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DE3141789C2 - Solar ray concentrator and method for its manufacture - Google Patents

Solar ray concentrator and method for its manufacture

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DE3141789C2
DE3141789C2 DE3141789A DE3141789A DE3141789C2 DE 3141789 C2 DE3141789 C2 DE 3141789C2 DE 3141789 A DE3141789 A DE 3141789A DE 3141789 A DE3141789 A DE 3141789A DE 3141789 C2 DE3141789 C2 DE 3141789C2
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hologram
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reflection
radiation
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DE3141789A
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German (de)
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Viktor Voskanovič Afian
Ruben Gegamovič Erevan Martirosjan
Stanislav Vasil'evič Rjabikov
Dmitrij Semenovič Strebkov
Eduard Vladimirovič Moskau/Moskva Tverjanovič
Albert Vartanovič Eriwan/Erevan Vartanian
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Abstract

Die Erfindung betrifft die Heliotechnik. Ein Sonnenstrahlkonzentrator ist in Form eines Prismas (1) ausgeführt, das Flächen (2, 3, 4) für Eintritt, Reflexion und Austritt von Strahlen aufweist. Der erfindungsgemäße Konzentrator ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eintrittsfläche (2) und/oder auf der Reflexionsfläche (3) eine Materialschicht (5) mit einem darin erzeugten räumlichen Hologramm angeordnet ist. Dieses Hologramm ist vom Durchlaßtyp, falls es sich auf der Eintrittsfläche (2) befindet, und vom Reflexionstyp, falls es sich auf der Reflexionsfläche (3) befindet. Die Struktur des Hologramms ist jeweils derart, daß die Strahlung in das Prisma (1) unter einem Totalreflexionswinkel eingeführt wird. Das Herstellungsverfahren für den Sonnenstrahlkonzentrator beruht auf der Aufzeichnung eines Interferenzbildes von einem Referenzbündel (6) und einem Objektbündel (7) einer Laserstrahlung in einer lichtempfindlichen Schicht (5). Die lichtempfindliche Schicht (5) wird auf die Eintrittsfläche (2) und/oder auf die Reflexionsfläche (3) des Prismas (1) aufgebracht. Das Interferenzbild wird aufgezeichnet, indem das Referenzbündel (6) in Richtung der zu konzentrierenden Strahlung und das Objektbündel (7) unter einem Totalreflexionswinkel ( Θ) für die Materialien der lichtempfindlichen Schicht (5) und des Prismas (1) geleitet wird. Der Konzentrator ist vorzugsweise zum Einsatz in Einrichtungen zur Umwandlung von Sonnenenergie in Wärme- oder elektrische Energie vorgesehen.The invention relates to heliotechnology. A sunbeam concentrator is designed in the form of a prism (1) which has surfaces (2, 3, 4) for the entry, reflection and exit of rays. The concentrator according to the invention is characterized in that a material layer (5) with a spatial hologram produced therein is arranged on the entry surface (2) and/or on the reflection surface (3). This hologram is of the transmission type if it is located on the entry surface (2) and of the reflection type if it is located on the reflection surface (3). The structure of the hologram is such that the radiation is introduced into the prism (1) at a total reflection angle. The manufacturing process for the sunbeam concentrator is based on the recording of an interference image of a reference beam (6) and an object beam (7) of a laser radiation in a light-sensitive layer (5). The light-sensitive layer (5) is applied to the entrance surface (2) and/or to the reflection surface (3) of the prism (1). The interference image is recorded by directing the reference beam (6) in the direction of the radiation to be concentrated and the object beam (7) at a total reflection angle (Θ) for the materials of the light-sensitive layer (5) and the prism (1). The concentrator is preferably intended for use in devices for converting solar energy into heat or electrical energy.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenstrahlkonzentrator und ein Verfahren zu seiner Herstellung, gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7.The invention relates to a solar ray concentrator and a method for its manufacture, according to the preamble of claims 1 and 7.

Der erfindungsgemäße Sonnenstrahlkonzentrator kann in der Heliotechnik zur Konzentration einer auf die Arbeitsfläche eines Fotoumformers einfallenden Sonnenstrahlung eingesetzt werden.The solar ray concentrator according to the invention can be used in heliotechnology to concentrate solar radiation incident on the working surface of a photoconverter.

Es ist ein Sonnenstrahlkonzentrator in Form eines Prismas mit einer dreieckigen Grundfläche aus einem Material mit hoher Brechungszahl bekannt (D. R. Mills, J. E. Giurtronich, "Ideal prism solar concentrators", "Solar Energy", 1978, 21, N. 5, S. 423-430), in dem die Strahlungskonzentration durch mehrfache Totalreflexionen zustande kommt.It is a solar ray concentrator in the form of a Prisms with a triangular base made of a material with a high refractive index are known (DR Mills, JE Giurtronich, "Ideal prism solar concentrators", "Solar Energy", 1978, 21, N. 5, pp. 423-430), in which the radiation concentration is achieved by multiple total reflections.

Das Prisma weist dabei Flächen für Eintritt, Reflexion und Austritt von Strahlen auf. Die untere Reflexionsfläche des Prismas hat einen Spiegelbelag, während der Flächenwinkel zwischen der oberen Eintrittsfläche des Prismas und der Reflexionsfläche mit Rücksicht auf eine Totalreflexion eines in das Prisma eingetretenen Lichtstrahls gewählt ist und ca. 20° beträgt. Die mehrfach reflektierten Strahlen verlassen die diesem Flächenwinkel gegenüberliegende Austrittsfläche des Prismas.The prism has surfaces for the entry, reflection and exit of rays. The lower reflection surface of the prism has a mirror coating, while the surface angle between the upper entry surface of the prism and the reflection surface is chosen with consideration for the total reflection of a light beam entering the prism and is approximately 20°. The rays that are reflected several times leave the exit surface of the prism opposite this surface angle.

Die als Flächenverhältnis der Eintrittsfläche zur Austrittsfläche definierbare Vielfachheit der Konzentration erweist sich hierbei als niedrig und beträgt ca. 3. Der Konzentrator weist große Abmessungen und Maße auf. Darüber hinaus wird das gesamte Sonnenstrahlspektrum konzentriert, was zu einer unwirtschaftlichen Wandlung der Sonnenenergie durch einen selektiven Empfänger, z. B. einen Fotoumformer, führt, der ein Empfindlichkeitsmaximum in einem bestimmten Spektralbereich erreicht.The concentration multiplicity, which can be defined as the ratio of the area of the entrance surface to the exit surface, turns out to be low and amounts to approximately 3. The concentrator has large dimensions and dimensions. In addition, the entire spectrum of solar radiation is concentrated, which leads to an uneconomical conversion of solar energy by a selective receiver, e.g. a photoconverter, which reaches a sensitivity maximum in a certain spectral range.

Aus der DE-PS 26 29 641 ist ein selektiver Sonnenstrahlkonzentrator in Form eines durchsichtigen Prismas - einer planparallelen Platte - mit in deren Volumen dispergierten Lumineszenzzentren bekannt, die eine auf sie einfallende Strahlung in einem langwelligere Spektralbereich wiederabstrahlen. Zur Erhöhung des Konzentrationsgrades ist auf die untere Plattenfläche und auf sämtliche Seitenflächen mit Ausnahme der Austrittsfläche eine Reflexionsschicht aufgetragen.DE-PS 26 29 641 discloses a selective solar ray concentrator in the form of a transparent prism - a plane-parallel plate - with luminescence centers dispersed in its volume, which re-emit radiation falling on them in a longer-wave spectral range. To increase the degree of concentration, a reflective layer is applied to the lower surface of the plate and to all side surfaces with the exception of the exit surface.

In diesem Konzentrator breitet sich die Lumineszenzstrahlung innerhalb der Platte in allen Richtungen aus, wobei die auf die Plattenflächen von innen unter einem kleineren Raumwinkel als dem Grenz-Totalreflexionswinkel auftreffende Lumineszenzstrahlung die Platte verläßt und verlorengeht. Für eine Glasplatte mit einer Brechungszahl von 1,5 betragen diese Verluste ca. 25%. Derartige Verluste sind grundsätzlich nicht zu beseitigen. Erhebliche Verluste treten auch infolge Selbstabsorption und Rückstrahlung an den Reflexionsflächen auf. Außerdem zählen zu den Mängeln dieses Lumineszenzkonzentrators Schwierigkeiten bei der Synthese eines nach Spektralkennlinien geeigneten Leuchtstoffes sowie dessen Instabilität und geringe Lebensdauer.In this concentrator, the luminescence radiation spreads out in all directions within the plate, whereby the luminescence radiation striking the plate surfaces from the inside at a smaller solid angle than the limiting angle of total reflection leaves the plate and is lost. For a glass plate with a refractive index of 1.5, these losses amount to approximately 25%. Such losses are fundamentally impossible to eliminate. Significant losses also occur as a result of self-absorption and reflection at the reflective surfaces. Other shortcomings of this luminescence concentrator include difficulties in synthesizing a phosphor with suitable spectral characteristics, as well as its instability and short lifespan.

Aus der US-PS 40 54 356 ist schließlich ein Sonnenstrahlkonzentrator bekannt, der in Form einer Linse bzw. eines Hologramms einer Lichtpunktquelle ausgeführt ist. Ein derartiger Konzentrator ist herstellungstechnisch einfach, es wird durch Aufzeichnung eines Interferenzbildes von einem planparallelen Referenz- und einem divergierenden Objektbündel einer Laserstrahlung in einer Schicht eines lichtempfindlichen Materials erzeugt. Die Brennweite dieser Linse erweist sich aber als groß und wird durch die Lage der Quelle für eine divergierende Strahlung festgelegt. Zur Anordnung eines Empfängers für eine konzentrierte Strahlung im Brennpunkt der Linse bedarf es einer den Empfänger mit der Linse verbindende Hilfseinrichtung. Darüber hinaus fällt die Energieverteilung über die Oberfläche des Empfängers sehr ungleichmäßig aus.Finally, US-PS 40 54 356 discloses a sunbeam concentrator which is designed in the form of a lens or a hologram of a light point source. Such a concentrator is simple to manufacture; it is created by recording an interference pattern of a plane-parallel reference beam and a diverging object beam of laser radiation in a layer of a light-sensitive material. The focal length of this lens, however, turns out to be large and is determined by the position of the source of diverging radiation. To arrange a receiver for concentrated radiation at the focal point of the lens, an auxiliary device connecting the receiver to the lens is required. In addition, the energy distribution over the surface of the receiver is very uneven.

