， 在分析輻射換熱時，必須充分考慮輻射和傳輸介質(zhì)的相互作用、相互關(guān)系、相互影響，否則 會造成錯誤。角系數(shù)沒有互換性的例子如根據(jù)費馬原理，在漸變折射率介質(zhì)中，光線的行進軌跡總是從低折射率區(qū)彎向高 折射率區(qū)。假如有兩個物體，表面緊貼在圖1非對稱漸變折射率介質(zhì)的i面、j面進行輻射 換熱，j面高折射率區(qū)物體射向低折射率區(qū)的輻射，總有輻射在拐點的有效范圍內(nèi)，拐彎回 到j(luò)面物體，而i面低折射率區(qū)物體，射向?qū)Ψ降妮椛涠寄艿竭_j面物體，這兩個物體輻射 換熱的角系數(shù)不可能有互換性。又如，介質(zhì)只透射某些波段的熱輻射，兩個物體輻射峰值的 波段不同，只要一個物體有某些輻射波段不能透過介質(zhì)，介質(zhì)兩個面的角系數(shù)即沒有互換性。普通玻璃透射的輻射波長小于3 μ m，太陽的絕大部分熱輻射波長在3 μ m以下，基本上 都能透射普通玻璃，300K左右的物體熱輻射波長在3 μ m以上不能透射普通玻璃，所以普通 玻璃表面對太陽與300K左右物體的輻射換熱角系數(shù)沒有互換性。人們把這種現(xiàn)象稱為溫 室效應(yīng)，做成了太陽能溫室。其實，兩個物體表面透過介質(zhì)進行輻射換熱，角系數(shù)沒有互換性比比皆是。兩個 表面，只在灰漫表面，輻射的頻率相同，介質(zhì)的作用和影響與真空相同的嚴格條件下，角系 數(shù)才能具有互換性。溫度不同的灰漫表面輻射換熱，介質(zhì)的作用、影響類似真空，高溫表 面輻射的熱流量較大，熱量從高溫傳遞到低溫，介質(zhì)的高溫表面與低溫表面的角系數(shù)沒有 互換性；假如換熱的輻射不是漫射，而是定向輻射，不對射的定向輻射沒有互換性可言，即 便是對射，也必須在極苛刻的條件下才可能有輻射換熱的互換性，舉一個簡單的例子，a為 1000W探照燈，b為1000W紅外線激光器，a、b不對射，足夠遠的距離外，它們的輻射換熱趨 于0，b不向a照射而a向b照射，熱量從a流向b，a、b對射，由于a的輻射面積大，只有一 部分熱量傳遞到b，b輻射的是單色光，散射角很小，熱量被聚集于a的極小一點，可能將a 摧毀，它們輻射換熱的角系數(shù)不可能有互換性。透射介質(zhì)使輻射換熱角系數(shù)沒有互換性的 例子更多，本發(fā)明所列出的例子即是其中的一部分。設(shè)從n(n為自然數(shù))個表面Ai投射、反射、折射、再輻射、偶合、聚集到達一個表面 Aj的輻射份額之和為角系數(shù)f，用f^表示。對封閉腔換熱模型進行研究知道，由于輻射 與介質(zhì)、立體幾何因素的相互關(guān)系、相互作用、相互影響，封閉腔敞開面的輻射換熱角系數(shù)f 失去互換性。根據(jù)能量守恒定律、斯蒂芬_玻而茲曼定律及角系數(shù)f的概念，用凈輻射換熱 法的有效輻射求解換熱的熱流量，得到公式
(1)
(2)式中，Φ^為η個表面i的輻射到達表面j的凈輻射熱流量之和，WnT2 ； σ為斯 蒂芬一玻而茲曼常數(shù)
的時候，敞開面i即會有穩(wěn)定的凈輻射熱流量①卜」流 到敞開面j。當(dāng)Ei:j > 1的時候，敞開面的凈輻射熱流量從表面i流向表面j，Ei:j < 1的時 候，敞開面的凈輻射熱流量從表面j流向表面i，Eiu. = 1的時候，敞開面之間沒有凈輻射熱 流量。這兩個公式即為在漫射環(huán)境中，角系數(shù)f沒有互換性的漫射波導(dǎo)換熱規(guī)律，前者是漫 射定量波導(dǎo)換熱規(guī)律，后者是漫射定向波導(dǎo)換熱規(guī)律，總稱漫射波導(dǎo)換熱規(guī)律或簡稱波導(dǎo) 換熱規(guī)律。式(1)、式⑵可以用函數(shù)記作Φ^」.=g(A，T，f)及Ei:j = G(A，T，f)。顯然，A、 T、f三個自變量是波導(dǎo)換熱規(guī)律的三個要素。其中，面積是邊長的函數(shù)，任何圖狀面積都可
