專利名稱：太陽光光纖組束泵浦固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種太陽光光纖組束泵浦固體激光器。
背景技術(shù)：
隨著地球人口的增長，能源問題已成為迫切需要解決的焦點問題之一。越來越多 的人將解決的關(guān)鍵投注在自然能源上，如太陽能、潮汐能等。太陽光是連續(xù)寬光譜光源，其 輻射譜中含有許多常用的激光泵浦帶，將經(jīng)大壓縮比會聚后具有高能量密度的太陽光耦合 到激光介質(zhì)中，使陽光中有用的泵浦光對激光介質(zhì)進行泵浦而產(chǎn)生激光輸出已成為可能。在空間中，太陽能資源比地面豐富，太陽能輻射強度幾乎不受時間和氣候條件的 限制，所以該類激光器在衛(wèi)星激光通信、空間能量無線傳輸、星載激光武器上都將會有重 要應(yīng)用，還有望用于清除宇宙空間中的碎片、衛(wèi)星變軌、物質(zhì)輸送用激光推進火箭能源等方 面。自從1966年樸111^ C G首次利用太陽光泵浦固體激光介質(zhì)實現(xiàn)激光運轉(zhuǎn)以 來(C. G. Young. A sun-pumped Cff one watt laser. Appl Opt. 1966,5(6) :993-997),太 陽光泵浦激光器引起了研究人員的廣泛關(guān)注，并且已經(jīng)實現(xiàn)了高達80W的連續(xù)激光輸出 (Tomomasa Ohkubo, et al. Solar-pumped 80 W laser irradiated by a Fresnel lens. Optics Letter. 2009,34(2) :175-177)。由于所采集太陽光能量有限及轉(zhuǎn)換效率低等因素的限制，如何獲得更高功率的太 陽光泵浦激光器是研究人員面臨的一項熱門課題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種太陽光光纖組束泵浦固體激光器。如附圖1所示，本發(fā)明的太陽光光纖組束泵浦固體激光器包括太陽1、收集光學(xué)系 統(tǒng)2、耦合光學(xué)系統(tǒng)3、光纖4、組束器5、聚光腔6、激光介質(zhì)7、高反射鏡8、制冷系統(tǒng)9及輸 出耦合鏡10等組成；其中太陽1發(fā)出的光被收集光學(xué)系統(tǒng)2收集匯聚，耦合光學(xué)系統(tǒng)3將 收集光學(xué)系統(tǒng)2收集的太陽光耦合到光纖4中進行傳輸，多組光纖4通過組束器5進行組 束，將多個組束器5輸出的太陽光分別耦合到聚光腔6中對激光介質(zhì)7進行激勵，高反射鏡 8、激光介質(zhì)7及輸出鏡10構(gòu)成所述的太陽光光纖組束泵浦激光器的諧振腔，激光介質(zhì)7由 于受激輻射產(chǎn)生的光克服諧振腔損耗后，在高反射鏡8和輸出鏡10間往返振蕩，最后從輸 出輸出鏡10輸出，制冷系統(tǒng)9通過液體循環(huán)將激光介質(zhì)7、光纖4的入射端、組束器5的輸 出端及聚光器6產(chǎn)生的廢熱導(dǎo)出。所述的收集光學(xué)系統(tǒng)2為口徑400mm，焦距600mm的平凸透鏡，表面鍍 400nm-850nm寬度增透膜，透過率達95%，作為太陽1發(fā)出光的收集器并將太陽1發(fā)出的光 進行匯聚；所述耦合光學(xué)系統(tǒng)3為聚焦光學(xué)系統(tǒng)，與收集光學(xué)系統(tǒng)2構(gòu)成消色差光學(xué)系統(tǒng)，將 收集光學(xué)系統(tǒng)2收集的太陽光聚焦耦合到光纖4中進行傳輸；
所述的光纖4優(yōu)選芯徑為lOOOum，數(shù)值孔徑為0. 22的多模石英光纖，光入射端面 鍍制400-850nm寬帶增透膜，其作用是傳輸太陽光，入射端采用銅進行封裝，以保證良好的 散執(zhí)·所述的組束器5優(yōu)選四根、六根、八根或十六根光纖4的輸出端進行捆綁熔接形 成，端面鍍制400-850nm寬帶增透膜，并采用導(dǎo)熱較好的銅對其側(cè)面進行封裝以保證良好 的散熱。