Recently, I read a piece of news about a solar thermal energy project. It uses sunlight to melt salt and then converts the thermal energy from the molten salt into steam through a steam generation system, which is subsequently used to generate electricity.
Récemment, j'ai lu une nouvelle sur un projet d'énergie solaire thermique. Celui-ci utilise la lumière solaire pour faire fondre du sel, puis convertit l'énergie thermique du sel fondu en vapeur via un système de génération de vapeur, laquelle est ensuite utilisée pour produire de l'électricité.
After reading this, might a question pop into our minds: Can solar energy melt salt? Yes, it can! Of course, this is thanks to the key component mentioned in the news headline—the "linear Fresnel," a type of Fresnel optical element. Its total surface area determines the amount of solar energy it can concentrate and collect. The image below showcases another type of Fresnel element, which even burned through a 2mm iron plate!
Après avoir lu cela, une question peut-elle nous venir à l'esprit : l'énergie solaire peut-elle fondre le sel? Oui, bien sûr ! Cela est dû au composant clé mentionné dans le titre de l'article : le « Fresnel linéaire ». C'est un type d'élément optique Fresnel, et sa surface totale détermine la quantité d'énergie solaire qu'il peut concentrer et collecter. L'image ci-dessous présente un autre type d'élément Fresnel, qui a même percé une plaque de fer de 2 mm d'épaisseur!
What is a Fresnel optical element? How many types are there? What are its applications?
Qu’est-ce qu’un élément optique de Fresnel? Combien existe-t-il de types? Quelles sont ses applications?
In the early 19th century, Westerners had already conducted quite in-depth research on optical instruments, yet they also faced certain challenges: lens manufacturing was time-consuming and the lenses themselves were heavy. Consequently, the demand for "lightweight optical instruments" came into being.
Au début du 19ᵉ siècle, les Occidentaux avaient déjà mené des recherches très approfondies sur les instruments d’optique, mais ils rencontraient également certains défis : la fabrication des lentilles était longue et les lentilles elles-mêmes étaient lourdes. Par conséquent, la demande d’« instruments d’optique légers » fit son apparition.
At that moment, the French physicist and engineer Augustin-Jean Fresnel conceived an ingenious solution: compress the lens’s continuous curved surface into a series of concentric, saw-tooth–shaped rings. This design preserved the refractive power of the “serrated” surfaces while eliminating the optically useless bulk, allowing the lens to be made very thin yet achieve the same optical performance as a much thicker one. Below are its principal diagram and an early lighthouse application of the Fresnel lens.
À ce moment-là, le physicien et ingénieur français Augustin-Jean Fresnel conçut une solution ingénieuse : comprimer la surface incurvée continue de la lentille en une série d’anneaux concentriques en forme de dents de scie. La conception conservait le pouvoir réfringent des surfaces « dentelées » tout en éliminant la masse optiquement inutile, permettant ainsi de fabriquer une lentille très mince qui atteint les mêmes performances optiques qu’une lentille bien plus épaisse. Ci-dessous se trouvent son schéma principal et une application de la lentille de Fresnel dans les premiers phares.
From then on, any optical element design that adopts the underlying idea of “replacing the whole with combined segments” has been called a Fresnel optical element. The two most common types today are refractive Fresnel elements and reflective Fresnel elements. The “linear Fresnel (reflective system)” case mentioned in the opening news story belongs to the reflective Fresnel-element category.
Dès lors, tout concept d’élément optique fondé sur l’idée de « remplacer l’ensemble par des segments combinés » est appelé élément optique de Fresnel. Les deux types les plus courants aujourd’hui sont les éléments de Fresnel réfractifs et les éléments de Fresnel réflectifs. Le cas du « système linéaire de Fresnel (réflectif) » mentionné dans l’article de présentation relève de la catégorie des éléments de Fresnel réflectifs.
Fresnel optical components, leveraging their light-concentrating, collimating, and imaging capabilities, are widely used in products such as projectors and infrared cameras. The image below illustrates their main application scenarios.
Les composants optiques de Fresnel, exploitant leurs capacités de concentration, de collimation et d’imagerie de la lumière, sont largement utilisés dans des produits tels que les projecteurs et les caméras infrarouges. L’image ci-dessous illustre leurs principaux scénarios d’application.
When it comes to real-world deployment, Fresnel optical components must be paired with various other fundamental parts; only then can their advantages be fully leveraged to create an even wider range of application scenarios.
For optical components like Fresnel lenses that rely on precise microstructures for operation, their macro- and micro-level shape accuracy directly determines their optical performance (such as focusing efficiency, uniformity, and stray light levels). Their quality is closely tied to the capability of precision mold manufacturing. Below is a demonstration of mold manufacturing capabilities from a professional Fresnel lens manufacturer.
Pour les composants optiques tels que les lentilles de Fresnel, qui dépendent de microstructures précises pour fonctionner, leur précision de forme au niveau macro et micro détermine directement leurs performances optiques (telles que l'efficacité de focalisation, l'uniformité et le niveau de lumière parasite). Leur qualité est étroitement liée à la capacité de fabrication de moules de précision. Ci-dessous est une démonstration des capacités de fabrication de moules d'un fabricant professionnel de lentilles de Fresnel.
Currently, common processing methods for Fresnel optical components include injection molding and compression molding. Common materials used are PMMA, PC, PVC, glass, and so on. We need to carefully select appropriate materials to address the challenges of different application scenarios.
Actuellement, les méthodes de fabrication courantes pour les composants optiques de Fresnel incluent le moulage par injection et le moulage par compression. Les matériaux couramment utilisés sont le PMMA, le PC, le PVC, le verre, etc. Il est nécessaire de sélectionner soigneusement les matériaux appropriés pour répondre aux défis des différents scénarios d'application.
Next, let's step into the manufacturing site of Fresnel optical elements together and see how a "ripple of light" is created.
Ensuite, entrons ensemble sur le site de fabrication des éléments optiques de Fresnel et découvrons comment une « ondulation de lumière » est créée.
检验检测-金相显微镜/Metallographic Microscope/Microscope métallographique
检验检测-温湿度箱，提供极端环境，判断光学性能稳定性(如透光率、折射率变化)和物理耐久性(如变形、开裂)/Temperature and humidity chamber/Chambre de température et d'humidité
检验检测-紫外加速老化试验箱/UV Accelerated Weathering Tester/Testeur de vieillissement accéléré aux UV