表示為正方形微元面積r2的和，A=m(r)=熱力學(xué)溫度T以K為單位，人們常以300K為常溫，常溫變化tK的溫度函數(shù)記做T = n(t) =〔 (300+t)/300) 4 = (l+t/300)4 ；角系數(shù) f以百分率表示，已知角系數(shù)fbj為a，fj—為b，a有變量ρ的函數(shù)記做f^ = U(p)= (a+p)%，b有變量q的函數(shù)記做fbj = U(q) = (b+q) %。在A、Τ、f定義域范圍內(nèi)，用直 角坐標系X軸表示它們的變量，用Y軸表示函數(shù)值，函數(shù)T = m(t) = (l+t/300)4是指數(shù)圖線，t≤300的斜率很?。缓瘮?shù)
他是指數(shù)圖線，但是，r彡300的斜率可以很
A==mv.r； -ι
大，函數(shù) fi —」=u(p) = (a+p) % 及函數(shù) f” i = U(q) = (b+q) % 是直線，ρ < 100、q < 100 的斜率可以很大。因此，可以利用A、f的變化，使C^i= Φ」>0，敞開面i有穩(wěn)定的凈輻 射熱流量Φ^流到敞開面j，使Eu > 1，敞開面的凈輻射熱流量從表面i流向表面j?！秾?dǎo)射體及導(dǎo)射器》、《階梯導(dǎo)射體及階梯導(dǎo)射器》的發(fā)明，是利用輻射與透射介質(zhì)、 立體幾何因素的相互關(guān)系、相互影響、相互作用的A、f變化，制作封閉腔，使封閉腔敞開面 的輻射換熱角系數(shù)f失去互換性，Ei:j興1，敞開面與單一熱源交流熱輻射不平衡，形成自動 波導(dǎo)換熱的正負極。輻射換熱規(guī)律的三個要素都是相互獨立的，雖然都必不可少，但是在任何兩個要 素確定以后，都可以通過調(diào)制第三要素改變熱量傳遞方向和熱流密度。特別是f，有兩個函 數(shù)供調(diào)制，可提高fid以提高①卜」，也可減少fjy以提高Φ卜」，純粹依靠調(diào)制角系數(shù)f， 使Ei:j >> 1，把低溫物體i的熱量加速輸送到高溫物體j是可能的。對稱漸變折射率(GI)波導(dǎo)應(yīng)用于光纖具有獨特的優(yōu)異性能，已經(jīng)有深入的研究 和某種程度的推廣應(yīng)用。非對稱漸變折射率(NGI)波導(dǎo)，無論是反射NGI或透射NGI在光 纖中都沒有超越GI的優(yōu)良性質(zhì)，因此，都被忽視，都沒有得到充分的研究和應(yīng)用。但是，反 射NGI和透射NGI，尤其是多層非對稱漸變折射率(MGIN)波導(dǎo)，對f的影響特別大，不僅使 f喪失互換性，甚至使fh i/fiι趨于無限小，成為在漫射環(huán)境中波導(dǎo)換熱改變輻射方向、密 度、頻率非常重要的因素，給物質(zhì)微粒自發(fā)輻射交流量子的整流提供了介質(zhì)條件，給單一熱 源的熱輻射定向自動波導(dǎo)及低溫物體向高溫物體傳遞熱量的定向自動波導(dǎo)提供了介質(zhì)基 礎(chǔ)，從而成了本發(fā)明的主要技術(shù)支柱。從上述背景技術(shù)可知，導(dǎo)射體及NGI自動波導(dǎo)器件(a)與目前的光學(xué)器件(b)的 區(qū)別是①在單一熱源內(nèi)，產(chǎn)生自動波導(dǎo)a(+)，b(_)；形成輻射換熱正負極a(+)，b(_)； 將低密度漫射聚集為高密度定向輻射a(+)，b(_)。②在兩個物體的輻射換熱中，把低溫物體的熱量傳遞到高溫物體a (+)，b (_)。NGI自動波導(dǎo)構(gòu)件㈧與《導(dǎo)射體及導(dǎo)射器》、《階梯導(dǎo)射體及階梯導(dǎo)射器》⑶的 結(jié)構(gòu)區(qū)別主要是B無論是漏斗形結(jié)構(gòu)或者光纖，周邊都有反射面封閉，形成周邊反射面封 閉的封閉腔，A的周邊沒有反射面封閉，屬于透射介質(zhì)敞開式構(gòu)件。周邊有反射面封閉與周 邊敞開是相應(yīng)的不同結(jié)構(gòu)，“NGI自動波導(dǎo)”冠上“敞開式”似乎更準確，但是，正像光纖、導(dǎo) 射體的名稱都不冠上“周邊有反射面封閉”能夠不言自明那樣，本文“NGI自動波導(dǎo)”結(jié)構(gòu)， 不提包含“周邊有反射面封閉”即指敞開式結(jié)構(gòu)，不贅述也應(yīng)該不言自明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，調(diào)制、收集、利用漫射的熱輻射，特別是要調(diào)制介 質(zhì)的角系數(shù)hi、，加大介質(zhì)表面輻射換熱的角系數(shù)f差異，加大漫射換熱梯度，增強 自動波導(dǎo)，把低溫物體的熱量加速輸送到高溫物體。