多個組束器5的輸出端對齊，并進行線形均勻緊湊排列，封裝時保證多個組束器5 輸出端中心共線，從而形成一發(fā)散的條形光斑；所述的聚光腔6為內(nèi)表面刨光的銅質(zhì)反射體，其橫截面優(yōu)選具有一個公共焦點且 均勻分布的三個橢圓或?qū)ΨQ分布的四個橢圓或圓形，三組輸出端線形封裝的組合器5分別 置于聚光腔6的非共焦點連線上或均勻分布在圓柱面的一周；所述的激光介質(zhì)7為棒狀或板條狀，優(yōu)選Nd: YAG晶體、CrNdiYAG晶體或 CrNdiGSGG晶體，置于聚光腔6的公共焦點連線上，其作用是發(fā)光；所述的制冷系統(tǒng)9為液體循環(huán)冷卻系統(tǒng)，通過液體循環(huán)將激光介質(zhì)7、光纖4的入 射端、組束器5的輸出端及聚光器6產(chǎn)生的廢熱導(dǎo)出。有益效果本發(fā)明采用太陽光光纖組束泵浦激光介質(zhì)，能夠獲得較高的泵浦太陽 光能量，有效提高泵浦強度，從而獲得高功率的激光輸出。除此之外，由于光纖的靈活性，易 于實現(xiàn)將多支激光晶體進行腔內(nèi)串接，從而實現(xiàn)定標放大。
圖1是太陽光光纖組束泵浦激光器的示意框圖。圖中1-太陽、2-收集光學(xué)系統(tǒng)、3-耦合光學(xué)系統(tǒng)、4-光纖、5-組束器、6_聚光腔、 7-激光介質(zhì)、8-高反射鏡、9-制冷系統(tǒng)、10-輸出耦合鏡
具體實施例方式實施例1如附圖1所示，本發(fā)明的一種太陽光光纖組束泵浦激光器包括太陽1、收 集光學(xué)系統(tǒng)2、耦合光學(xué)系統(tǒng)3、光纖4、組束器5、聚光腔6、激光介質(zhì)7、高反射鏡8、制冷系 統(tǒng)9及輸出耦合鏡10等組成；其中太陽1發(fā)出的光被收集光學(xué)系統(tǒng)2收集匯聚，耦合光學(xué) 系統(tǒng)3將收集光學(xué)系統(tǒng)2收集的太陽光耦合到光纖4中進行傳輸，多組光纖4通過組束器 5進行組束，將多個組束器5輸出的太陽光分別耦合到聚光腔6中對激光介質(zhì)7進行激勵， 高反射鏡8、激光介質(zhì)7及輸出鏡10構(gòu)成所述的太陽光光纖組束泵浦激光器的諧振腔，激光 介質(zhì)7由于受激輻射產(chǎn)生的光克服諧振腔損耗后，在高反射鏡8和輸出鏡10間往返振蕩， 最后從輸出輸出鏡10輸出，制冷系統(tǒng)9通過液體循環(huán)將激光介質(zhì)7、光纖4的入射端、組束 器5的輸出端及聚光器6產(chǎn)生的廢熱導(dǎo)出。所述的收集光學(xué)系統(tǒng)2為口徑400mm，焦距600mm的平凸透鏡，表面鍍 400nm-850nm寬度增透膜，透過率達95%，作為太陽1發(fā)出光的收集器并將太陽1發(fā)出的光 進行匯聚；所述耦合光學(xué)系統(tǒng)3為聚焦光學(xué)系統(tǒng)，口徑為30mm，焦距40mm，與收集光學(xué)系統(tǒng)2 構(gòu)成消色差光學(xué)系統(tǒng)，其作用是將收集光學(xué)系統(tǒng)2收集的太陽光聚焦耦合到光纖4中進行 傳輸；
所述的光纖4優(yōu)選芯徑為lOOOum，數(shù)值孔徑為0. 22的多模石英光纖，光入射端面 鍍制400-850nm寬帶增透膜，透射率達98%，其作用是傳輸太陽光，入射端采用銅進行封 裝，以保證良好的散熱；所述的組束器5優(yōu)選四根、六根、八根或十六根光纖4的輸出端進行捆綁熔接形 成，端面鍍制400-850nm寬帶增透膜，并采用導(dǎo)熱較好的銅對其側(cè)面進行封裝以保證良好 的散熱。多個組束器5的輸出端對齊，并進行線形均勻緊湊排列，封裝時保證多個組束器5 輸出端中心共線，從而形成一發(fā)散的條形光斑；所述的聚光腔6為內(nèi)表面刨光的銅質(zhì)反射體，其橫截面優(yōu)選具有一個公共焦點且 均勻分布的三個橢圓，聚光腔6的縱向長度為100mm，三組輸出端線形封裝的組合器5分別 置于聚光腔6的非共焦點連線上；所述的激光介質(zhì)7優(yōu)選棒狀或板條狀固體介質(zhì)，優(yōu)選Nd:YAG晶體、CrNd:YAG晶體 或CrNchGSGG晶體，置于聚光腔6的公共焦點連線上，激光介質(zhì)7的兩個端面鍍制對1064nm 透射率為99. 98%增透膜，激光介質(zhì)7的側(cè)面毛化處理；所述的制冷系統(tǒng)9為液體循環(huán)冷卻系統(tǒng)，通過液體循環(huán)將激光介質(zhì)7、光纖4的入 射端、組束器5的輸出端及聚光器6產(chǎn)生的廢熱導(dǎo)出。實施例2所述的聚光腔6橫截面優(yōu)選具有一個公共焦點且均勻分布的四個橢圓， 四組輸出端線形封裝的組合器5分別置于聚光腔6的非共焦點連線上；其它同實施例1。實施例3所述的聚光腔6橫截面優(yōu)選圓形，多組輸出端線形封裝的組合器5均勻 分布在聚光腔6的周圍，其它同實施例1。