Zur Konzentration von Sonnenstrahlung sind Konzentratoren von Interessse, die keine Abbildung einer Strahlungsquelle erzeugen und eine gleichmäßige Energieverteilung unmittelbar über ihre Austrittsfäche gewährleisten.To concentrate solar radiation, concentrators are of interest that do not produce an image of a radiation source and ensure a uniform energy distribution directly over their exit surface.

Aus der DE-OS 30 12 500, die sich mit einem Reflektor für Lichtstrahlen auf der Basis von Beugungsgittern befaßt, ist es bekannt, durch holographische Verfahren in einem photoempfindlichen Material gebildete Beugungsgitter zu verwenden. Da es sich um zwei oder drei verschieden orientierte, unterschiedliche Beugungsgitter handelt, ist das Hologramm zusammengesetzt. Ein oder alle Beugungsgitter können Fokussierungseigenschaften haben. Wenn der Reflektor beleuchtet wird, wird die auf ihn auftreffende Strahlung reflektiert und außerhalb der Reflektorplatte mit dem Hologramm fokussiert.From DE-OS 30 12 500, which deals with a reflector for light rays based on diffraction gratings, it is known to use diffraction gratings formed in a photosensitive material by holographic processes. Since there are two or three differently oriented, different diffraction gratings, the hologram is composite. One or all of the diffraction gratings can have focusing properties. When the reflector is illuminated, the radiation striking it is reflected and focused outside the reflector plate with the hologram.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Sonnenstrahlkonzentrator zu schaffen, dessen Konstruktion eine Verminderung von Energieverlusten bei der Konzentration der Sonnenstrahlung, eine Erhöhung des Konzentrationsgrades, eine Erweiterung der Möglichkeiten für eine Konzentration verschiedener Spektralbereiche der Sonnenstrahlung, die Möglichkeit einer gleichzeitigen getrennten Konzentration der verschiedenen Spektralbereiche auf verschiedene Strahlaustrittsflächen zu sichern vermag.The invention is based on the object of creating such a solar ray concentrator, the construction of which is able to ensure a reduction in energy losses during the concentration of solar radiation, an increase in the degree of concentration, an extension of the possibilities for concentrating different spectral ranges of solar radiation, the possibility of a simultaneous separate concentration of the different spectral ranges on different beam exit surfaces.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, die Herstellungstechnologie für Sonnenstrahlkonzentratoren zu vereinfachen.The invention is also based on the object of simplifying the manufacturing technology for solar ray concentrators.

Die gestellte Aufgabe ist bei einem Sonnenstrahlkonzentrator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The stated object is achieved in a solar ray concentrator having the features of claim 1.

Bei einem erfindungsgemäßen Sonnenstrahlkonzentrator wird die Strahlung mit Hilfe des Hologramms in das Prisma geführt, breitet sich innerhalb desselben aus und wird auf einer oder mehreren Stirnflächen des Prismas fokussiert.In a solar ray concentrator according to the invention, the radiation is guided into the prism with the help of the hologram, spreads within it and is focused on one or more end faces of the prism.

Zur Vorgabe von Spektralkennlinien des Sonnenstrahlkonzentrators in einem weiten Bereich ist es zweckmäßig, den Winkel zwischen der Eintrittsfläche und der Reflexionsfläche entsprechend mindestens gleich der Hälfte des Winkelbetrags zu wählen, der die Winkeldifferenz zwischen dem Braggwinkel und dem Winkel minimaler Beugungseffektivität darstellt.In order to specify spectral characteristics of the solar ray concentrator over a wide range, it is advisable to choose the angle between the entrance surface and the reflection surface to be at least equal to half the angle value representing the angular difference between the Bragg angle and the angle of minimum diffraction efficiency.

Zur Erhöhung des Konzentrationsgrades der Sonnenstrahlung ist es erwünscht, die Parameter eines auf einer Seite des Prismas vorgesehenen Hologramms derart zu wählen, daß sich die Strahlung im Prisma parallel zu der Fläche ausbreitet, die derjenigen entgegengesetzt ist, auf der sich das Hologramm befindet.To increase the degree of concentration of solar radiation, it is desirable to select the parameters of a hologram provided on one side of the prism in such a way that the radiation propagates in the prism parallel to the surface opposite to that on which the hologram is located.

Falls das Prisma die Form eines Parallelepipeds aufweist, ist es zweckmäßig, das räumliche Hologramm mit einem ungleichmäßigen Aufbau zur Verhinderung einer Beugung eines sich innerhalb des Prismas ausbreitenden Strahls auszuführen, der von der Trennfläche Hologramm/Luft reflektiert wird.If the prism has the shape of a parallelepiped, it is expedient to design the spatial hologram with an uneven structure to prevent diffraction of a beam propagating within the prism which is reflected by the hologram/air interface.

Zur Erweiterung des zu konzentrierenden Spektralbereiches der Sonnenstrahlung kann das räumliche Hologramm mehrschichtig ausgeführt werden, wobei jede Schicht eine Information über eine Lichtquelle mit einer von den Wellenlängen der bei der Erzeugung der Hologramme in den anderen Schichten benutzten Lichtquellen verschiedenen Wellenlänge enthält.To expand the spectral range of solar radiation to be concentrated, the spatial hologram can be made up of multiple layers, with each layer containing information about a light source with a wavelength different from the wavelengths of the light sources used to generate the holograms in the other layers.

Hierbei ist es zur effektiveren Ausnutzung der Sonnenstrahlung erwünscht, die Anzahl der Schichten des räumlichen Hologramms gleich der Anzahl der Austrittsflächen und den Aufbau des Hologramms einer jeden Schicht unter Berücksichtigung der Strahlungsrichtung auf die entsprechende Austrittsfläche zu wählen.In order to make more effective use of solar radiation, it is desirable to select the number of layers of the spatial hologram equal to the number of exit surfaces and the structure of the hologram of each layer taking into account the direction of radiation to the corresponding exit surface.

Die gestellte Aufgabe wird weiter dadurch gelöst, daß bei einem Herstellungsverfahren für einen Sonnenstrahlkonzentrator mit Aufzeichnung eines Interferenzbildes von einem Referenz- und einem Objektbündel einer Laserstrahlung in einer lichtempfindlichen Schicht gemäß der Erfindung diese lichtempfindliche Schicht auf die Eintrittsfläche und/oder auf die Reflexionsfläche eines Prismas aufgebracht wird und die Aufzeichnung des Interferenzbildes erfolgt, indem das Referenzbündel in Richtung der zu konzentrierenden Strahlung und das Objektbündel unter dem Totalreflexionswinkel gegen Luft der Materialien der lichtempfindlichen Schicht und des Prismas gelenkt wird.The stated object is further achieved by the fact that in a manufacturing process for a solar ray concentrator with recording of an interference image from a reference and an object beam of laser radiation in a light-sensitive layer according to the invention, this light-sensitive layer is applied to the entrance surface and/or to the reflection surface of a prism and the recording of the interference image takes place by directing the reference beam in the direction of the radiation to be concentrated and the object beam at the total reflection angle against air of the materials of the light-sensitive layer and the prism.

Zur Sicherung einer größeren Wahlfreiheit für den zu konzentrierenden Spektralbereich bei Benutzung eines Prismas mit einer trapezförmigen Grundfläche kann als Objektbündel eine Lichtstrahlung mit einer flachen Wellenfront benutzt und auf eine von nichtparallelen Prismenflächen gerichtet werden, die als Eintritts- und Reflexionsfläche gewählt werden.To ensure greater freedom of choice for the spectral range to be concentrated when using a prism with a trapezoidal base, a light beam with a flat wavefront can be used as the object beam and directed onto one of non-parallel prism surfaces, which are selected as the entrance and reflection surfaces.

In diesem Fall ist der Eintrittswinkel für das Referenzbündel im Prisma zweckmäßigerweise entsprechend der Formel

  • R&min; ≤β + 2 φ&min;m,

zu wählen, wobei
  • R&min; den Einfallswinkel des Objektbündels auf die Eintrittsfläche des Prismas,
  • β den Grenzwinkel für eine Totalreflexion an der Trennfläche Prisma/Luft,
  • φ&min; den Winkel zwischen der Eintrittsfläche und der Reflexionsfläche des Prismas und
  • m die Höchstzahl von Mehrfachreflexionen eines Strahls einer zu konzentrierenden Strahlung innerhalb des Prismas bezeichnet.

In this case, the angle of incidence for the reference beam in the prism is conveniently determined according to the formula
  • R &min; ? β + 2 ? &min; m ,

to choose, whereby
  • R &min; the angle of incidence of the object beam on the entrance surface of the prism,
  • β is the critical angle for total reflection at the prism/air interface,
  • φ &min; is the angle between the entrance surface and the reflection surface of the prism and
  • m is the maximum number of multiple reflections of a beam of radiation to be concentrated within the prism.

Bei Herstellung eines Sonnenstrahlkonzentrators auf der Basis eines ein Rechteck als Grundfläche aufweisenden Prismas wird zweckmäßig als Objektbündel eine Lichtstrahlung mit einer divergierenden Wellenfront verwendet, deren Quelle in der Weise angeordnet wird, daß ein Abschnitt auf der Trennfläche Hologramm/Luft zwischen der Eintrittsstelle eines Strahls und dem Punkt seiner ersten Reflexion von der Trennfläche Hologramm/Luft unter einem Winkel entsprechend mindestens dem Winkelbetrag, der die Winkeldifferenz zwischen dem Braggwinkel und dem Winkel minimaler Beugungseffektivität darstellt, im Punkt der oben genannten ersten Reflexion sichtbar ist.When manufacturing a solar ray concentrator based on a prism having a rectangular base, it is expedient to use as an object beam a light beam with a diverging wave front, the source of which is arranged in such a way that a section on the hologram/air interface between the point of entry of a beam and the point of its first reflection from the hologram/air interface is visible at the point of the above-mentioned first reflection at an angle corresponding to at least the angle amount representing the angular difference between the Bragg angle and the angle of minimum diffraction efficiency.