研究發(fā)現(xiàn)，角系數(shù)f沒有互換性的波導(dǎo)換熱規(guī)律，提供了三個換熱要素改變換熱 面積、換熱角系數(shù)f兩個要素的途徑創(chuàng)造周邊有反射面封閉腔自動波導(dǎo)的方法，也提供了通過提高fid、減少fhi的途徑創(chuàng)造敞開式自動波導(dǎo)的方法。其中，對介質(zhì)透射、反射、折射波段的選取，容易改變輻射不同波段的fbpfhi，對介質(zhì)NGI的選取，容易改變透射相同 波段或者不同波段介質(zhì)表面的fbpf””這種介質(zhì)變化引起的f變化，不必依賴封閉腔周 邊鏡面，即可以在單一熱源中整流交流量子，形成自動波導(dǎo)。這就是說，恰當(dāng)?shù)腘GI介質(zhì)，敞 開地放置在單一熱源中可以自動整流交流量子，形成漫射輻射換熱正負極的自動波導(dǎo)。提 高1，或者減少fhi可以加大相反方向的兩個角系數(shù)f的差異，加大漫射換熱梯度，增強 自動波導(dǎo)，把低溫物體的熱量加速輸送到高溫物體。NGI (含MGIN)自動波導(dǎo)構(gòu)件的特征是主要由NGI介質(zhì)構(gòu)成，敞開地置于單一熱 源中，構(gòu)件表面的輻射換熱角系數(shù)沒有互換性，表面的輻射換熱不平衡，自動形成輻射換熱 的波導(dǎo)正負極，換熱凈輻射熱流量呈正值的表面為正極，換熱凈輻射熱流量呈負值的表面 為負極，熱量以熱輻射的形式從負極流向正極。要提高& —」，NGI介質(zhì)需選用恰當(dāng)?shù)耐干浣橘|(zhì)，同時，從i到j(luò)逐漸增加的折射率 要有足夠的梯度。要減小fh”截面的折射率分布需要形成多種形狀和有足夠的厚度，需要 必須的層疊如平行、彎曲的各種形狀，將一種NGI形狀多層層疊、多種(含兩種)NGI形狀 層疊、組合。為了得到某些特殊效果，用反射面封閉NGI自動波導(dǎo)構(gòu)件的正極，成為NGI單 面自動波導(dǎo)。因此，NGI自動波導(dǎo)構(gòu)件有單層NGI自動波導(dǎo)，有多層(含兩層)NGI透射介 質(zhì)(MGIN)自動波導(dǎo)，有單面NGI自動波導(dǎo)，有透射NGI自動波導(dǎo)與單面NGI自動波導(dǎo)層疊、 組合，有NGI自動波導(dǎo)與其它輻射構(gòu)件組合。以NGI介質(zhì)截面折射率分布的形狀所產(chǎn)生的波導(dǎo)及其相應(yīng)的器件舉例如下1、平行NGI透射自動波導(dǎo)介質(zhì)截面的折射率漸變呈平行分布的自動波導(dǎo)。如圖 1的單層平行NGI透射自動波導(dǎo)。圖7的平行MGIN透射自動波導(dǎo)；圖8平行MGIN透射制 冷室；平行MGIN透射制熱室(未畫圖，以下未注明繪圖編號的構(gòu)件都是未畫圖)；平行MGIN 制冷管平行MGIN制熱管。圖9平行MGIN凸透鏡聚焦自動波導(dǎo)。2、類波狀NGI透射自動波導(dǎo)介質(zhì)截面的折射率分布類似于波浪狀的自動波導(dǎo)。 如圖2類波狀單層NGI透射自動波導(dǎo)；圖3菱面類波狀單層NGI透射自動波導(dǎo)。3、類錐狀NGI透射自動波導(dǎo)介質(zhì)截面的折射率分布呈現(xiàn)一端稍尖的自動波導(dǎo)。 如圖4毛形類錐狀NGI透射自動波導(dǎo)；圖5空心毛形類錐狀NGI透射自動波導(dǎo)。4、半卵狀NGI透射自動波導(dǎo)介質(zhì)截面的折射率分布有如半卵狀的自動波導(dǎo)，包 括疣狀、魚鱗狀。如圖6半卵狀MGIN透射自動波導(dǎo)。5、圓弧狀NGI透射自動波導(dǎo)介質(zhì)截面的折射率分布有如圓弧狀的自動波導(dǎo)。如 圖10圓弧狀MGIN透射聚焦自動波導(dǎo)；圖11圓弧狀MGIN凹透鏡平射自動波導(dǎo)。6、NGI單面自動波導(dǎo)透射自動波導(dǎo)構(gòu)件的正極有反射面，使正極、負極同在一個 表面的自動波導(dǎo)。如圖18平行MGIN單面自動波導(dǎo)；圖19圓弧狀MGIN單面聚焦自動波導(dǎo)。7、MGIN組合自動波導(dǎo)介質(zhì)截面的折射率分布呈多種形狀組合，或者透射自動波 導(dǎo)與單面自動波導(dǎo)組合的波導(dǎo)。如圖12平行-類波狀MGIN透射自動波導(dǎo)；平行-類波狀MGIN制冷室；平行-類波 狀MGIN制熱室；圖13圓弧-類波狀MGIN制熱管；圓弧-類波狀MGIN制冷管。圖14的GI-類波狀MGIN聚熱線；GI-鱗片狀MGIN聚熱線；GI-半卵狀MGIN聚熱 線。
