太陽能工程理論研究的重要進(jìn)展是太陽能收集極限的突破。利用非成像光學(xué)的幾何矢量流理論，R.Winston小組證明了太陽能收集裝置聚焦陽光的本領(lǐng)能夠達(dá)到并超過熱力學(xué)理論給出的極限。根據(jù)熱力學(xué)第一二定律，任何裝置都不可能使太陽光聚集到超過太陽表面溫度的強(qiáng)度，因?yàn)槿绻�達(dá)到這樣的高溫，就有可能制造一臺(tái)在太陽與聚光器之間運(yùn)轉(zhuǎn)的熱機(jī)，即一臺(tái)第二類水動(dòng)機(jī)。Winston曾根據(jù)相空間矢量流守恒證明陽光聚集的上限約為地球表面陽光強(qiáng)度的46000倍。但是如果聚能器由折射率為n的材料制成，那么集中度的上限就會(huì)增加n^2倍。集中度按n^2倍數(shù)增長是折射定律的結(jié)果，它并不違反熱力學(xué)，因?yàn)榇藭r(shí)物體輻射出的能量也與n^2形成正比，這兩個(gè)因子是彼此抵消的。

獲取高集中度的裝置如圖2所示。非成像聚能器放在一臺(tái)拋物而反射鏡的焦點(diǎn)處(實(shí)際上只用非成像降能器即可達(dá)到高集中度，此舉是為減少非成像聚能器長度以降低成本），聚能器采用折射率高達(dá)1.76的藍(lán)寶石材料制作，這種裝置的最大集中度的理論極限可達(dá)140000。Winston等利用這種裝置實(shí)現(xiàn)了高達(dá)84000的集中度，已超過了太陽表面強(qiáng)度的15%，從而獲得了太陽系中最高的陽光強(qiáng)度，未達(dá)到理論極限值主要是因?yàn)闇y量設(shè)備對(duì)光的反射和阻礙造成的。盡管如此，比起傳統(tǒng)的成像裝置來已體現(xiàn)了明顯的優(yōu)越性，因?yàn)閭鹘y(tǒng)成像裝置的理論集中度只達(dá)到理論極限的四分之一。

圖2

2.2 高能物理與天體物理

非成像光學(xué)理論和技術(shù)的某些發(fā)展與高能物理本身就有密切的淵源關(guān)系。R.Winston等人早期關(guān)于非成像光學(xué)的研究就是從高能物理學(xué)的研究入手發(fā)展而來的。為了檢測λ粒子的一種罕見的衰變中產(chǎn)生的電子（λ以粒子每一千次衰變中將有一次射出一個(gè)電子），則須從檢測這種罕見電子衰變所產(chǎn)生的切倫柯大輻射入手，因此需要收集這種微弱輻射并將其傳遞到光電管從而記錄每個(gè)電子的出現(xiàn)。由于這種光很弱且分布在很大的射出面積和不同的射出角度上，因此傳統(tǒng)成像系統(tǒng)來收集此光會(huì)存在無法解決的困難。Winston等人就是為了解決此困難而開始非成像光學(xué)研究的，并成功地在1965年建造了第一臺(tái)復(fù)合拋物面聚能器。而非成像尤學(xué)的迅速發(fā)展則是七十年代中期以后的事了。

與高能物理中的應(yīng)用異曲同工的工作是在天體物理研究中，芝加一哥大學(xué)研究小組已將非成像光學(xué)裝置用于天體物理研究的紅外探測器卜宇宙背景探測器衛(wèi)星（COBE）也依靠非成像光學(xué)裝置以極高的精度測量了來自大爆炸的黑體輻射殘余猶他大學(xué)的研究小組還利用作成像光學(xué)裝置建造了大型切淪柯夫輻射探測器陣列中的所謂“蠅眼”陣列，用以探測和研究高能宇宙射線。

2.3 太陽能激光器

太俐能激光器是非成像光學(xué)裝置所產(chǎn)生的高強(qiáng)度陽光的潛在應(yīng)用之一。以色列魏茨曼研究所的研究組利用非成像裝置建造的太陽能泵浦的激光器已產(chǎn)生出數(shù)百瓦的輸出功率。目前認(rèn)為，太陽能激光器有兩個(gè)重要應(yīng)用前景：一是在空間科學(xué)中用于衛(wèi)星通訊或類似用途，其前景是不言而喻的另一個(gè)重要應(yīng)用則是在地面上獲得高強(qiáng)度的紫外線光源（如果這種裝置安裝在沙漠中，幾乎只依靠陽光即可運(yùn)行），而這樣的光源則可用于銷毀危險(xiǎn)的工業(yè)廢料等目的。

除了上述應(yīng)用之外，還有一些應(yīng)用待于開發(fā)。如人們發(fā)現(xiàn)人眼視網(wǎng)膜內(nèi)視錐細(xì)胞就有著類似于復(fù)介拋物而聚能器的形狀，而其使光聚集的作用機(jī)理則與作成像聚能裝置相同，因此非成像光學(xué)的發(fā)展還有其暇要的仿生意義。甚至由Robert L.Holman領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)機(jī)構(gòu)還致力于把非成像裝置反過來用到迄今為止一直為成像裝置所獨(dú)占的光學(xué)系統(tǒng)中的研究上，因此，非成像光學(xué)應(yīng)用的廣闊前景是不言而喻的。