Bei Herstellung eines Sonnenstrahlkonzentrators mit einem mehrschichtigen Hologramm ist es zweckmäßig, auf die erste lichtempfindliche Schicht mindestens noch eine lichtempfindliche Schicht aufzutragen und auf jede der Schichten ein Interferenzbild aufzuzeichnen, wozu von einer Lichtquelle mit einer von den Wellenlängen der zur Aufzeichnung der Interferenzbilder auf den übrigen Schichten verwendeten Lichtquellen verschiedenen Wellenlänge Gebrauch gemacht wird, und die Werte der Wellenlängen für sämtliche Lichtquellen unter Berücksichtigung eines Fehlens des Effektes einer Kreuzmodulation gewählt werden.When manufacturing a solar ray concentrator with a multilayer hologram, it is advisable to apply at least one more photosensitive layer to the first photosensitive layer and to record an interference pattern on each of the layers using a light source having a wavelength different from the wavelengths of the light sources used to record the interference patterns on the other layers, and choosing the values of the wavelengths for all light sources taking into account the absence of the effect of cross-modulation.

Hierbei kann man die Anzahl der Schichten des räumlichen Hologramms nach der Anzahl der Austrittsflächen des Konzentrators wählen und ein Interferenzbild in jeder Schicht aufzeichnen, indem das Objektbündel in Richtung einer der jeweiligen Schicht entsprechenden Austrittsfläche gelenkt wird.Here, the number of layers of the spatial hologram can be selected according to the number of exit surfaces of the concentrator and an interference image can be recorded in each layer by directing the object beam towards an exit surface corresponding to the respective layer.

Der erfindungsgemäß ausgeführte Sonnenstrahlkonzentrator führt zur Konzentration eines wahlfreien Bereiches des Sonnenspektrums zu einer Verminderung der Energieverluste bei der Konzentration und zu einem hohen Konzentrationsgrad. Der Konzentrator ist einfach im Aufbau und enthält eine kleinstmögliche Anzahl von Bauelementen. Das Herstellungsverfahren für den Konzentrator zeichnet sich durch Einfachheit und das Fehlen arbeitsintensiver Operationen für eine mechanische Bearbeitung der Oberflächen der optischen Elemente aus. Durch die Erzeugung einer entsprechenden Struktur des Beugungsgitters des räumlichen Hologramms auf dem Wege der Anwendung von Lichtquellen mit verschiedenen Wellenlängen wird eine effektivere Ausnutzung des Sonnenstrahlspektrums mit der Möglichkeit einer getrennten Konzentration verschiedener Spektralbereiche gewährleistet.The solar ray concentrator designed according to the invention concentrates any region of the solar spectrum, reduces energy losses during concentration, and provides a high concentration level. The concentrator is simple in design and contains the smallest possible number of components. The process of manufacturing the concentrator is characterized by simplicity and the absence of labor-intensive operations for mechanical processing of the surfaces of the optical elements. By creating an appropriate structure of the diffraction grating of the spatial hologram by using light sources with different wavelengths, more effective use of the solar ray spectrum is ensured with the possibility of separate concentration of different spectral regions.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung veranschaulichten konkreten Ausführungsformen näher erläutert werden. Dabei zeigtThe invention will be explained in more detail below with reference to specific embodiments illustrated in the drawing.

Fig. 1 einen Sonnenstrahlkonzentrator und eine Vorrichtung zur Herstellung eines räumlichen Hologramms vom Durchlaßtyp auf der Eintrittsfläche eines Prismas mit einer dreieckigen Grundfläche; Fig. 1 shows a solar ray concentrator and a device for producing a transmission-type spatial hologram on the entrance surface of a prism with a triangular base;

Fig. 2 einen Sonnenstrahlkonzentrator mit einem Prisma mit einer trapezförmigen Grundfläche und einem räumlichen Hologramm vom Durchlaßtyp auf der Eintrittsfläche; Fig. 2 shows a solar ray concentrator with a prism with a trapezoidal base and a spatial hologram of the transmission type on the entrance surface;

Fig. 3 einen Sonnenstrahlkonzentrator mit einem Prisma mit einer trapezförmigen Grundfläche und einem räumlichen Hologramm vom Reflexionstyp auf der Reflexionsfläche; Fig. 3 shows a solar ray concentrator with a prism with a trapezoidal base and a spatial hologram of the reflection type on the reflection surface;

Fig. 4 einen Sonnenstrahlkonzentrator in Form eines Parallelepipeds und die Strahlungsrichtung eines Objektbündels bei dessen Herstellung; Fig. 4 shows a solar ray concentrator in the form of a parallelepiped and the radiation direction of an object beam during its manufacture;

Fig. 5 einen Sonnenstrahlkonzentrator in Form eines Parallelepipeds mit einem räumlichen Hologramm vom Durchlaßtyp auf der Eintrittsfläche und einem räumlichen Hologramm vom Reflexionstyp auf der Reflexionsfläche; Fig. 5 shows a solar ray concentrator in the form of a parallelepiped with a spatial hologram of the transmission type on the entrance surface and a spatial hologram of the reflection type on the reflection surface;

Fig. 6 einen Sonnenstrahlkonzentrator in Form eines Parallelepipeds mit einem zweischichtigen Hologramm vom Durchlaßtyp auf der Eintrittsfläche und mit zwei Austrittsflächen. Fig. 6 shows a solar ray concentrator in the form of a parallelepiped with a two-layer transmission type hologram on the entrance surface and with two exit surfaces.

Der in Fig. 1 gezeigte Sonnenstrahlkonzentrator besteht aus einem Prisma 1 mit einer dreieckigen Grundfläche, das eine Eintrittsfläche 2, eine Reflexionsfläche 3 und eine Austrittsfläche 4 für Strahlung sowie eine auf die Eintrittsfläche 2 aufgetragene Schicht 5 aus einem lichtempfindlichen Material mit einem darin erzeugten räumlichen Hologramm vom Durchlaßtyp aufweist. Die Struktur des Beugungsgitters ist derart, daß die Einführung der Strahlung in das Prisma unter einem Totalreflexionswinkel R und bei einer Beleuchtung des Konzentrators durch ein mit einem bei der Aufzeichnung des Hologramms verwendeten Referenzbündel 6 identisches Lichtbündel gewährleistet ist, wobei sich die Lichtstrahlen innerhalb des Prismas 1 parallel zur Reflexionsfläche 3 ausbreiten.The solar ray concentrator shown in Fig. 1 consists of a prism 1 with a triangular base, which has an entrance surface 2 , a reflection surface 3 and an exit surface 4 for radiation, and a layer 5 of a photosensitive material applied to the entrance surface 2 with a spatial hologram of the transmission type created therein. The structure of the diffraction grating is such that the introduction of the radiation into the prism is ensured at an angle of total reflection R and when the concentrator is illuminated by a light beam identical to a reference beam 6 used in recording the hologram, the light rays propagate within the prism 1 parallel to the reflection surface 3 .

Bei einer anderen Ausführungsform des gleichen Konzentrators kann sich das räumliche Hologramm auf der Reflexionsfläche 3 (in den Zeichnungen nicht angedeutet) befinden. In diesem Fall sichert dem Hologramm die Struktur seines Beugungsgitters Reflexionseigenschaften und eine Ausbreitung der in das Prisma 1 eingetretenen Strahlung parallel zur Strahleintrittsfläche 2.In another embodiment of the same concentrator, the spatial hologram can be located on the reflection surface 3 (not shown in the drawings). In this case, the structure of its diffraction grating provides the hologram with reflection properties and propagation of the radiation entering the prism 1 parallel to the beam entrance surface 2 .

Der in Fig. 2 dargestellte Sonnenstrahlkonzentrator besteht aus einem Prisma 1&min; mit einer trapezförmigen Grundfläche und mit einer Eintrittsfläche 2 und einer Reflexionsfläche 3, und mit zwei Austrittsflächen 4 und 4&min; und aus einer Materialschicht 5 mit einem in dieser erzeugten räumlichen Durchlaßhologramm. Die Flächen 2 und 3 sind im Prisma 1&min; nicht parallel. Die Parameter des Beugungsgitters des genannten Hologramms sind derart, daß bei der Beleuchtung des Konzentrators durch das mit dem Referenzbündel 6 identische Lichtbündel dieses in das Prisma 1 unter dem Totalreflexionswinkel R zur Eintrittsfläche 2 eingeführt wird und sich in Richtung der Austrittsfläche 4 fortsetzt. Punktiert ist die Richtung eines Objektbündels 7 zum Prisma 1&min; bei der Bildung des Beugungsgitters des räumlichen Hologramms angedeutet.The solar ray concentrator shown in Fig. 2 consists of a prism 1' with a trapezoidal base and with an entrance surface 2 and a reflection surface 3 , and with two exit surfaces 4 and 4'. and a material layer 5 with a spatial transmission hologram generated in it. The surfaces 2 and 3 are not parallel in the prism 1' . The parameters of the diffraction grating of the said hologram are such that when the concentrator is illuminated by the light beam identical to the reference beam 6 , the latter is introduced into the prism 1 at the total reflection angle R to the entrance surface 2 and continues in the direction of the exit surface 4. The direction of an object beam 7 to the prism 1' when the diffraction grating of the spatial hologram is formed is indicated by dots.

Der in Fig. 3 wiedergegebene Konzentrator weist im Unterschied zu dem in Fig. 2 dargestellten eine Materialschicht 5&min; mit einem räumlichen Reflexionshologramm auf einer Reflexionsfläche 3 auf. Die Struktur des Beugungsgitters des Hologramms ist derart, daß das in das Prisma 1&min; eingetretene mit dem Referenzbündel identische Lichtbündel innerhalb des Prismas 1&min; unter einem Totalreflexionswinkel R&min; größer als der Winkel R reflektiert und in Richtung der kleineren Austrittsfläche 4&min; des Prismas 1&min; gelenkt wird.The concentrator shown in Fig. 3, in contrast to the one shown in Fig. 2, has a material layer 5' with a spatial reflection hologram on a reflection surface 3. The structure of the diffraction grating of the hologram is such that the light beam that has entered the prism 1' and is identical to the reference beam is reflected within the prism 1' at a total reflection angle R ' greater than the angle R and is directed in the direction of the smaller exit surface 4' of the prism 1' .