圖15的類錐-類波狀MGIN聚熱波導(dǎo)(毛布或毛皮)；圖16的類錐-類波狀MGIN 峰狀聚熱自動波導(dǎo)(布、板或毛皮)；鱗狀-類波狀MGIN聚熱波導(dǎo)(布或毛皮)，半卵(疣狀)_類波狀MGIN聚熱布(或毛皮)。圖17平行-圓弧狀MGIN聚射自動波導(dǎo)；平行-類錐狀MGIN聚熱自動波導(dǎo)。圖20平行-圓弧狀MGIN單面聚射自動波導(dǎo)。圖23平行-圓弧狀MGIN組合聚射自動波導(dǎo)器。
圖24遠程聚射自動波導(dǎo)。8、調(diào)制MGIN組合自動波導(dǎo)透射自動波導(dǎo)、單面自動波導(dǎo)與可調(diào)制波導(dǎo)構(gòu)件的組 合自動波導(dǎo)。例如圖21平行-圓弧狀MGIN組合調(diào)制平射自動波導(dǎo)器。圖22平行-圓弧狀MGIN組合加載調(diào)制自動波導(dǎo)器。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果1、NGI自動波導(dǎo)不需要封閉腔側(cè)面的鏡面，制作相對簡單，利于量子能源開發(fā)利用。2、用NGI自動波導(dǎo)可以制造冰箱、冰室、冷柜、冷管、溫箱、溫室、熱管，制造衣服、 房屋、城市的空調(diào)，同時又能夠聚集熱能供人們烹調(diào)、驅(qū)動熱機、發(fā)電等生活、生產(chǎn)、學(xué)習(xí)、娛 樂使用，能夠給人類創(chuàng)造環(huán)保、舒適的生活條件，特別是能夠在酷熱的沙漠、高寒地帶、冰冷 區(qū)域等惡劣的環(huán)境創(chuàng)造人類舒適的生活條件，這對開發(fā)地球和其它星球很有意義。3、可以給工、農(nóng)、牧業(yè)創(chuàng)造最優(yōu)越的條件，生產(chǎn)出質(zhì)量和數(shù)量滿意的產(chǎn)品。4、MGIN自動波導(dǎo)聚集能量、遠距離輸送、接收能量，可保障車、船、飛機有足夠能量 持續(xù)運行。也可以給火箭遠程輸送能量，使它尾管中心噴射的氣體達到極高的溫度增加推 力，減小燃料攜帶?；鸺谟钪婧叫兄羞€可能利用各種射線作動力。5、MGIN自動波導(dǎo)有類似激光而勝似激光的性能，激光是外界輻射場控制的線譜寬 度很窄的受激輻射相干光。MGIN自動波導(dǎo)可形成線譜寬度很寬的自發(fā)輻射非相干光源聚焦 的極細光柱，由于各種波長的輻射都聚集在極細光柱內(nèi)，發(fā)散角很小，容易得到超越激光的 光強。6、MGIN調(diào)制波導(dǎo)給人類提供了一種新的、保密度極高的信息傳遞方式。


圖1 平行單層NGI透射自動波導(dǎo)。圖2 類波狀單層NGI透射自動波導(dǎo)。圖3 菱面類波狀單層NGI透射自動波導(dǎo)。圖4 毛形類錐狀NGI透射自動波導(dǎo)。圖5 空心毛形類錐狀NGI透射自動波導(dǎo)。圖6 半卵狀NGI透射自動波導(dǎo)。圖7 平行MGIN透射自動波導(dǎo)。圖8 平行MGIN透射自動制冷室。圖9 平行MGIN凸透鏡透射聚焦自動波導(dǎo)。圖10 圓弧狀MGIN透射聚焦自動波導(dǎo)。