權(quán)利要求
1.一種太陽光光纖組束泵浦固體激光器，其特征在于包括太陽(1)、收集光學(xué)系統(tǒng) (2)、耦合光學(xué)系統(tǒng)(3)、光纖(4)、組束器(5)、聚光腔(6)、激光介質(zhì)(7)、高反射鏡(8)、制 冷系統(tǒng)(9)及輸出耦合鏡(10)等組成；其中太陽(1)發(fā)出的光被收集光學(xué)系統(tǒng)( 收集匯 聚，耦合光學(xué)系統(tǒng)C3)將收集光學(xué)系統(tǒng)( 收集的太陽光耦合到光纖(4)中進行傳輸，多組 光纖(4)通過組束器( 進行組束，將多個組束器( 輸出的太陽光分別耦合到聚光腔(6) 中對激光介質(zhì)(7)進行激勵，高反射鏡(8)、激光介質(zhì)(7)及輸出鏡(10)構(gòu)成所述的太陽光 光纖組束泵浦固體激光器的諧振腔，激光介質(zhì)(7)由于受激輻射產(chǎn)生的光克服諧振腔損耗 后，在高反射鏡(8)和輸出鏡(10)間往返振蕩，最后從輸出輸出鏡(10)輸出，制冷系統(tǒng)(9) 通過液體循環(huán)將激光介質(zhì)(7)、光纖的入射端、組束器(5)的輸出端及聚光器(6)產(chǎn)生 的廢熱導(dǎo)出。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種太陽光光纖組束泵浦固體激光器，其特征在于采用多組光 纖(4)組束傳輸太陽光耦合到激光介質(zhì)(7)的端面和側(cè)面進行激勵。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種太陽光光纖組束泵浦固體激光器，其特征在于將多組合束 的光纖(4)進行線形陣列封裝以獲得長條形光斑。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的一種太陽光光纖組束泵浦固體激光器，其特征在于所述的聚光 器(6)為長圓柱形狀，將多組線形光纖束陣列均勻分布在激光介質(zhì)(7)的周圍對激光介質(zhì) (7)進行激勵。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的一種太陽光光纖組束泵浦固體激光器，其特征在于所述的聚光 腔(6)為內(nèi)表面刨光的銅質(zhì)反射體，其橫截面優(yōu)選具有一個公共焦點且均勻分布的三個橢 圓或?qū)ΨQ分布的四個橢圓，三組或四組輸出端線形封裝的組合器( 分別置于聚光腔(6) 的非共焦點連線上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種太陽光光纖組束泵浦固體激光器。主要包括太陽(1)、收集光學(xué)系統(tǒng)(2)、耦合光學(xué)系統(tǒng)(3)、光纖(4)、組束器(5)、聚光腔(6)、激光介質(zhì)(7)、高反射鏡(8)、制冷系統(tǒng)(9)及輸出耦合鏡(10)等組成；其中太陽(1)發(fā)出的光被收集光學(xué)系統(tǒng)(2)收集匯聚，耦合光學(xué)系統(tǒng)(3)將收集光學(xué)系統(tǒng)(2)收集的太陽光耦合到光纖(4)中進行傳輸，多組光纖(4)通過組束器(5)進行組束，將多個組束器(5)輸出的太陽光分別耦合到聚光腔(6)中對激光介質(zhì)(7)進行激勵，高反射鏡(8)、激光介質(zhì)(7)及輸出鏡(10)構(gòu)成所述的太陽光光纖組束泵浦固體激光器的諧振腔，激光介質(zhì)(7)由于受激輻射產(chǎn)生的光克服諧振腔損耗后，在高反射鏡(8)和輸出鏡(10)間往返振蕩，最后從輸出輸出鏡(10)輸出，制冷系統(tǒng)(9)通過液體循環(huán)將激光介質(zhì)(7)、光纖(4)的入射端、組束器(5)的輸出端及聚光器(6)產(chǎn)生的廢熱導(dǎo)出。
文檔編號H01S3/091GK102082390SQ20101059560
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者劉朋飛, 別致, 夏冰, 姚鐵成, 張國玉, 房丹, 李廣, 杜麗芳, 王子強, 王曉華, 王菲, 王金艷, 路磊, 高洋洋, 魏丹 申請人:長春理工大學(xué)