Eine weitere Ausführungsform für einen Sonnenstrahlkonzentrator besteht gemäß Fig. 4 aus einem Prisma 1&min;&min; in Form eines rechteckigen Parallelepipeds mit einer Eintrittsfläche 2, einer Reflexionsfläche 3 und zwei Austrittsflächen 4 und 4&min; und aus einer Materialschicht 5 mit einem räumlichen Durchlaßhologramm. Im Unterschied zu den in Fig. 1 bis 3 dargestellten Konzentratoren weist das genannte Hologramm eine ungleichmäßige Struktur zur Verhinderung einer Beugung eines sich innerhalb des Prismas 1&min;&min; fortsetzenden, von der Trennfläche Hologramm/Luft -Luft reflektierten Strahls auf.Another embodiment of a sunbeam concentrator consists, according to Fig. 4, of a prism 1" in the form of a rectangular parallelepiped with an entrance surface 2 , a reflection surface 3 and two exit surfaces 4 and 4" and of a material layer 5 with a spatial transmission hologram. In contrast to the concentrators shown in Figs. 1 to 3, the hologram mentioned has an irregular structure to prevent diffraction of a beam continuing within the prism 1" and reflected from the hologram/air-air interface.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines Konzentrators, deren Unterschied von der in Fig. 4 wiedergegebenen darin besteht, daß auf der Reflexionsfläche 3 des Prismas 1&min;&min; zusätzlich eine Materialschicht 5&min; mit einem räumlichen Reflexionshologramm aufliegt. Die Parameter der Beugungsgitter der Hologramme sind derart gewählt, daß auf dem Hologramm vom Durchlaßtyp (Schicht 5) ein Spektralbereich mit Wellenlängen nahe λ 1 und auf dem Hologramm vom Reflexionstyp (Schicht 5) ein Spektralbereich mit Wellenlängen nahe λ 2 diffragiert. Die Strahlung dieser beiden Bereiche wird auf die Austrittsfläche 4 konzentriert. Fig. 5 shows an embodiment of a concentrator, the difference from that shown in Fig. 4 is that a material layer 5' with a spatial reflection hologram is additionally applied to the reflection surface 3 of the prism 1" . The parameters of the diffraction gratings of the holograms are selected such that a spectral range with wavelengths close to λ 1 is diffracted on the transmission type hologram (layer 5 ) and a spectral range with wavelengths close to λ 2 is diffracted on the reflection type hologram (layer 5 ). The radiation from these two ranges is concentrated on the exit surface 4 .

Eine weitere Ausführungsform für einen Sonnenstrahlkonzentrator ist in Fig. 6 dargestellt. Dessen Unterschied gegenüber dem Konzentrator gemäß Fig. 4 besteht darin, daß das räumliche Durchlaßhologramm in der Schicht 5&min;&min; mehrschichtig ausgeführt ist, wobei die Anzahl der Schichten des Hologramms gleich der Anzahl der Austrittsflächen für die konzentrierte Strahlung ist. Zur Veranschaulichung ist in Fig. 6 ein zweischichtiges Hologramm vom Durchlaßtyp dargestellt, dessen eine Schicht die konzentrierte Strahlung mit den Wellenlängen nahe λ 1 auf die Austrittsfläche 4 und dessen andere Schicht die Strahlung mit den Wellenlängen nahe λ 2 auf die zweite Austrittsfläche 4&min; richtet.Another embodiment of a solar ray concentrator is shown in Fig. 6. Its difference from the concentrator according to Fig. 4 is that the spatial transmission hologram in the layer 5" is multi-layered, the number of layers of the hologram being equal to the number of exit surfaces for the concentrated radiation. To illustrate this , Fig. 6 shows a two-layer hologram of the transmission type, one layer of which directs the concentrated radiation with wavelengths close to λ 1 onto the exit surface 4 and the other layer of which directs the radiation with wavelengths close to λ 2 onto the second exit surface 4' .

Das Herstellungsverfahren für den in Fig. 1 wiedergegebenen Sonnenstrahlkonzentrator besteht in folgendem. Auf die Eintrittsfläche 2 des Prismas 1 wird eine Schicht 5 eines lichtempfindlichen Materials, beispielsweise einer Fotoemulsion, aufgebracht. Auf die Schicht 5 des lichtempfindlichen Materials wird eine Schicht 8 einer Immersionsflüssigkeit mit einer Brechungszahl nahe der Brechungszahl des lichtempfindlichen Materials aufgetragen und darauf ein Hilfsprisma 9 aufgestellt. Das Hilfsprisma 9 dient zur Lenkung des Referenzbündels 6 in Richtung der zu konzentrierenden Strahlung und des Objektbündels 7 parallel zur Reflexionsfläche 3. In der lichtempfindlichen Schicht 5 wird ein Interferenzbild aus dem Referenzbündel 6 und dem Objektbündel 7 der Laserstrahlung aufgezeichnet. Hierbei erweist sich das Durchlaßhologramm als homogen, weil das Referenzbündel 6 und das Objektbündel 7 jedes eine ebene Wellenfront besitzen. Zur Gewinnung eines Reflexionshologramms in einem Konzentrator auf der Basis eines dreieckigen Prismas 1 wird die lichtempfindliche Schicht 5 auf die Reflexionsfläche 3 aufgetragen, während das Objektbündel 7 parallel zur Eintrittsfläche 2 des Prismas 1 gerichtet wird. Im Sonnenstrahlkonzentrator gemäß Fig. 1 definiert der Winkel φ zwischen der Eintrittsfläche 2 und der Reflexionsfläche 3 eindeutig einen Winkel zwischen dem Referenzbündel 6 und dem Objektbündel 7, der seinerseits Spektralkennlinien eines in der lichtempfindlichen Schicht 5 erzeugten räumlichen Hologramms bestimmt.The manufacturing process for the solar ray concentrator shown in Fig. 1 is as follows. A layer 5 of a light-sensitive material, for example a photo emulsion, is applied to the entrance surface 2 of the prism 1. A layer 8 of an immersion liquid with a refractive index close to the refractive index of the light-sensitive material is applied to the layer 5 of the light-sensitive material and an auxiliary prism 9 is placed on top of it. The auxiliary prism 9 serves to direct the reference beam 6 in the direction of the radiation to be concentrated and the object beam 7 parallel to the reflection surface 3. An interference image from the reference beam 6 and the object beam 7 of the laser radiation is recorded in the light-sensitive layer 5. The transmission hologram proves to be homogeneous because the reference beam 6 and the object beam 7 each have a flat wave front. To obtain a reflection hologram in a concentrator based on a triangular prism 1 , the photosensitive layer 5 is applied to the reflection surface 3 , while the object beam 7 is directed parallel to the entrance surface 2 of the prism 1. In the sunbeam concentrator according to Fig. 1, the angle φ between the entrance surface 2 and the reflection surface 3 uniquely defines an angle between the reference beam 6 and the object beam 7 , which in turn determines spectral characteristics of a spatial hologram generated in the photosensitive layer 5 .

Eine große Auswahlmöglichkeit zur Vorgabe von Spektralkennlinien eines Konzentrators bietet die Ausführungsform gemäß Fig. 2 mit einem trapezförmigen Prisma 1&min;. Bei der Herstellung eines derartigen Konzentrators wird das Objektbündel 7 zum Unterschied vom Herstellungsverfahren für den Konzentrator gemäß Fig. 1 auf das Prisma 1&min; unter einem wahlfreien Totalreflexionswinkel für das Material des Prismas 1&min;, beginnend mit dem Grenz-Totalreflexionswinkel β, gerichtet. Hierbei wird als Objektbündel 7 eine Lichtstrahlung mit einer flachen Wellenfront verwendet. Der Winkel φ&min; zwischen der Eintrittsfläche 2 und der Reflexionsfläche 3 kann in Grenzen von 45° bis δ/2 gewählt werden, wobei δ die Winkelabweichung vom Bragg-Winkel bedeutet, bei der die Beugungseffektivität des räumlichen Hologramms minimal ist. Zur Erzielung eines hohen Konzentrationsgrades für die Lichtstrahlung ist es zweckmäßig, den Winkel φ&min; gleich δ/2 zu nehmen. Das Objektbündel 7 wird auf das Prisma 1&min; in Richtung der Austrittsfläche 4 gelenkt.The embodiment according to Fig. 2 with a trapezoidal prism 1' offers a wide range of options for specifying the spectral characteristics of a concentrator. In the manufacture of such a concentrator, the object beam 7 is directed onto the prism 1' at an optional total reflection angle for the material of the prism 1' , starting with the limiting total reflection angle β , in contrast to the manufacturing process for the concentrator according to Fig. 1. In this case, a light beam with a flat wave front is used as the object beam 7. The angle φ ' between the entrance surface 2 and the reflection surface 3 can be selected within the limits of 45° to δ /2, where δ is the angular deviation from the Bragg angle at which the diffraction effectiveness of the spatial hologram is minimal. In order to achieve a high degree of concentration for the light beam, it is expedient to set the angle φ' equal to δ. /2. The object beam 7 is directed onto the prism 1' in the direction of the exit surface 4 .