圖11 圓弧狀MGIN凹透鏡透射平行自動波導(dǎo)。圖12 平行-類波狀MGIN自動波導(dǎo)。圖13 平行-類波狀MGIN自動制熱管。圖14 =GI-類波狀MGIN自動聚熱線。圖15 類錐-類波狀MGIN自動采暖皮毛。圖16 類錐-類波狀MGIN自動空調(diào)板。圖17 平行-圓弧狀MGIN聚射自動波導(dǎo)器。圖18 平行MGIN單面自動波導(dǎo)。圖19 圓弧狀MGIN單面聚焦自動波導(dǎo)。圖20 平行-圓弧狀MGIN單面聚射自動波導(dǎo)。圖21 平行-圓弧狀MGIN調(diào)制自動波導(dǎo)器。圖22 平行-圓弧狀MGIN調(diào)制加載自動波導(dǎo)器。圖23 平行-圓弧狀MGIN復(fù)合聚射自動波導(dǎo)器。圖24 =MGIN遠程聚射自動波導(dǎo)系統(tǒng)。圖中NGI、MGIN的虛線表示低折射率，粗實線表示高折射率，粗雙點劃線表示低 折射率到高折射率的過渡，特粗實線表示反射面。1-對稱 GI，2-平行 MGIN，3_ 類波狀 MGIN，4_ 類錐狀 MGIN，5-半卵狀MGIN，6_圓弧狀MGIN， 7_透鏡，8_反射鏡，9-輻射源，10-MGIN自動聚熱線，i-負極，j_正極。
具體實施例方式1、平行單層NGI及MGIN透射自動波導(dǎo)實施方式單獨一層NGI介質(zhì)，從i面入射的輻射基本上都到達j面，但是，由于從j入射的輻射拐點有效距離小，絕大部分輻射都不在拐點有效距離內(nèi)而到達i面，穿透單層NGI (見 圖1)，雖然單層NGI角系數(shù)沒有互換性，但是AJiι.與A/” i差別小，稍有熱傳導(dǎo)、熱對流， 角系數(shù)沒有互換性造成的溫差難于體現(xiàn)。MGIN有足夠的輻射拐點有效距離，使從正極入射 的輻射絕大部分在拐點有效距離內(nèi)拐彎回到正極，fb/fpi —⑴，有實用意義。由于各種波長的輻射都是從低折射率區(qū)彎向高折射率區(qū)，圖7平行MGIN透射自動 波導(dǎo)能把漫射的各種波長的熱輻射全部轉(zhuǎn)化為平行輻射出射；平行MGIN透射自動波導(dǎo)應(yīng) 用于封閉的箱、封閉的室，負極向內(nèi)可以制造自動冰箱、冰室(圖8)，負極向外可以制造自 動溫箱、溫室。為了避免熱傳導(dǎo)降低溫差，MGIN中空為好。若將平行MGIN與凸透鏡配合可 以將漫射的各種波長的熱輻射聚焦，在焦點產(chǎn)生較高溫度如圖9。由于凸透鏡介質(zhì)對各個波 長的折射率不同，不同波長輻射的焦距不同。制造MGIN要使最小折射率介質(zhì)成為最大折射率介質(zhì)的增透膜，在正極覆蓋一層 增透膜。2、類波狀NGI透射自動波導(dǎo)實施方式圖2類波狀單層NGI透射自動波導(dǎo)及圖3 菱面類波狀單層NGI透射自動波導(dǎo)，入射低折射率i面的波導(dǎo)都彎向高折射率的j面區(qū)，都 能夠到達j面出射，由于j面介質(zhì)呈波浪狀，入射的輻射基本上都從低折射率區(qū)轉(zhuǎn)回高折射 率區(qū)從j面出射，增大fb/f” i值，因此實用意義較大，負極向內(nèi)制造冰箱、冰室，負極向外制造溫箱、溫室效果較好，若MGIN中空，減小熱傳導(dǎo)效果更好。3、類錐狀NGI自動波導(dǎo)的實施方式類錐狀NGI自動波導(dǎo)可造成毛狀(圖4)、空心毛狀(圖5)、側(cè)扁狀(圖16)。照射到NGI的輻射都從尖部傳遞到根部。4、半卵狀NGI自動波導(dǎo)的實施方式截面折射率分布如半卵狀的MGIN透射自動波 導(dǎo)，可制造為鱗片狀、蛘殼狀、疣狀，能夠?qū)彷椛渚奂胶诵牟课?，圖6。5、圓弧狀NGI自動波導(dǎo)的實施方式圖10圓弧狀MGIN透射介質(zhì)的高折射率區(qū)近 圓心，有足夠距離將漫射的各種波長的輻射都彎向高折射率區(qū)，射向圓心的焦點。由于各種 波長的熱輻射都聚焦圓心，使圓心的熱輻射密度特別高，溫度特別高。假如焦點無限小，圓 心的輻射能流密度將無限大，溫度將非常限高，這對于需要特別高溫的科技是個福音。在日 常生活中，高溫達到數(shù)百度即可，可以用透射常溫的介質(zhì)制造室內(nèi)圓弧狀MGIN波導(dǎo)灶，利 用室內(nèi)外常溫輻射聚集為數(shù)百度高溫，滿足日常的烹調(diào)、燒開水、驅(qū)動熱機、發(fā)電等等。圖11 用凹透鏡與圓弧狀MGIN配合，可以把漫射的輻射轉(zhuǎn)化為平行輻射。6、NGI單面自動波導(dǎo)的實施方式NGI透射波導(dǎo)的正極用全反射鏡封閉，入射NGI 的輻射被反射，從入射面出射成為NGI單面自動波導(dǎo)(圖18、圖19)。