Создание селективных гелиоконцентраторов возможно с ис­пользованием голограмм (дифракционных решеток) [8.1, 8.2] для выделения и концентрирования заданной области спектра солнечно­го излучения. Голограмма представляет собой светочувствительный слой, в котором зарегистрирована интерференционная картина от двух когерентных пучков излучения. Один из пучков имеет неиска­женный фронт волны, обычно плоский или сферический, и называ­ется опорным пучком. Другой пучок может иметь сложный фронт волны, он отражается от «фотографируемого» предмета или прохо­дит через него, содержит информацию о яркости и рельефе этого предмета и называется предметным. Если полученную голограмму осветить одним из этих пучков, то в точности восстанавливается второй пучок излучения — это основное свойство голограммы.

Для изготовления голографического концентратора (голокона) опорный пучок целесообразно брать колимированным и направлять его по нормали к приемной поверхности светочувствительного слоя, тем самым он уподобляется по геометрии солнечному излучению. Предметный пучок в зависимости от желаемого типа голокона мо­жет иметь различную структуру.

На рис. 8.1 показана схема получения простейшего голокона, известного в голографии как голограмма точечного источника света. Здесь предметный пучок имеет форму конуса с вершиной в точке будущего фокуса F.

Голограмма регистрируется в светочувствительном материале либо в виде вариации коэффициента пропускания или отражения (амплитудная голограмма), либо в виде вариации показателя пре-

‘ Рис. 8.1. Принцип формирования голографической линзы:

‘ — 1 — лазер; 2 — светоделитель; 3 — расширитель опорного пучка;

4 — опорный пучок; 5 — зеркало; 6 — объектив; 7 — предметный пучок;

Л 8 — светочувствительный слой; 9 — стекло фотопластинки

ломления или толщины светочувствительного слоя (фазовая голо­грамма). Когда толщина слоя намного превышает расстояние между изофазными поверхностями интерференционной картины (харак­терные значения толщины 10-15 мкм), то получается объемная го­лограмма. При тонком светочувствительном слое регистрируются не сами изофазные поверхности, а следы их пересечения со слоем, и получается плоская голограмма. Различаются также пропускающие и отражательные голограммы.

Важный энергетический параметр голограммы — ее дифракци­онная эффективность, равная отношению интенсивности дифраги­рованного излучения к интенсивности падающего излучения. Для амплитудных голограмм эта величина составляет всего несколько процентов и они едва ли интересны для использования в гелиотех­нике. Для фазовых объемных пропускающих и отражательных голо­грамм теоретическое значение дифракционной эффективности 100%, для фазовой плоской пропускающей голограммы 33,9%, при­чем экспериментально полученные значения близки к теоретиче­ским.

При рассмотрении дифракции на объемных пропускающих го­лограммах необходимо учитывать, что каждый луч последовательно рассеивается от большого числа периодически расположенных по­верхностей максимумов плотности. Чтобы амплитуда результирую­щей дифрагированной волны была максимальной, волны, рассеян­
ные последовательными слоями, должны быть синфазны. Это усло­вие выполняется, если соблюдается закон Брегга:

2d sinG = Хо / п, (8.1)

где d — период голографической решётки; 0 — угол между предмет­ным пучком и плоскостью миделя; Х0 — длина волны; п — средний показатель преломления светочувствительного слоя.

Дифракционную эффективность 100%-ю для фазовых объем­ных голограмм можно получить лишь при соблюдении закона Брег­га. Отклонение от угла Брегга снижает дифракционную эффектив­ность. В нашем случае (для солнечных концентраторов) максималь­ное отклонение от угла Брегга определяется половиной углового размера Солнца (около 16 мин). При таком отклонении от угла Брег­га дифракционная эффективность снижается незначительно (80%).

Селективность голограмм в виде разложения проходящего пучка в спектр демонстрируется на рис. 8.2, а.

Энергетическая эффективность голокона определяется из от­ношения энергии сконцентрированного излучения (в одной или не­скольких областях спектра) к энергии солнечного излучения на его приемной поверхности.

Рис. 8.2. Разложение в спектр солнечного излучения голографической линзой (а); спектральное распределение интенсивности сконцентриро­ванного излучения на выходной грани голокона призменного типа (б)