[發明專利]軸向均勻泵浦復合聚光器設計方法

在審

• 申請號: 202011153861.5
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112114421A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 蘆宇;張祥祥;高萬胥
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學（中國職業培訓指導教師進修中心）
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;G02B27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.軸向均勻泵浦復合聚光器設計方法，其特征在于：該方法的實現過程為以下幾步：

S1：復合聚光腔分為兩個聚光部分，一次反射聚光腔為復合橢球聚光腔，二次以上反射部分為球面反射鏡，針對一次反射復合橢球聚光腔設計，根據一級菲涅爾透鏡聚焦光斑尺寸及光強I(θ)隨發散角變化參量，選定激光介質棒長度及各個焦點輻射能量相等原則推算第二焦點坐標位置，以及每一級第二焦點處對應入射光線角度上下限值；

S2：列出來多個橢圓函數方程，根據S1中第一、二焦點坐標，以及S1中入射角上下光線射線方程，可以列出該橢圓方程，并求出該橢圓長、短軸及與入射光線上下射線交點坐標；

S3：設定初始橢球m，其反射光線與光軸夾角為90°，分別向m+1、m-1兩個方向求解擴展多個橢球參量長軸、短軸、入射光線、中心入射光線與橢球交點坐標值，以及中心入射光線與光軸法向方向夾角；

S4：對S1等輻射能量采用加權重系數進行修正，調整入射光線角度值，使相同輻射功率下有效泵浦功率密度相同；

S5：由于光源為擴展光源，必然經過反射橢球后產生球差效應，因此每個焦點位置隨不同入射光線光源半高全寬變化，進一步修改S1中橢圓方程中心坐標值；

S6：步驟S1中給出的球面反射聚光腔目的為增加泵浦光與激光介質耦合效率，通過設計反射球面鏡增加泵浦光二次甚至多次輻射激光介質棒，因此設計時球面反射鏡入射端口大小與一級聚焦光斑尺寸相當，球心位于激光介質棒中心位置；

S7：通過光跡追蹤獲得泵浦光分布，計算出每個第二焦點附近二次以上反射泵浦光輻射通量，以此為依據修正一次泵浦光輻射通量，往復循環設計泵浦腔參量，通過計算激光介質棒側面輻射通量均勻度或一次反射與二次反射輻射通量標準差接近時停止循環輸出復合聚光腔參量。

2.根據權利要求1所述的軸向均勻泵浦復合聚光器設計方法，其特征在于：在步驟S1中，所述的該軸向均勻泵浦復合聚光腔包括一次反射聚光腔為復合橢球聚光腔，還包括二次以上反射部分為球面反射鏡。

3.根據權利要求2所述的的軸向均勻泵浦復合聚光器設計方法，其特征在于：所述的復合橢球反射腔用于將位于多橢球公共第一焦點所在位置菲涅爾透鏡聚焦后的光，分別經過所述的復合橢球反射腔聚焦后，在其第二焦點附近形成均勻的線光源，所述的復合橢球反射聚光腔和球面反射鏡，選用材質為玻璃，表面鍍有完全反射膜。

4.根據權利要求3所述的軸向均勻泵浦復合聚光器設計方法，其特征在于：其中復合橢球腔由多級橢圓參量旋轉獲得，并且第二焦點處輻射通量都相同，其中第m級第一焦點為原點的橢圓方程為：

（1）

其中：a_m、b_m，別位橢球的長軸與短軸，中心坐標為（f_m/2,0），第m級橢球參量，， H為第一焦點到激光介質棒距離，L為激光介質棒長度20mm，直徑d為2mm，D_h為一級聚焦光斑半高全寬0.2mm，θ₁為光線入射到激光介質棒端面最大傾斜角。