平面NGI單面自動波 導(dǎo)與平面反光鏡不同平面反光鏡對平行的輻射平行地反射，入射光線與反射光線在法線 平面上，入射角等于反射角，入射的輻射是漫射，反射的輻射也是漫射；平面NGI單面自動 波導(dǎo)，由于不管從什么方向入射的輻射，都從低折射率的表面彎向高折射率的鏡面，都垂直 地入射鏡面，再沿鏡面的法線反射，因此，對所有平行的、漫射的入射輻射，都是平行地從法 線出射，不遵從入射角等于反射鏡的規(guī)律。凹面NGI單面自動波導(dǎo)與通常的凹面反光鏡不 同凹面反光鏡對正面平行入射的輻射聚焦于它的焦點，焦點的輻射形成平行的輻射出射， 對漫射輻射沒有聚焦作用；凹面NGI單面自動波導(dǎo)由于低折射率介質(zhì)、高折射率介質(zhì)以及 反射鏡的法線都通過焦點，因此不管是從焦點入射的輻射，平行的輻射還是漫射的輻射，它 們反射的輻射全部聚集焦點，并且各種波長的輻射都聚焦到同一個焦點，使焦點的輻射能 流密度特別高，溫度特別高。假如焦點無限小，焦點的輻射能流密度將無限高，溫度將非常 高。這對于需要非常高溫的科技是個福音，比如把火箭噴射的燃料溫度提高到極高溫度等。7、MGIN組合自動波導(dǎo)的實施方式平行-類波狀MGIN透射自動波導(dǎo)，如圖12是把平行NGI波導(dǎo)與類波狀NGI波導(dǎo) 重疊而成，重疊不一定完全接觸，中間留空可以減少熱傳導(dǎo)。平行_類波狀MGIN透射自動 波導(dǎo)負極向內(nèi)可以制造冰箱、冰室，負極向外可以制造溫箱、溫室，由于類波狀NGI的—/ fj — i較大，平行-類波狀MGIN透射波導(dǎo)產(chǎn)生的溫差比較大。圓弧-類波狀MHIN透射自動波導(dǎo)，負極向內(nèi)可制造圓弧_類波狀MGIN低溫制冷 管；正極向內(nèi)可制造圓弧_類波狀MGIN制熱管(圖13)，管子足夠圓、MGIN足夠厚，能夠把 管外表的熱輻射聚集到極小的中心，形成非常高的溫度，特別適合火箭將外殼摩擦熱聚集 為推力。GI-類波狀MGIN自動聚熱線是GI光纖外層包繞類波狀NGI制成。GI-鱗片狀 MGIN聚熱線是GI光纖包繞鱗片狀MGIN制成。GI-半卵狀MGIN聚熱線是GI光纖包繞半卵 狀MGIN制成。由于類波狀MGIN、鱗片狀MGIN、半卵狀MGIN都能夠自動地把入射的輻射化 為入射角較大的輻射，從GI光纖兩端輸送到遠方，因此統(tǒng)稱MGIN自動聚熱線。在輸送過程 中，雖然有一定的輻射損失，但是輸入的輻射多于損失的輻射，因此，輻射能流密度會不斷加大，在兩端連接平行MGIN(圖14)或者平行-圓弧狀MGIN(圖24)，能夠輸出平行輻射，平 行_弧狀MGIN，輸出的輻射為細柱狀高能流密度輻射，便于遠距離無線輸送。MGIN自動聚熱線的用途很廣，例如用透射常溫輻射的介質(zhì)制造MGIN自動聚熱線 織成網(wǎng)狀，把它制成多層紗窗，從外面流入室內(nèi)的熱空氣即被降溫，起到空調(diào)作用，溫度降 低多少由開窗的程度決定。也可以把MGIN自動聚熱線紗網(wǎng)放置箱內(nèi)制成冰箱。MGIN自動 聚熱紗窗或者MGIN自動聚熱花草樹木放置樓房、街道、廣場、公路等等的上空或旁邊，熔融 石英玻璃MGIN自動聚熱線在上，透射常溫輻射的MGIN自動聚熱線在下，大量獲取太陽的和 常溫物體的熱輻射輸送到熱機，可以日夜發(fā)電，解決生活、生產(chǎn)及其它用電問題，同時解決 城市高溫的問題。MGIN自動聚熱線能夠有效截取輻射，聚集輻射，因此用MGIN自動聚熱線 織成的布隔熱效果特別好，用它做衣服、雨傘、帳篷特別涼爽，是沙漠、草原避熱、聚能、發(fā)電 的好材料，可以給沙漠、草原的人民帶來極大的方便。圖15類錐-類波狀MGIN自動聚熱毛布或毛皮，圖16類錐-類波狀MGIN峰狀自 動聚熱布或板、皮，是用類錐狀MGIN與類波狀MGIN連接制成。鱗狀_類波狀MGIN聚熱布 或毛皮，疣狀_類波狀MGIN聚熱布或毛皮是用半卵狀MGIN與類波狀MGIN連接制成。用透 射低溫?zé)彷椛涞腗GIN介質(zhì)制造，能夠從類錐狀MGIN、半卵狀MGIN采集熱輻射，輸送到類波 狀MGIN波導(dǎo)下方，制成鞋襪衣帽、帳篷、房屋，在低溫環(huán)境中有良好的聚熱取暖御寒作用。平行-類錐狀MGIN聚熱自動波導(dǎo)是用平行MGIN介質(zhì)與類錐狀MGIN介質(zhì)連接而 成。能夠?qū)㈩愬F狀MGIN介質(zhì)收集的熱輻射由平行MGIN平行透射。圖17平行-圓弧狀MGIN聚射自動波導(dǎo)，是用平行MGIN與圓弧狀MGIN連接而成。 圓弧狀MGIN聚焦絕大部分熱輻射，沿著圓弧圓心的平行MGIN的法線，以很高的能流密度出 射。平行-圓弧狀MGIN單面聚射自動波導(dǎo)，圖20，是平行MGIN介質(zhì)與圓弧狀MGIN介 質(zhì)連接，在正極安置全反射鏡制成，由于不從圓弧圓心的平行MGIN法線出射的輻射，大多 被彎曲回到圓弧的圓心，因此，過圓弧圓心的平行MGIN法線出射的輻射能流密度較高，溫
