[發明專利]一種具有高效激光補償能力的太陽光泵浦固體激光器

在審

• 申請號: 202011118111.4
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112260052A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 張樂;袁明星;單迎雙;陳東順;邵岑;康健;周天元;王騁;李延彬;陳浩
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: H01S3/0915
• 分類號: H01S3/0915;H01S3/081;H01S3/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周敏

本發明公開的一種具有高效激光補償能力的太陽光泵浦固體激光器，涉及固體激光器技術領域。所述固體激光器包括太陽光收集匯聚系統和諧振腔；太陽光收集匯聚系統包括若干小型太陽光收集器及復合拋物面聚光器；太陽光收集器陣列排布于復合拋物面聚光器大口徑端面處；所述諧振腔為U型腔，包括三個反射鏡、一個輸出鏡以及側面泵浦雙激光工作介質。本發明采用的太陽光匯聚系統上使用具有可探測調節的小型太陽光收集器，可針對太陽光照射強度的變化進行角度旋轉，從而實現太陽光匯聚補償；同時，采用U型諧振腔，將兩根不同直徑激光棒中獲得的激光束合成一束，其中較細的一根作為較粗一根的激光補償,可有效改善光束質量，提高太陽能泵浦激光器的亮度。

技術領域

本發明涉及固體激光器技術領域，具體涉及一種具有高效激光補償能力的太陽光泵浦固體激光器。

背景技術

太陽光為天然資源，利用太陽能泵浦產生激光被認為是未來的可再生能源，并且是激光產業中的新興技術。特別是在太陽輻照度豐富和其他能源稀缺的地方，這種技術以一種環境友好型的方式為激光應用提供具有成本效益的解決方案。因此，利用自然的寬帶太陽光從而高效直接產生窄帶太陽激光輻射對于空間通信、大氣和海洋傳感或激光功率傳輸等幾個激光應用領域都具有至關重要的意義。太陽能泵浦激光器在地面應用方面也有巨大的潛力，如高溫材料處理和鎂氫能源循環等。

迄今為止，研究人員早已成功實現了太陽激光的有效發射，但在太陽光的有效匯聚利用上一直存在問題。目前關于太陽能激光收集效率的記錄是32.5W/m²，在未來仍具有提升的可能。專利CN206673313U是將到達球頂導光錐的光線進行收集，但由于結構式設計的原因，很難將光線充分利用。固定的錐度很難隨著太陽光強度的變化而靈活運轉，特別是在不同的地方，太陽光具有不同的輻照度。因此，充分利用太陽光，從而高效泵浦工作介質存在缺陷，需要改進。

另一方面，研究表明，端面泵浦太陽光直接泵浦激光系統是實現高功率的激光輸出及光-光轉換效率最有效的泵浦方式。但是，由于端泵方法極易產生局部熱沉積且由于熱透鏡的高度畸變特性，激光晶體內局部加熱的不均勻和溫度分布的不均勻極易導致光束質量的下降。因此，高光束質量的激光輸出在泵浦方式上也需要改進。

發明內容

根據本發明的目的提出的一種具有高效激光補償能力的太陽光泵浦固體激光器，包括太陽光收集匯聚系統和諧振腔；所述太陽光收集匯聚系統為多級匯聚系統，包括若干小型太陽光收集器和復合拋物面聚光器；所述復合拋物面聚光器為一個直徑逐漸縮小的光通道，其大口徑為用于聚焦太陽光的入光口，小口徑為出光口，若干小型太陽光收集器陣列排布于復合拋物面聚光器大口徑端面處，并可根據太陽光照射強度的變化進行角度旋轉；所述復合拋物面聚光器對小型太陽光收集器所收集的太陽光進行再次匯聚，進而持續泵浦增益介質。

所述諧振腔為U型腔，包括三個反射鏡、一個輸出鏡以及側面泵浦雙激光工作介質；所述雙激光工作介質為兩個不同直徑的圓柱型稀土離子摻雜透明陶瓷；雙激光工作介質均通過夾具夾持放置于復合拋物面聚光器小口徑出光口處，其中，大直徑陶瓷放置于反射鏡與輸出鏡之間，小直徑陶瓷與其平行放置于兩個反射鏡之間，并將泵浦出的激光通過反射鏡全部泵送入大直徑陶瓷中，進行激光補償。

優選的，所述復合拋物面聚光器入光口口徑為80cm-120cm,出光口口徑為1-2cm，單個小型太陽光收集器直徑為3cm-5cm；若干小型太陽光收集器渦旋型陣列排布于復合拋物面聚光器大口徑端面處。

優選的，所述小型太陽光收集器可旋轉角度范圍為0°-60°。

優選的，所述激光工作介質與夾具總長與復合拋物面聚光器出光口口徑相同，所述激光工作介質長度小于復合拋物面聚光器出光口口徑0.1-0.2cm；兩個不同直徑的圓柱型陶瓷直徑均為0.2-1cm，二者之間比值為1：1-1：2。