Das Herstellungsverfahren für den in Fig. 3 gezeigten Konzentrator besteht darin, daß auf die Reflexionsfläche 3 eine lichtempfindliche Schicht 5&min; aufgebracht und ein Interferenzbild aufgezeichnet wird, indem das Referenzbündel 6 und das Objektbündel 7 auf die lichtempfindliche Schicht 5&min; von deren entgegengesetzten Seiten gerichtet werden. Hierbei wird das Objektbündel 7 in das Prisma 1&min; unter einem Winkel R&min; zur Eintrittsfläche 2 eingeführt, der den Grenz-Totalreflexionswinkel β um mindestens einen einem Produkt aus der Anzahl der Reflexionen eines Strahls an der Reflexionsfläche 3 und dem Doppelten des Winkels φ&min; zwischen der Eintrittsfläche 2 und der Reflexionsfläche 3 des Prismas 1&min; gleichen Winkel übertrifft. Diese Bedingung wird durch folgende Beziehung beschrieben:

  • R&min; ≤β + 2 φ&min;m,

wobei
  • R&min; den Einfallswinkel des Objektbündels auf die Eintrittsfläche 2 des Prismas 1&min;,
  • β den Grenz-Totalreflexionswinkel an der Trennfläche Prisma/Luft,
  • φ&min; den Winkel zwischen der Eintrittsfläche 2 und Reflexionsfläche 3 des Prismas 1&min; und
  • m die Höchstzahl von Mehrfachreflexionen eines Strahls einer zu konzentrierenden Strahlung innerhalb des Prismas 1&min;

bezeichnet.The manufacturing process for the concentrator shown in Fig. 3 consists in applying a light-sensitive layer 5' to the reflection surface 3 and recording an interference image by directing the reference beam 6 and the object beam 7 onto the light-sensitive layer 5' from opposite sides thereof. The object beam 7 is introduced into the prism 1' at an angle R ' to the entrance surface 2 which exceeds the limiting total reflection angle β by at least an angle equal to a product of the number of reflections of a beam on the reflection surface 3 and twice the angle φ ' between the entrance surface 2 and the reflection surface 3 of the prism 1' . This condition is described by the following relationship:
  • R &min; ? β + 2 ? &min; m ,

where
  • R ' is the angle of incidence of the object beam on the entrance surface 2 of the prism 1' ,
  • β is the limiting total reflection angle at the prism/air interface,
  • φ ' is the angle between the entrance surface 2 and reflection surface 3 of the prism 1' and
  • m is the maximum number of multiple reflections of a beam of radiation to be concentrated within the prism 1'

designated.

Darüber hinaus unterscheidet sich das geschilderte Herstellungsverfahren für den Konzentrator von Fig. 3 von dem Herstellungsverfahren für den Konzentrator gemäß Fig. 2 dadurch, daß das Objektbündel 7 in das Prisma 1&min; in Richtung der Austrittsfläche 4&min; eingeführt wird.Furthermore, the described manufacturing method for the concentrator of Fig. 3 differs from the manufacturing method for the concentrator according to Fig. 2 in that the object beam 7 is introduced into the prism 1' in the direction of the exit surface 4' .

Bei dem Herstellungsverfahren für den Konzentrator gemäß Fig. 4 wird ein Prisma 1&min;&min; in Form eines rechteckigen Parallelepipeds gewählt, auf dessen Eintrittsfläche 2 eine lichtempfindliche Schicht 5 aufgebracht wird, und bei der Aufzeichnung eines Interferenzbildes wird ein Objektbündel 7 mit einer divergierenden Wellenfront verwendet. Hierbei wird die Lage der Quelle P für das Objektbündel 7 bezüglich der Eintrittsfläche 2 in der Weise gewählt, daß ein Abschnitt an der Trennfläche Hologramm/Luft zwischen der Eintrittsstelle des Strahls und dem Punkt seiner ersten Reflexion an der Trennfläche Hologramm/ Luft unter einem Winkel von nicht weniger als einer halben Winkelabweichung vom Bragg-Winkel im Punkt der obengenannten ersten Reflexion zu sehen ist, bei dem die Beugungseffektivität des räumlichen Hologramms minimal ist. Die Erfüllung dieser Bedingung im Falle der Anordnung des räumlichen Durchlaßhologramms auf der Eintrittsfläche 2 wird bei der Einhaltung des folgenden Verhältnisses gewährleistet:

  • 2 (d + d l ) tg α ≤h [tg (α o + δ o-) - tg α o ],

wobei
  • d einen Abstand zwischen der Eintritts- und der Reflexionsfläche,
  • d I die Dicke des räumlichen Hologramms,
  • h den Abstand von der Quelle für das Objektbündel bis zur Trennfläche Hologramm/Luft,
  • α einen Totalreflexionswinkel an der Trennfläche Prisma-Luft,
  • α o einen mit α durch das Brechungsgesetz verbundenen Einfallswinkel eines Strahls des Objektbündels und
  • δ o eine Winkelabweichung vom α o /2 gleichen Bragg- Winkel, bei der die Beugungseffektivität des räumlichen Hologramms minimal ist,

bezeichnet.In the method of manufacturing the concentrator according to Fig. 4, a prism 1" in the form of a rectangular parallelepiped is selected, on the entrance surface 2 of which a photosensitive layer 5 is applied, and an object beam 7 with a diverging wave front is used when recording an interference image. In this case, the position of the source P for the object beam 7 with respect to the entrance surface 2 is selected in such a way that a section on the hologram/air interface between the point of entry of the beam and the point of its first reflection on the hologram/air interface is seen at an angle of not less than half an angular deviation from the Bragg angle at the point of the above-mentioned first reflection, at which the diffraction efficiency of the spatial hologram is minimal. Compliance with this condition in the case of the arrangement of the spatial transmission hologram on the entrance surface 2 is ensured by observing the following ratio:
  • 2 (d + d l ) tg ? ? h [ tg ( α o + δ o - ) - tg α o ],

where
  • d a distance between the entrance and the reflection surface,
  • d I is the thickness of the spatial hologram,
  • h is the distance from the source of the object beam to the hologram/air interface,
  • α is a total reflection angle at the prism-air interface,
  • α; o an angle of incidence of a ray of the object bundle related to α; by the law of refraction and
  • δ o is an angular deviation from α o /2 equal Bragg angle at which the diffraction efficiency of the spatial hologram is minimal,

designated.

Bei der Ableitung dieses Verhältnisses sind die Brechungszahlen der Materialschicht mit dem räumlichen Hologramm und die des Prismas gleich angenommen, weil sie in der Regel voneinander nur geringfügig abweichen. Die Brechungszahl des Mediums, in dem sich die Quelle P des Objektbündels 7 befindet, ist verschieden von der Brechungszahl des Prismas 1&min;&min; angenommen.In deriving this ratio, the refractive indices of the material layer with the spatial hologram and that of the prism are assumed to be equal, because they usually differ only slightly from each other. The refractive index of the medium in which the source P of the object beam 7 is located is assumed to be different from the refractive index of the prism 1' .

Im Spezialfall gleicher Brechungszahlen ist der Winkel α gleich dem Winkel α o zu setzen. Darüber hinaus ist die Dicke d I des räumlichen Hologramms in der Regel wesentlich kleiner als der Abstand d zwischen der Eintrittsfläche 2 und der Reflexionsfläche 3 und kann vernachlässigt werden. Die Lenkung des Objektbündels 7 unter einem erforderlichen Winkel kann beispielsweise mit Hilfe eines entsprechenden Hilfsprismas und einer Schicht einer Immersionsflüssigkeit auf der Eintrittsfläche 2 gewährleistet werden.In the special case of equal refractive indices , the angle α is to be set equal to the angle α o . In addition, the thickness d I of the spatial hologram is generally much smaller than the distance d between the entrance surface 2 and the reflection surface 3 and can be neglected. The steering of the object beam 7 at a required angle can be ensured, for example, with the aid of a corresponding auxiliary prism and a layer of an immersion liquid on the entrance surface 2 .

Das Herstellungsverfahren für die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform des Konzentrators besteht darin, daß zuerst auf eine Fläche, beispielsweise auf die Eintrittsfläche 2, eine lichtempfindliche Schicht 5 aufgetragen und in dieser ein räumliches Durchlaßhologramm von einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge λ I erzeugt wird. Danach wird eine entsprechende fotochemische Behandlung dieser Schicht durchgeführt. Dann wird auf die Reflexionsfläche 3 eine lichtempfindliche Schicht 5&min; aufgetragen, in dieser ein räumliches Reflexionshologramm von einer Lichtquelle mit einer anderen Wellenlänge λ 2 erzeugt und eine entsprechende fotochemische Behandlung dieser Schicht durchgeführt. Bei der Herstellung eines derartigen Konzentrators werden die Wellenlängen λ 1 und λ 2 der Lichtquellen mit Rücksicht auf ein Fehlen einer Kreuzmodulation gewählt. Als Beispiel ist in Fig. 5 ein Konzentrator dargestellt, bei dessen Herstellung die beiden Objektbündel in das Prisma 1&min;&min; in Richtung der Austrittsfläche 4 eingeführt werden.The manufacturing process for the embodiment of the concentrator shown in Fig. 5 consists in first applying a light-sensitive layer 5 to a surface, for example to the entrance surface 2 , and in this a spatial transmission hologram from a light source with a wavelength λ I is generated. This layer is then subjected to a corresponding photochemical treatment. Then a light-sensitive layer 5' is applied to the reflection surface 3 , in this a spatial reflection hologram from a light source with a different wavelength λ 2 is generated and this layer is subjected to a corresponding photochemical treatment. When manufacturing such a concentrator, the wavelengths λ 1 and λ 2 of the light sources are selected with regard to the absence of cross-modulation. As an example , Fig. 5 shows a concentrator in which the two object beams are introduced into the prism 1" in the direction of the exit surface 4 .

In ähnlicher Weise wird der in Fig. 6 gezeigte Konzentrator gefertigt, bei dem die Anzahl der Schichten des räumlichen-Hologramms nach der Anzahl der Austrittsflächen gewählt ist. Die Schicht des räumlichen Hologramms wird auf die Eintrittsfläche 2 aufgetragen. Zuerst wird die erste lichtempfindliche Schicht aufgebracht und darin ein räumliches Hologramm durch Lenkung des Objektbündels in Richtung der ersten Austrittsfläche 4 und durch Verwendung einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge λ 1 erzeugt. Dann wird eine zweite lichtempfindliche Schicht aufgetragen und darin ein räumliches Hologramm durch Lenkung des Objektbündels in Richtung der zweiten Austrittsfläche 4&min; und durch Verwendung einer Lichtquelle mit einer anderen Wellenlänge λ 2 erzeugt. Danach können weitere Schichten aufgetragen und die geschilderten Operationen wiederholt werden. Hier werden die Wellenlängen λ 1 und λ 2 der Lichtquellen gleichfalls unter Berücksichtigung einer Minimierung des Effektes der Kreuzmodulation gewählt, damit also das Licht der einen Wellenlänge nur an "seinem" Beugungsgitter diffragiert und mit anderen durch die Lichtquellen der anderen Wellenlängen gebildeten Schichten des Hologramms nicht zusammenwirkt.In a similar way, the concentrator shown in Fig. 6 is manufactured, in which the number of layers of the spatial hologram is selected according to the number of exit surfaces. The layer of the spatial hologram is applied to the entrance surface 2. First, the first photosensitive layer is applied and a spatial hologram is generated therein by directing the object beam towards the first exit surface 4 and by using a light source with a wavelength λ 1 . Then a second photosensitive layer is applied and a spatial hologram is generated therein by directing the object beam towards the second exit surface 4' and by using a light source with a different wavelength λ 2 . After that, further layers can be applied and the operations described repeated. Here, the wavelengths λ 1 and λ 2 are selected. 2 of the light sources is also chosen taking into account a minimization of the effect of cross modulation, so that the light of one wavelength only diffracts at "its" diffraction grating and does not interact with other layers of the hologram formed by the light sources of the other wavelengths.

