進一步提高太陽光泵浦固體雷射器效率的研究

《進一步提高太陽光泵浦固體雷射器效率的研究》是依託北京理工大學，由趙長明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：進一步提高太陽光泵浦固體雷射器效率的研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：趙長明
• 項目類別：面上項目

項目摘要

太陽光直接泵浦的固體雷射器是一種綠色環保的雷射器，在地面和空間具有廣泛的用途，特別適合在以太陽光作為唯一能源的空間套用。本人2008年在自然科學基金小額資助下，在國內率先實現了太陽光泵浦雷射輸出，引起國內雷射界同行的關注。2012年在自然科學基金面上項目資助下，獲得14W雷射輸出，太陽光-雷射的能量轉換效率達到4.24%，並與國外同行建立了聯繫和交流。 多年的研究工作表明，如何高效率地將太陽光匯聚到雷射介質上，是提高能量轉換效率的關鍵。本項目計畫從理論和實驗上研究光波導技術在太陽光匯聚環節的套用，特別是利用冷卻液體形成液體光波導透鏡（LLGL），增強錐形聚光腔的匯聚能力。研製具有LLGL的高匯聚效率錐形腔和雷射器系統，使得雷射介質上的泵浦光分布進一步均勻化，有效激活長度增加，泵浦光得到充分利用，進一步提高太陽光到雷射的能量轉換效率，達到每平方米接收太陽光面積輸出30W雷射的收集效率。

結題摘要

太陽光直接泵浦的固體雷射器（Solar Pumped Solid State Lasers-SPL）是一種將太陽光直接轉換到雷射的裝置，在地面和空間都具有潛在的廣泛用途。太陽光是空間唯一的能源形式，SPL以太陽光為能源，具有能量轉換環節最少，能量轉換效率較高，結構簡單，可靠性高，壽命長的優點，特別適合在無人值守的空間系統中使用。本項目組2008年在自然科學基金小額資助下，在國內率先實現了太陽光泵浦雷射輸出，引起國內雷射界同行的廣泛關注。2012年在自然科學基金面上項目資助下，獲得14W雷射輸出，並且與國外同行建立了聯繫和交流。為了進一步提高太陽光泵浦雷射器的輸出功率和能量轉換效率，本項目對液體光波導透鏡、螺紋晶體棒工藝和鍵合Nd:YAG/YAG晶體等技術套用於太陽光泵浦雷射器系統開展了理論和實驗研究，最終得到32.1W/m2的收集效率，這是目前為止國際上最高的技術指標。 多年的研究工作表明，如何高效率地將太陽光會聚到雷射介質上，是提高能量轉換效的關鍵。本項目從理論和實驗上研究了液體光波導技術在太陽光會聚環節的套用，特別是結合使用側面螺紋工藝鍵合晶體棒，使得雷射介質上的泵浦光分布進一步均勻化，有效激活長度增加，泵浦光得到充分利用，且熱透鏡效應減弱，進一步提高了太陽光到雷射的能量轉換效率。在完成本項目研究內容，掌握太陽光泵浦雷射器主要關鍵技術基礎上，進一步探索了太陽光泵浦雷射器在空間通信領域的套用，研製了基於太陽光泵浦雷射器的空間雷射通信系統原理樣機，完成了原理演示。