[實用新型]一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔

有效

• 申請號: 201720356781.7
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN206673313U
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 趙長明;關哲;張海洋;王予;李金華
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/091
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 郭德忠,李愛英

技術領域

本實用新型屬于固體激光技術領域，尤其涉及一種用于優化菲涅爾透鏡匯聚效果，保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔。

背景技術

菲涅爾透鏡一般是以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為材料的透鏡，與傳統的光學玻璃透鏡相比，具有重量輕、制作方便、成本低，易于獲得大尺寸結構等優點，已成為現有太陽光直接泵浦激光器第一級匯聚系統的首選。菲涅爾透鏡匯聚后的太陽光入射到以金屬或陶瓷材料制作的漫反射聚光腔作為非成像型第二級會聚系統，以提高入射太陽光到工作物質的耦合效率，第二級聚光腔多采用錐形腔或復合拋物面型聚光器CPC，將激光工作物質或第二級匯聚系統的接收面置于菲涅爾透鏡的焦點處。

太陽光直接泵浦激光器工作時，菲涅爾透鏡能夠將垂直入射的平行光線匯聚到焦點處，形成一定尺寸的匯聚光斑。要想獲得較大能量的激光輸出，要求太陽光匯聚系統具有大的口徑。在保證較高匯聚效率的前提下，匯聚系統的焦距必然很大，匯聚光斑的尺寸也隨之增大，匯聚光斑與第二級匯聚系統的接收面或工作物質不能完全匹配，耦合效率降低，使得整體激光器系統的泵浦效率較低。再者，由于太陽方位實時變化，當入射光線偏離一定角度時，匯聚光斑會產生相應的偏移，導致激光器的輸出功率和光束質量很難保持穩定，所以第一級太陽光匯聚系統菲涅爾透鏡需要時刻跟蹤太陽方位。雖然通過光電跟蹤裝置的設計可以實現對菲涅爾透鏡角度的實時調整，但是由于跟蹤精度問題，仍然很難保持太陽光直接泵浦激光器的輸出功率和光束質量的穩定性。

因此需要設計光學結構對菲涅爾透鏡的匯聚光束進行改良，以提高其作為一級匯聚的穩定性、太陽光到工作物質的耦合效率以及和后續結構的匹配程度，實現太陽光直接泵浦激光器泵浦效率和激光輸出穩定性的提升。

發明內容

為解決上述問題，本實用新型提供一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔，本實用新型使用金屬錐形腔與球頂導光錐組成聚光腔，整體聚光腔放置于菲涅爾透鏡焦點處。聚光腔的鍍金反射面將泵浦光(太陽光)充分匯聚到工作物質上，能夠提高菲涅爾透鏡的匯聚效率和太陽光到工作物質的耦合效率；由于菲涅爾透鏡的焦距較大，導致太陽光入射角度變化時匯聚焦點移動距離較大，將球頂導光錐設計在金屬錐形腔中，能夠減少因太陽方位實時變化所引起的菲涅爾透鏡匯聚光斑的偏移，保持工作物質端面泵浦光的穩定，從而提高太陽光泵浦激光器輸出激光功率和光束質量的穩定性。

一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔，包括金屬錐形腔1和球頂導光錐2；

所述球頂導光錐2由半球體和錐體構成，其中半球體的半球面為球面入光口3，錐體的下底面為平面出光口5；

所述球頂導光錐2的錐體嵌在金屬錐形腔1中；

所述金屬錐形腔1的腔體與球頂導光錐2的錐體部分相匹配，且腔體內表面為錐形鍍金面4。

一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔，所述金屬錐形腔1的腔體上開口為金屬錐形腔1的入光口，腔體下開口為金屬錐形腔1的出光口，其中出光口的直徑與工作物質端面直徑相同。

一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔，所述椎體的高度與所述腔體的高度相同；所述半球體的直徑與金屬錐形腔1的入光口直徑相同；所述平面出光口5的直徑與金屬錐形腔1的出光口直徑相同。

一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔，所述金屬錐形腔1外形為長方體，其中長方體內部開有錐形的腔體。

一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔，所述金屬錐形腔1尺寸為25×50×50mm³。

一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔，所述金屬錐形腔1的入光口直徑為22mm。

一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔，所述球頂導光錐2為石英材質。

一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔，所述球面入光口3和平面出光口5經過拋光處理。

一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔，所述金屬錐形腔1材質為銅。

一種用于保持太陽光泵浦激光器穩定輸出的聚光腔，所述金屬錐形腔1的出光口一側設置有安裝耳。

有益效果：

1、本實用新型適用于太陽光直接泵浦激光器系統中的第二級會聚系統；本實用新型使用金屬錐形腔接收第一級匯聚系統菲涅爾透鏡的匯聚光線，改善散熱效果的同時，金屬錐形腔以錐形鍍金面作為腔體的反射面，能夠對菲涅爾透鏡的匯聚光線進行進一步匯聚，提升菲涅爾透鏡的匯聚效果，縮小匯聚光斑，使匯聚光束與工作物質匹配程度更高，同時從而提高太陽光到工作物質的耦合效率以及太陽光泵浦激光器系統的泵浦效率。