Konstruktiv können sämtliche Konzentratoren ein Prisma aus einem optisch durchsichtigen festen Material haben. Darüber hinaus kann das Prisma beispielsweise zwecks Verbesserung von Temperaturbedingungen für die Arbeit des Empfängers der konzentrierten Strahlung in Form einer mit einer durchsichtigen Flüssigkeit gefüllten Festkörperhülle ausgeführt werden.Structurally, all concentrators can have a prism made of an optically transparent solid material. In addition, the prism can be made in the form of a solid shell filled with a transparent liquid, for example, in order to improve the temperature conditions for the receiver of concentrated radiation.

Im Betrieb des erfindungsgemäßen Sonnenstrahlkonzentrators stellt das räumliche Hologramm ein räumliches Beugungsgitter dar, das periodisch angeordnete Streuflächen enthält. Fällt eine mit einer der beiden an der Bildung des Hologramms beteiligten Wellen identische Lichtwelle an einem derartigen Gitter unter einem Bragg-Winkel ein, diffragiert sie daran und stellt eine mit der zweiten Welle identische Welle wieder her. Deshalb stellt das durch das planparallele Referenzbündel 6 und durch das in das Prisma unter dem Totalreflexionswinkel R eingeführte Objektbündel 7 gebildete räumliche Hologramm bei Beleuchtung durch das Referenzbündel 6 das Objektbündel 7 wieder her. Dadurch wird ein Lichtstrahl aus der Luft in das optisch dichtere Medium des Prismas 1 unter dem Totalreflexionswinkel eingeführt.During operation of the solar ray concentrator according to the invention, the spatial hologram represents a spatial diffraction grating which contains periodically arranged scattering surfaces. If a light wave identical to one of the two waves involved in the formation of the hologram is incident on such a grating at a Bragg angle, it diffracts there and recreates a wave identical to the second wave. Therefore, the spatial hologram formed by the plane-parallel reference beam 6 and by the object beam 7 introduced into the prism at the total reflection angle R recreates the object beam 7 when illuminated by the reference beam 6. As a result, a light beam from the air is introduced into the optically denser medium of the prism 1 at the total reflection angle.

Das räumliche Hologramm weist eine Winkelselektivität auf, d. h. eine Abhängigkeit der Beugungseffektivität vom Wert der Winkelabweichung des Beleuchtungsbündels vom Bragg-Winkel, wobei die zulässige Winkelabweichung um so kleiner ist, je größer ein bei der Bildung des Hologramms dem Doppelten des Braggschen Winkels gleicher Winkel zwischen dem Referenzbündel 6 und dem Objektbündel 7 ist. Darüber hinaus ist das räumliche Hologramm selektiv für die Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung, weshalb es bei dessen Beleuchtung durch das Sonnenlicht einen bestimmten Spektralbereich in Abhängigkeit von den Bedingungen für die Erzeugung des Hologramms konzentrieren kann.The spatial hologram exhibits an angular selectivity, ie a dependence of the diffraction efficiency on the value of the angular deviation of the illumination beam from the Bragg angle, whereby the permissible angular deviation is smaller, the larger a Formation of the hologram is equal to twice the Bragg angle between the reference beam 6 and the object beam 7. In addition, the spatial hologram is selective for the wavelength of the illuminating radiation, which is why when illuminated by sunlight it can concentrate a certain spectral range depending on the conditions for forming the hologram.

Der Konzentrator gemäß Fig. 1 weist auf der Eintrittsfläche 2 ein räumliches Durchlaßhologramm auf, das die in das Prisma 1 eintretende Strahlung parallel zur Reflexionsfläche 3 leitet. Gegenüber den in Fig. 2 und 3 dargestellten Konzentratoren konzentriert er bei gleichen Winkeln zwischen der Eintrittsfläche 2 und der Reflexionsfläche 3 einen verhältnismäßig schmaleren Spektralbereich wegen eines größeren Winkels zwischen dem Referenzbündel 6 und dem Objektbündel 7 der Strahlung. Hierbei treten keine Mehrfachreflexionen der konzentrierten Lichtstrahlung innerhalb des Prismas 1 auf.The concentrator according to Fig. 1 has a spatial transmission hologram on the entrance surface 2 , which guides the radiation entering the prism 1 parallel to the reflection surface 3. Compared to the concentrators shown in Fig. 2 and 3, it concentrates a relatively narrower spectral range at the same angle between the entrance surface 2 and the reflection surface 3 because of a larger angle between the reference beam 6 and the object beam 7 of the radiation. In this case, no multiple reflections of the concentrated light radiation occur within the prism 1 .

Der Konzentrator gemäß Fig. 2 arbeitet wie folgt. Die dem Referenzbündel 6 identische Lichtstrahlung diffragiert an einem räumlichen Durchlaßhologramm, indem sie auf eine Materialschicht 5 mit diesem auftrifft, und tritt in das Prisma 1&min; unter dem Totalreflexionswinkel R ein. Nach der Rückstrahlung von der zur Eintrittsfläche 2 unter einem Winkel von φ&min; geneigten Reflexionsfläche 3 trifft der Strahl auf die Grenzfläche Hologramm/Luft unter einem Winkel von R + 2 φ&min; auf und erfährt eine Totalreflexion. Der Winkel φ&min; wird nicht kleiner als eine halbe Winkelabweichung vom Bragg-Winkel gewählt, bei der die Beugungseffektivität des genannten Hologramms gleich Null ist.The concentrator according to Fig. 2 works as follows. The light radiation identical to the reference beam 6 diffracts on a spatial transmission hologram by striking a material layer 5 with it, and enters the prism 1' at the angle of total reflection R. After being reflected back from the reflection surface 3 inclined to the entrance surface 2 at an angle of φ ', the beam strikes the hologram/air interface at an angle of R + 2 φ ' and undergoes total reflection. The angle φ ' is chosen to be no smaller than half an angular deviation from the Bragg angle at which the diffraction efficiency of the said hologram is equal to zero.

Da der von der Grenzfläche Hologramm/Luft reflektierte Strahl auf die Streuflächen des räumlichen Hologramms nicht unter dem Bragg-Winkel, sondern mit einer Abweichung um den Winkel 2 φ&min; von diesem auftrifft, bei welchem die Beugungseffektivität dieses Hologramms gleich Null ist, so diffragiert er daran nicht. Seine Richtung ändert sich also nicht, und nach einer Reihe von Mehrfachreflexionen tritt er durch die Austrittsfläche 4 aus.Since the beam reflected from the hologram/air interface does not hit the scattering surfaces of the spatial hologram at the Bragg angle, but with a deviation of the angle 2 φ ' from it, at which the diffraction efficiency of this hologram is zero, it does not diffract. Its direction therefore does not change, and after a series of multiple reflections it exits through the exit surface 4 .

In der Fig. 3 entsprechenden Ausführungsform des Konzentrators mit einem als Grundfläche ein Trapez aufweisenden Prisma 11&min; wird die Strahlung auf die kleinere Austrittsfläche 4&min;konzentriert. Als Beispiel ist eine Ausführungsform mit einem auf der Reflexionsfläche 3 in der Schicht 5&min; liegenden räumlichen Reflexionshologramm gezeigt. Bei der Erzeugung des Beugungsgitters des genannten Hologramms wird das Objektbündel 7 in das Prisma 1&min; durch die Reflexionsfläche 3 unter dem Winkel R&min; eingeführt. Im Unterschied zu dem in Fig. 2 dargestellten Konzentrator wird dieser Winkel nach jeder Reflexion von der Fläche 3 um einen Wert von 2 φ&min; verkleinert. Damit also der Strahl das Prisma 1&min; durch die Eintrittsfläche 2 oder die Reflexionsfläche 3 nicht verläßt, wird der Winkel R&min; im Vergleich zum Grenz-Totalreflexionswinkel β um einen Winkel größer gewählt, der dem Produkt aus der Anzahl m der Reflexionen des Strahls von der Reflexionsfläche 3 und dem doppelten Winkel zwischen der Eintrittsfläche 2 und der Reflexionsfläche 3 des Prismas 1 gleich ist. Ein derartiger Konzentrator kann ein räumliches Durchlaßhologramm mit ähnlicher Wirkung auf der Eintrittsfläche 2 aufweisen. In dieser Ausführungsform des Konzentrators ergeben sich höhere Konzentrationsgrade für die Lichtstrahlung und ein schmalerer Bereich der konzentrierten Strahlung gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten Konzentrator. Dies ist auf einen geringeren Flächeninhalt der Austrittsfläche 4&min; und auf einen größeren Winkel zwischen dem Referenzbündel 6 und dem Objektbündel 7 zurückzuführen.In the embodiment of the concentrator corresponding to Fig. 3 with a prism 11' having a trapezoid as its base, the radiation is concentrated on the smaller exit surface 4' . As an example, an embodiment with a spatial reflection hologram lying on the reflection surface 3 in the layer 5' is shown. When generating the diffraction grating of the hologram mentioned, the object bundle 7 is introduced into the prism 1' through the reflection surface 3 at the angle R '. In contrast to the concentrator shown in Fig. 2, this angle is reduced by a value of 2 φ ' after each reflection from the surface 3. So that the beam does not leave the prism 1' through the entrance surface 2 or the reflection surface 3 , the angle R ' is compared to the limiting total reflection angle β. is chosen to be larger by an angle which is equal to the product of the number m of reflections of the beam from the reflection surface 3 and twice the angle between the entrance surface 2 and the reflection surface 3 of the prism 1. Such a concentrator can have a spatial transmission hologram with a similar effect on the entrance surface 2. In this embodiment of the concentrator, higher concentration levels for the light radiation and a narrower region of the concentrated radiation are obtained compared to the concentrator shown in Fig. 2. This is due to a smaller surface area of the exit surface 4' and to a larger angle between the reference beam 6 and the object beam 7 .

