对于导光板型太阳能聚光器而言,由于其结构的复杂性,单独应用成像光学理论或非成像光学理论已不能够满足系统设计的需求,应该在考虑导光板型聚光器实际应用需要的基础上,通过成像光学理论和非成像光学理论相结合的方式寻求设计方案。本论文致力于导光板型太阳能聚光器设计方法的研究,旨在建立能够同时获得高聚光比高聚光效率的聚光器设计理论,为导光板型太阳能聚光器设计提供一系列有效的光学解决方案。论文第一阶段针对目前导光板型聚光器中聚光模块阵列与导光板之间存在对准误差导致光线耦合效率下降的问题,提出了基于对准误差免校正的聚光器设计方法,并给出了两种导光板型聚光器设计。其中,基于仿生光学复眼的导光板型聚光器采用柱面面型的聚光模块设计,通过光线耦合结构与导光板直接相连免除了传统聚光器中存在的对准误差,同时由于柱面透镜的性质,简化了传统双轴跟踪的太阳跟踪方式,节省了设计成本;基于抛物面阵列的导光板型聚光器采用部分抛物面作为聚光模块的反射面型,通过在聚光模块下表面添加三棱柱耦合结构的设计,使得聚光模块与导光板之间的对准误差免于校正,该设计通过减小会聚光线与水平面之间的夹角,增加了导光板中两次全反射之间的传播距离,降低了光线从导光板中逃逸的概率。但是,柱面和抛物面属于常规曲面,这类曲面设计自由度较低,对光束的控制能力有限,因此需要寻找一种设计自由度较高的光学曲面设计方法,弥补常规曲面自由变换能力不足的问题。论文第二阶段工作围绕自由曲面设计方法展开,力求利用自由曲面设计自由度高的特点解决第一阶段中常规曲面变换能力不足的问题。该阶段首先给出导光板型Fresnel聚光器的设计,利用自由曲面设计的超短焦距全反射锯齿结构降低了系统的高宽比,同时,利用改进的自由曲面离散面型点设计方法改善了由于面型误差导致的聚光效率下降的问题。由于太阳光经过聚光器被会聚后形成一个具有预定能量分布的圆形光斑,这个能量重新分配的过程类似于一种最优运输问题,因此该阶段随后在数学层面导出最优运输问题中的一类Monge-Amp?re型方程,结合Snell定律与能量守恒定律,建立了一个带有非线性边界条件的椭圆型Monge-Amp?re方程,从而求解出自由曲面反射表面的面型。该设计方法效率较高,并具备较好的设计自由度,为太阳能聚光系统中自由曲面面型求解提供了一套有效的光学解决方案。然而,导光板中传播的部分光线会从后续的光线耦合结构中逃逸,影响整个系统的聚光效率。论文第三阶段针对前两个阶段中出现的导光板中光线逃逸的问题进行了研究,分别针对线聚焦和点聚焦两种类型导光板提出了无漏光设计方法,并给出了聚光模块为抛物面型时的设计实例从而验证了所提出方法的正确性。在保证无漏光的前提下,针对光线的无漏光传播距离较短的问题分别对线聚焦和点聚焦两种类型的无漏光导光板进行了改进设计,从而在增加几何聚光比的同时获得了较高的聚光效率。最后分别对两类无漏光导光板型聚光器的最大无漏光聚光比和聚光性能进行了对比分析。该阶段所提出的无漏光导光板的设计方法,能够在高几何聚光比的情况下使太阳能聚光器依然保有较高的聚光效率,为导光板型太阳能聚光器的进一步发展起到了良好的促进作用。