度較高。圖23平行-圓弧狀MGIN組合聚射自動波導(dǎo)器，是平行-圓弧狀MGIN自動波導(dǎo) 與MGIN自動聚熱線組合成波導(dǎo)器。由于有MGIN自動聚熱線將遠方的熱輻射聚集輸入，平 行-圓弧狀MGIN自動波導(dǎo)可以聚集到較高能流密度的熱輻射輸出。無線輸送或者通過波 導(dǎo)管、輸能光纖輸送輻射，可做烹調(diào)、驅(qū)動熱機、發(fā)電及其它科技用途。圖24MGIN遠程聚射自動波導(dǎo)系統(tǒng)，是多個MGIN自動波導(dǎo)構(gòu)件將熱輻射遠程聚集 到一個平行-圓弧狀MGIN自動波導(dǎo)構(gòu)件的遠程聚射自動波導(dǎo)系統(tǒng)。由于遠程接收輻射沒 有受到負極面積限制，并且可以多次逐級增加輻射能流密度，使終端聚集到的輻射能流密 度非常大，若聚焦的光斑適當(dāng)小，出射的光柱足夠細，則光強度足夠高，溫度足夠高。因為各 種波長的輻射都是從低折射率區(qū)彎向高折射率區(qū)，因此透射的各種波長的輻射全部從小孔 呈細光柱出射，發(fā)散角很小，使得光柱的能流密度更加大，可以輕易地超越激光能流密度。8、調(diào)制MGIN組合自動波導(dǎo)器的實施方式調(diào)制MGIN組合自動波導(dǎo)器是由透射自動波導(dǎo)、單面自動波導(dǎo)構(gòu)件與可以調(diào)節(jié)、控 制輻射強度的波導(dǎo)構(gòu)件組合的波導(dǎo)器。實施例子如圖21平行-圓弧狀MGIN調(diào)制聚射自動波導(dǎo)器，由平行MGIN介質(zhì)2、圓弧狀MGIN介質(zhì)6、反射鏡8與輻射源9構(gòu)成。輻射源9的輻射強度可以調(diào)制，輻射源的輻射經(jīng)反射鏡 圓弧狀MGIN介質(zhì)聚集到平行MGIN介質(zhì)平行出射。平行MGIN介質(zhì)正極沒有反射鏡時，雖 然出射的輻射主要集中在圓弧狀MGIN介質(zhì)圓心的平行MGIN介質(zhì)法線上，但是法線外依然 有能流密度逐漸減小的輻射，為了得到高密度的聚焦光斑，可以用鏡面封閉平行MGIN的正 極，僅在圓弧狀MGIN介質(zhì)圓心的平行MGIN法線處留個適當(dāng)?shù)男】祝】淄獾妮椛浔环瓷浠?到圓弧狀MGIN，重新彎曲，直到能夠從小孔出射，這樣得到的輻射細柱，能量更集中，能流密 度更大，用于切割效果很好。假如輻射源9載有若干個線譜的信息，這個波導(dǎo)器則成了方向 性、保密性非常強的信息發(fā)射器。 圖22平行-圓弧狀MGIN組合調(diào)制加載波導(dǎo)器，由平行-圓弧狀MGIN介質(zhì)2、漏斗 形圓弧狀MGIN介質(zhì)6、蓋形圓弧狀MGIN介質(zhì)6、全反射鏡8、輻射源9組成的自動波導(dǎo)器。 漏斗形圓弧狀MGIN介質(zhì)將輻射輸送到蓋形圓弧狀MGIN介質(zhì)，由于輻射入射角較大，基本上 都在拐點距離內(nèi)而拐彎回到正極，出射到介質(zhì)2。蓋形圓弧狀MGIN介質(zhì)也有自動波導(dǎo)，同樣 投射到介質(zhì)2，一起聚焦為線狀的自動波導(dǎo)出射。在需要加強輻射或者加載輻射信息時，啟 動輻射源的輻射，由反射鏡、蓋形圓弧狀MGIN介質(zhì)、介質(zhì)2聚焦成細柱狀出射。這種波導(dǎo)器 提示，可能在輸能波導(dǎo)中加載信息波導(dǎo)。
權(quán)利要求