Der in Fig. 4 wiedergegebene Sonnenstrahlkonzentrator enthält ein Prisma 1&min;&min; in Form eines Parallelepipeds und eine Materialschicht 5 mit einem räumlichen Durchlaßhologramm auf der Eintrittsfläche 2. Das Beugungsgitter des genannten Hologramms ist durch ein planparalleles Referenzbündel 6 und durch ein divergierendes Objektbündel 7 der Strahlung gebildet. Dadurch, daß das divergierende Objektbündel 7 im Fertigungsvorgang für den Konzentrator in das Prisma 1&min;&min; unter einem Totalreflexionswinkel geleitet worden ist, wird die Einführung eines dem Referenzbündel 6 identischen Strahlenbündels aus der Luft in das optisch dichtere Medium des Prismas 1&min;&min; unter einem Totalreflexionswinkel erreicht. Dies ist eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung für die Konzentrierung einer Lichtstrahlung. Der am räumlichen Hologramm diffragierte Lichtstrahl tritt in das Prisma 1&min;&min; unter dem Totalreflexionswinkel ein, erleidet eine Totalreflexion auf der Reflexionsfläche 3 und kehrt in einem gewissen Punkt in die Materialschicht 5 mit dem räumlichen Hologramm zurück. Zur Konzentration genügt es, daß der Strahl nach der Reflexion von der Grenzfläche räumliches Hologramm/Luft die Bragg-Bedingung auf diesem Abschnitt des Hologramms nicht erfüllt. Dann wird er am räumlichen Hologramm nicht diffragieren und die Austrittsfläche 4 nach einer Reihe von Totalreflexionen verlassen. Zu diesem Zweck ist die Struktur des Beugungsgitters des räumlichen Hologramms in der Ausbreitungsrichtung des wiederholt reflektierten Strahls inhomogen ausgeführt. Diese Inhomogenität wird durch die Divergenz des Objektbündels 7 gewährleistet, dessen Strahlen bei der Bildung des Hologramms in die Materialschicht 5 unter verschiedenen Winkeln eintreten.The sunbeam concentrator shown in Fig. 4 contains a prism 1" in the form of a parallelepiped and a material layer 5 with a spatial transmission hologram on the entrance surface 2 . The diffraction grating of the said hologram is formed by a plane-parallel reference beam 6 and by a diverging object beam 7 of the radiation. Because the diverging object beam 7 was guided into the prism 1" at an angle of total reflection during the manufacturing process for the concentrator, the introduction of a beam of rays identical to the reference beam 6 from the air into the optically denser medium of the prism 1" at an angle of total reflection is achieved. This is a necessary but not sufficient condition for the concentration of light radiation. The light beam diffracted by the spatial hologram enters the prism 1" at the angle of total reflection, undergoes total reflection on the reflection surface 3 and returns at a certain point to the material layer 5 with the spatial hologram. For concentration, it is sufficient that the beam after reflection from the spatial hologram/air interface does not satisfy the Bragg condition on this section of the hologram. Then it will not diffract on the spatial hologram and will leave the exit surface 4 after a series of total reflections. For this purpose, the structure of the diffraction grating of the spatial hologram is made inhomogeneous in the direction of propagation of the repeatedly reflected beam. This inhomogeneity is ensured by the divergence of the object beam 7 , the rays of which enter the material layer 5 at different angles when the hologram is formed.

Durch die Auswahl des Abstandes von der Quelle P (Fig. 4) für das Objektbündel 7 bis zur Eintrittsfläche 2 und des Abstandes zwischen der Eintrittsfläche 2 und der Reflexionsfläche 3 ist der Einfall des von der Grenzfläche Hologramm/Luft reflektierten Strahls auf das Hologramm mit einer solchen Winkelabweichung vom Bragg-Winkel auf diesem Abschnitt ermöglicht, daß die Beugungseffektivität des räumlichen Hologramms auf diesem Abschnitt für ihn gleich Null ist. Da das räumliche Hologramm eine Winkelselektivität besitzt, übt es keine diffragierende Wirkung auf den mit einer bestimmten Winkelabweichung vom Bragg-Winkel gerichteten Strahl aus.By selecting the distance from the source P ( Fig. 4) for the object beam 7 to the entrance surface 2 and the distance between the entrance surface 2 and the reflection surface 3 , the incidence of the beam reflected from the hologram/air interface on the hologram is made possible with such an angular deviation from the Bragg angle on this section that the diffraction efficiency of the spatial hologram on this section is zero for it. Since the spatial hologram has angular selectivity, it does not exert a diffractive effect on the beam directed with a certain angular deviation from the Bragg angle.

In Abhängigkeit von der Geometrie des divergierenden Objektbündels mit einer gegebenen Wellenlänge kann die Lichtstrahlung im Fertigungsvorgang für den Konzentrator auf zwei und mehr Austrittsflächen des Prismas, auf einen Teil der Austrittsfläche oder auf eine beliebige Stelle des Prismas konzentriert werden.Depending on the geometry of the diverging object beam with a given wavelength, the light radiation can be concentrated during the manufacturing process for the concentrator onto two or more exit surfaces of the prism, onto a part of the exit surface or onto any point on the prism.

Die in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen von Konzentratoren arbeiten in Analogie zu den oben beschriebenen mit dem einzigen Unterschied, daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 die Strahlung von den beiden Hologrammen - dem Durchlaßhologramm (Schicht 5) und dem Reflexionshologramm (Schicht 5&min;) - auf die eine Austrittsfläche 4 und bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 die Strahlung von jeder Schicht des Durchlaßhologramms auf eine entsprechende Austrittsfläche 4 oder 4&min; konzentriert wird.The embodiments of concentrators shown in Fig. 5 and 6 work analogously to those described above with the only difference that in the embodiment according to Fig. 5 the radiation from the two holograms - the transmission hologram (layer 5 ) and the reflection hologram (layer 5' ) - is concentrated on the one exit surface 4 and in the embodiment according to Fig. 6 the radiation from each layer of the transmission hologram is concentrated on a corresponding exit surface 4 or 4' .

Da das räumliche Hologramm neben der Winkelselektivität auch eine Spektralselektivität besitzt, nimmt seine Beugungseffektivität mit der Abweichung von der Braggschen Wellenlänge bei einer Beleuchtung unter dem Bragg-Winkel ab. In sämtlichen oben beschriebenen Sonnenstrahlkonzentratoren kann daher an Stelle des mehrschichtigen räumlichen Hologramms ein einschichtiges Hologramm ausreichender Dicke verwendet werden. Die räumlichen Beugungsgitter von verschiedenen Lichtquellen werden einander überlagert, und bei einer Beleuchtung durch weißes Licht unter dem Bragg-Winkel trennt jedes Beugungsgitter seinen eigenen Spektralbereich ab. Der Effekt der Kreuzmodulation erweist sich als minimal, wenn die Wellenlängen der Lichtquellen voneinander merklich abweichen.Since the spatial hologram, in addition to the angular selectivity also has spectral selectivity, its diffraction efficiency decreases with the deviation from the Bragg wavelength when illuminated at the Bragg angle. Therefore, in all the solar ray concentrators described above, a single-layer hologram of sufficient thickness can be used instead of the multilayer spatial hologram. The spatial diffraction gratings from different light sources are superimposed on each other, and when illuminated by white light at the Bragg angle, each diffraction grating separates its own spectral range. The effect of cross-modulation turns out to be minimal when the wavelengths of the light sources differ significantly from each other.

Die aufgezählten Ausführungsbeispiele des Sonnenstrahlkonzentrators schränken die Erfindung keineswegs ein und sind zur Veranschaulichung der Mannigfaltigkeit von möglichen Bauarten und Eigenschaften eines grundsätzlich neuen Typs von Sonnenstrahlkonzentratoren auf der Grundlage der Verwendung räumlicher Hologramme und des Effektes der Totalreflexion angeführt.The listed embodiments of the solar ray concentrator do not limit the invention in any way and are given to illustrate the variety of possible designs and properties of a fundamentally new type of solar ray concentrator based on the use of spatial holograms and the effect of total reflection.

Der Sonnenstrahlkonzentrator gestattet es bei erfindungsgemäßer Ausbildung, höhere Konzentrationsgrade gegenüber den bestehenden Konzentratoren auf der Basis eines Prismas mit Totalreflexion zu erhalten. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für den Konzentrator gibt die Möglichkeit, Sonnenstrahlkonzentratoren in einem weiten Bereich der Spektralselektivität von schmalbandigen Filter-Konzentratoren mit einem einige Nanometer breiten Spektralbereich bis zu Konzentratoren zu erhalten, die praktisch keine Spektralselektivität aufweisen. Die getrennte Konzentration verschiedener Spektralbereiche auf verschiedene Austrittsflächen gestattet es, mit einem Konzentrator gleichzeitig mehrere selektive Empfänger für eine Lichtstrahlung mit Empfindlichkeitsmaxima bei verschiedenen Wellenlängen zu verwenden. Dies erhöht die Effektiviät des Konzentrators wesentlich und erweitert seine Anwendungsmöglichkeiten. Der Konzentrator ist sehr einfach im Aufbau, hat eine geringstmögliche Anzahl von Bauelementen und ist sehr betriebssicher. Sein Herstellungsverfahren zeichnet sich durch das Fehlen von Prozessen mit arbeitsintensiver mechanischer Bearbeitung aus und umfaßt nur eine kleine Anzahl von Operationen, zu deren Durchführung nur wenig Zeit (etwa einige Minuten) erforderlich ist.The solar ray concentrator, when designed according to the invention, allows higher concentration levels to be achieved compared to existing concentrators based on a prism with total reflection. The method of manufacturing the concentrator according to the invention makes it possible to obtain solar ray concentrators with a wide range of spectral selectivity, from narrow-band filter concentrators with a spectral range of a few nanometers to concentrators that have practically no spectral selectivity. The separate concentration of different spectral ranges on different exit surfaces allows one concentrator to simultaneously use several selective receivers for light radiation with sensitivity maxima at different wavelengths. This significantly increases the efficiency of the concentrator and expands its application possibilities. The concentrator is very simple in construction, has the smallest possible number of components and is very reliable in operation. Its manufacturing process is characterized by the absence of processes with labor-intensive mechanical processing and involves only a small number of operations that require only a short time (about a few minutes) to perform.

Claims (12)

1. Sonnenstrahlkonzentrator in Form eines Prismas mit Flächen für Eintritt, Reflexion und Austritt von Strahlen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eintrittsfläche (2) und/oder auf der Reflexionsfläche (3) eine Materialschicht (5) mit einem darin erzeugten räumlichen Hologramm angeordnet ist, das auf der Eintrittsfläche (2) vom Durchlaßtyp und auf der Reflexionsfläche (3) vom Reflexionstyp ist, wobei das auf der Eintrittsfläche (2) angeordnete Hologramm derart aufgebaut ist, daß die zu konzentrierende Strahlung unter einem Winkel in das Prisma eingeführt wird, der größer ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion, den das Prisma ohne ein Hologramm enthaltende Materialschicht aufweisen würde. 1. Solar ray concentrator in the form of a prism with surfaces for entry, reflection and exit of rays, characterized in that a material layer ( 5 ) with a spatial hologram produced therein is arranged on the entry surface ( 2 ) and/or on the reflection surface ( 3 ), which is of the transmission type on the entry surface ( 2 ) and of the reflection type on the reflection surface ( 3 ), the hologram arranged on the entry surface ( 2 ) being constructed in such a way that the radiation to be concentrated is introduced into the prism at an angle which is greater than the critical angle of total reflection which the prism would have without a material layer containing a hologram. 2. Sonnenstrahlkonzentrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (φ&min;) zwischen der Eintrittsfläche (2) und der Reflexionsfläche (3) mindestens der Hälfte des Winkelbetrags entspricht, der die Winkeldifferenz zwischen dem Braggwinkel und dem Winkel minimaler Beugungseffektivität darstellt. 2. Solar ray concentrator according to claim 1, characterized in that the angle ( φ &min;) between the entrance surface ( 2 ) and the reflection surface ( 3 ) corresponds to at least half the angle value which represents the angle difference between the Bragg angle and the angle of minimum diffraction effectiveness. 3. Sonnenstrahlkonzentrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem nur einseitig mit Hologramm versehenen Prisma (1) die Parameter des Hologramms derart gewählt sind, daß sich die Strahlung im Prisma (1) parallel zu der Fläche ausbreitet, die derjenigen entgegengesetzt ist, auf der sich das Hologramm befindet. 3. Solar ray concentrator according to claim 1, characterized in that in a prism ( 1 ) provided with a hologram on only one side, the parameters of the hologram are selected such that the radiation in the prism ( 1 ) spreads parallel to the surface which is opposite to that on which the hologram is located. 4. Sonnenstrahlkonzentrator nach Anspruch 1, mit einem in Form eines Parallelepipedes ausgebildeten Prisma, dadurch gekennzeichnet, daß das räumliche Hologramm einen ungleichmäßigen Aufbau zur Verhinderung einer Beugung eines sich innerhalb des Prismas ausbreitenden Strahls aufweist, der von der Trennfläche Hologramm/Luft reflektiert wird. 4. A solar ray concentrator according to claim 1, with a prism in the form of a parallelepiped, characterized in that the spatial hologram has an irregular structure to prevent diffraction of a beam propagating within the prism which is reflected by the hologram/air interface. 5. Sonnenstrahlkonzentrator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das räumliche Hologramm mehrschichtig ausgeführt ist und jede Schicht eine Information über eine Lichtquelle mit einer von den Wellenlängen der bei der Erzeugung der Hologramme in den anderen Schichten benutzten Lichtquellen verschiedenen Wellenlänge enthält. 5. Solar ray concentrator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the spatial hologram is designed in multiple layers and each layer contains information about a light source with a wavelength different from the wavelengths of the light sources used in the production of the holograms in the other layers. 6. Sonnenstrahlkonzentrator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schichten des räumlichen Hologramms gleich der Anzahl der Austrittsflächen (4, 4&min;) und der Aufbau des Hologramms einer jeden Schicht unter Berücksichtigung der Strahlungsrichtung auf die entsprechende Austrittsfläche (4 oder 4&min;) gewählt ist. 6. Solar ray concentrator according to claim 5, characterized in that the number of layers of the spatial hologram is equal to the number of exit surfaces ( 4, 4' ) and the structure of the hologram of each layer is selected taking into account the direction of radiation onto the corresponding exit surface ( 4 or 4' ). 7. Verfahren zum Herstellen eines Sonnenstrahlkonzentrators nach Anspruch 1 unter Aufzeichnung eines Interferenzbildes in einer lichtempfindlichen Schicht von einem Referenz- und einem Objektbündel einer Laserstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Schicht (5) auf die Eintrittsfläche (2) und/oder auf die Reflexionsfläche (3) eines Prismas (1) aufgebracht wird und die Aufzeichnung des Interferenzbildes erfolgt, indem das Referenzbündel (6) in Richtung der zu konzentrierenden Strahlung und das Objektbündel (7) unter dem Grenzwinkel der Totalreflexion (R) gegen Luft der Materialien der lichtempfindlichen Schicht (5) und des Prismas (1) gelenkt wird. 7. Method for producing a solar ray concentrator according to claim 1 with recording of an interference image in a light-sensitive layer from a reference and an object beam of a laser radiation, characterized in that the light-sensitive layer ( 5 ) is applied to the entrance surface ( 2 ) and/or to the reflection surface ( 3 ) of a prism ( 1 ) and the recording of the interference image takes place by directing the reference beam ( 6 ) in the direction of the radiation to be concentrated and the object beam ( 7 ) at the critical angle of total reflection ( R ) against air of the materials of the light-sensitive layer ( 5 ) and the prism ( 1 ). 8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ein Prisma mit einer trapezförmigen Grundfläche benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Objektbündel (7) eine Lichtstrahlung mit einer flachen Wellenfront verwendet und auf eine von nichtparallelen Prismenflächen gerichtet wird, die als Eintritts- und Reflexionsfläche (2 bzw. 3) gewählt werden. 8. Method according to claim 7, in which a prism with a trapezoidal base is used, characterized in that a light radiation with a flat wave front is used as the object beam ( 7 ) and is directed onto one of non-parallel prism surfaces which are selected as entrance and reflection surfaces ( 2 and 3 respectively). 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittswinkel (R) für das Referenzbündel (7) im Prisma (1) entsprechend der Formel R&min; ≤β + 2 φ&min;m, gewählt wird, wobei
R&min; den Einfallswinkel des Objektbündels auf die Eintrittsfläche (2) des Prismas (1), β den Grenzwinkel für eine Totalreflexion an der Trennfläche Prisma/Luft, φ&min; den Winkel zwischen der Eintrittsfläche (2) und der Reflexionsfläche (3) des Prismas (1) und m die Höchstzahl von Mehrfachreflexionen eines Strahls einer zu konzentrierenden Strahlung innerhalb des Prismas (1) bezeichnet.
9. Method according to claim 8, characterized in that the entrance angle ( R ) for the reference beam ( 7 ) in the prism ( 1 ) is selected according to the formula R &min; ≤ β + 2 φ &min; m , where
R &min; the angle of incidence of the object beam on the entrance surface ( 2 ) of the prism ( 1 ), β is the critical angle for total reflection at the prism/air interface, φ &min; is the angle between the entrance surface ( 2 ) and the reflection surface ( 3 ) of the prism ( 1 ) and m is the maximum number of multiple reflections of a beam of radiation to be concentrated within the prism ( 1 ).
10. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ein Prisma mit einer rechteckförmigen Grundfläche verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Objektbündel (7) eine Lichtstrahlung mit einer divergierenden Wellenfront benutzt wird, deren Quelle (P) in der Weise angeordnet wird, daß ein Abschnitt auf der Trennfläche Hologramm/Luft zwischen der Eintrittsstelle eines Strahls und dem Punkt seiner ersten Reflexion von der Trennfläche Hologramm/Luft unter einem Winkel entsprechend mindestens dem Winkelbetrag, der die Winkeldifferenz zwischen dem Braggwinkel und dem Winkel minimaler Beugungseffektivität darstellt, im Punkt der oben genannten ersten Reflexion sichtbar ist. 10. Method according to claim 7, in which a prism with a rectangular base is used, characterized in that a light radiation with a diverging wave front is used as the object beam ( 7 ), the source (P) of which is arranged in such a way that a section on the hologram/air interface between the entry point of a beam and the point of its first reflection from the hologram/air interface is visible at the point of the above-mentioned first reflection at an angle corresponding to at least the angle amount representing the angular difference between the Bragg angle and the angle of minimum diffraction effectiveness. 11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erste lichtempfindliche Schicht mindestens noch eine lichtempfindliche Schicht aufgetragen und auf jede der Schichten ein Interferenzbild aufgezeichnet wird, wozu von einer Lichtquelle mit einer von den Wellenlängen der zur Aufzeichnung der Interferenzbilder auf den übrigen Schichten verwendeten Lichtquellen verschiedenen Wellenlängen Gebrauch gemacht wird und die Werte der Wellenlängen für sämtliche Lichtquellen unter Berücksichtigung eines Fehlens des Effektes einer Kreuzmodulation gewählt werden. 11. A method according to claim 7, characterized in that at least one more photosensitive layer is applied to the first photosensitive layer and an interference image is recorded on each of the layers, for which purpose use is made of a light source with a wavelength different from the wavelengths of the light sources used to record the interference images on the other layers and the values of the wavelengths for all light sources are selected taking into account the absence of the effect of cross modulation. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schichten des räumlichen Hologramms nach der Anzahl der Austrittsflächen des Konzentrators gewählt und ein Interferenzbild in jeder Schicht aufgezeichnet wird, indem das Objektbündel (7) in Richtung einer der jeweiligen Schicht entsprechenden Austrittsfläche gelenkt wird. 12. Method according to claim 11, characterized in that the number of layers of the spatial hologram is selected according to the number of exit surfaces of the concentrator and an interference image is recorded in each layer by directing the object beam ( 7 ) in the direction of an exit surface corresponding to the respective layer.
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