非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件，其特征在于主要由非對稱漸變折射率介質(zhì)構(gòu)成，構(gòu)件表面的輻射換熱角系數(shù)沒有互換性，敞開地置于單一熱源中，構(gòu)件表面的輻射換熱不平衡，自動形成輻射換熱的波導(dǎo)正負極，換熱凈輻射熱流量呈正值的表面為正極，換熱凈輻射熱流量呈負值的表面為負極，熱量以波導(dǎo)的形式自動地從負極流向正極。
2.如權(quán)利要求1所述的非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件，其特征在于介質(zhì)截面的折 射率分布為多層層疊的非對稱漸變折射率透射介質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件，其特征在于介質(zhì)截面的折 射率分布可以彎曲成多種形狀的非對稱漸變折射率的透射介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件，其特征在于透射自動波導(dǎo) 構(gòu)件的正極安置全反射面，正極移到負極的同一個表面，形成單面自動波導(dǎo)構(gòu)件。
5.如權(quán)利要求1所述的非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件，其特征在于在透射自動波 導(dǎo)構(gòu)件的負極外安置調(diào)制輻射源，調(diào)制輻射源與透射自動波導(dǎo)構(gòu)件組成調(diào)制聚射自動波導(dǎo) 構(gòu)件。
6.如權(quán)利要求2所述的非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件，其特征在于介質(zhì)截面的折 射率分布為一種非對稱漸變折射率形狀的層疊透射介質(zhì)。
7.如權(quán)利要求2所述的非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件，其特征在于介質(zhì)截面的折 射率分布為多種(包括兩種)形狀的非對稱漸變折射率層疊，組合成透射介質(zhì)。
8.如權(quán)利要求4所述的非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件，其特征在于介質(zhì)截面的折 射率分布為透射自動波導(dǎo)與單面自動波導(dǎo)相組合的構(gòu)件。
9.如權(quán)利要求4所述的非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件，其特征在于調(diào)制輻射源向 單面自動波導(dǎo)輻射，調(diào)制輻射源與單面自動波導(dǎo)構(gòu)件組成調(diào)制聚射單面自動波導(dǎo)構(gòu)件。
10.如權(quán)利要求5所述的非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件，其特征在于若干個自動波 導(dǎo)向一個自動波導(dǎo)負極輸送輻射，組成遠程聚射自動波導(dǎo)系統(tǒng)。
全文摘要
非對稱漸變折射率自動波導(dǎo)構(gòu)件及其器件，是根據(jù)能量守恒定律、斯蒂芬-玻而茲曼定律及角系數(shù)f的概念，根據(jù)f沒有互換性的波導(dǎo)換熱規(guī)律，提高介質(zhì)減少產(chǎn)生的自動波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)敞開地放置單一熱源中，表面輻射換熱不平衡，形成自動波導(dǎo)正負極，整流交流量子，能夠把低密度漫射聚集為高密度能流，能夠從低溫物體向高溫物體傳遞熱量，能夠制作冰箱、冰屋、空調(diào)、溫箱、溫室、溫衣、熱管等，能夠烹調(diào)、驅(qū)動熱機、發(fā)電，還有如激光而勝似激光的性能，可以把非相干光源的自發(fā)輻射聚焦為一個很小的光斑，以細光柱輸出，發(fā)散角很小，形成超越激光的光強，可以將載信息的輻射以細光柱傳輸、接收，可以遠距離輸送、接收高密度能流。
文檔編號G02B6/10GK101846767SQ20101016510
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者黎耕 申請人:黎耕