一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统技术方案

本申请公开了一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统，所述激光器系统包括光学镜组与太阳能电池复用系统，激光器阵列系统；所述光学镜组与太阳能电池复用系统由多块具有复用功能的拼接部拼接而成，可拼接成汇聚透镜阵列，或反射镜阵列，或拼接成太阳能电池板阵列；所述激光器阵列系统的结构包括增益介质阵列，透明基板，增益介质阵列分布于透明基板上。本发明专利技术使用太阳能电池替代了很多现有方案中用反射镜将太阳光反射汇聚二次经过增益介质的方法，将太阳光中无法被增益介质吸收的波段的光能量转换成电能，大幅提高了太阳光利用率。同时利用多激光谐振腔阵列合束方式提高输出激光的功率。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统
本专利技术涉及激光器
，具体提供一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统。
技术介绍
固体激光器是目前应用范围最广，技术最为成熟的一类激光器，其原理是基于光的受激辐射光放大实现在泵浦条件下的激光功率放大。其基本结构是通过泵浦源激励激光谐振腔内的增益介质，产生的受激辐射光经过谐振腔不断放大最终输出为激光。常规的激光泵浦源一般是通过先将电能转换成特定波长的光能量，再使用该光能量激励产生激光，这种方法包含多次能量转换的过程，能量转换效率极低，绝大部分能量都转换成无功功率形式耗散掉了。而太阳光拥有极宽的光谱范围，其中包含可作为激光泵浦光源的光谱，因此太阳光可直接用作激光器的泵浦光源，不需要进行多次能源转换，方便实现和拓展激光技术的应用范围，具有客观的前景和经济价值。当前环境问题及能源危机问题已经逐步显现，对如何利用诸如太阳能这样的清洁的可再生资源的研究日益受到重视。传统的太阳能收集方法主要有光热转换、光电转换和太阳能-氢能转换等技术。其中太阳能电池技术是能源利用率相对较高的较为成熟的技术。现有的太阳光能泵浦产生激光的技术一般的思路是：通过透镜汇聚太阳光提高其能量密度，将汇聚的光斑由增益介质侧面或端面注入，作为泵浦光源。为了收集较多的太阳能，聚焦镜尺寸会非常大，使用常规材质制作大尺寸透镜加工困难，成本高，易损坏，因此多采用菲涅尔透镜。激光增益介质上的太阳光注入点聚焦光斑一般是汇聚透镜的焦点处，汇聚的光斑为极细的圆形，该聚焦点功率密度高，长时间工作时容易积聚热量，产生各种对增益介质不利的热效应。另外为了提高太阳光的利用率，还会在增益介质背面设计一套反射汇聚透镜，将太阳光反射汇聚后再一次经过增益介质，但这种透镜一般为椭圆或抛物面镜，加工难度大，且太阳光经过一次增益介质后能用作泵浦光的波段已被吸收，即使将出射的太阳光再反射回增益介质，其中所剩的太阳光波段成分对增益介质而言也已经几乎没有利用价值。因此，使用太阳光激励产生激光，实际利用的仅仅是太阳光光谱中极少的一部分光谱能量，其光能利用率仍然较低。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统，所述激光器系统包括光学镜组与太阳能电池复用系统，激光器阵列系统；所述光学镜组与太阳能电池复用系统由多块具有复用功能的拼接部拼接而成，可拼接成汇聚透镜阵列或反射镜阵列，或拼接成太阳能电池板阵列；所述激光器阵列系统的结构包括增益介质阵列，透明基板，增益介质阵列分布于透明基板上，增益介质阵列与其端部的光栅、镀膜或反射镜构成激光谐振腔阵列。所述激光谐振腔可以通过在每个增益介质两端设置对应的全反射镜和半反射镜构成，或通过在每个增益介质两端分别镀全反射膜和半反射膜构成，或在每个增益介质两端分别光刻不同反射率的光栅构成。由多块汇聚透镜组拼接成的透镜将太阳光汇聚到激光器阵列系统的增益介质阵列上，增益介质吸收太阳光中特定的光谱并产生激光；经过多层增益介质阵列的吸收后，剩余未被吸收的太阳光透过激光器阵列系统，照射到由多块太阳能电池拼接而成的太阳能电池板阵列上，被转换为电能储存，并为太阳光定位追踪系统，控制和动力系统以及激光器阵列系统中的附加激光泵浦提供能源。所述增益介质阵列采用有益于降低激光阈值的结构，包括但不限于薄膜波导结构，板条结构，棒状结构，微片结构，光纤结构。所述增益介质的泵浦光接收面的长度大于其厚度，以便消除激光在内反射时的衍射现象。所述增益介质阵列中的每个增益介质的两个端面是法线方向与通光方向相同的平行平面或曲面结构；或，所述增益介质阵列中的每个增益介质的两个端面呈一定角度，构成布儒斯特窗结构；或，所述增益介质阵列中的每个增益介质的其中一个端面为缩口结构，缩口末端形状尺寸与光纤尺寸兼容。或，所述增益介质阵列中的多个增益介质串联成一个激光谐振腔，比如：通过设置保罗棱镜、设置两个45°反射镜、使用光纤传导、或者将位于不同透明基板相应位置的增益介质对齐直接串连。所述透明基板为平板形，弯曲板形，实心圆柱形，实心椭圆柱形，立方体柱或平行四边形柱形，棱柱形，实心圆台形，空心或实心多边形台形中的一种，或多种相同或不同形状的组合或阵列。所述透明基板的材质为光谱透过范围宽，导热系数高，热膨胀系数较小的材料，包括但不限于光学级石英玻璃、铌酸锂晶体、YAG、蓝宝石等，数量为一块或多块阵列排布。所述激光谐振腔阵列以栅栏方式交错分布于所述透明基板的上下或内外两面，并根据透明基板不同的形状和阵列方式构成不同的三维阵列结构，以增加太阳光照射面积，同时减小增益介质体积较大时的热效应对激光器产生的负面影响。所述拼接部包括光学镜组面及对立面、太阳能电池集成板面及对立面和两个端面，其中两个端面分别通过旋转轴与两个可伸缩支撑杆连接，使得该拼接部可绕轴旋转；光学镜组面及其对立面构成汇聚透镜，将太阳光汇聚至增益介质阵列，相邻两对立面为双面太阳能电池集成板面或一面为太阳能电池集成板面另一面为太阳光反射镜。每个拼接部的光学镜组面及对立面是由多块汇聚透镜拼接成的长条形透镜，将太阳光汇聚成长条形光斑，并照射到激光器阵列系统的增益介质阵列上，其光斑形状尺寸可以覆盖所有增益介质阵列。所述可伸缩支撑杆安装在环形轨道上并可沿轨道运动，通过调节可伸缩支撑杆的长度，与环形轨道配合，将多个拼接部拼接成圆面镜、椭圆面镜、抛物面镜或其他需要的形状。所述透明基板为空心柱型，该透明基板上所有激光谐振腔阵列共用一套全反射镜、半反射镜和聚焦镜。所述全反射镜、半反射镜和聚焦镜为中间部分镂空的环状透镜。所述透明基板为一个空心圆台或多个共轴串联的不同汇聚角度的空心圆台，各圆台上的激光谐振腔阵列的光汇聚焦点重合，实现自聚焦功能。所述激光谐振腔阵列输出的激光还可以作为同带泵浦的泵浦光源，再注入另一增益介质中获得更高质量的激光输出。所述激光器系统还包括太阳光定位追踪系统，控制和动力系统，激光合束单元，附加激光泵浦组成。太阳能电池板阵列可以为附加激光泵浦提供电源，为激光谐振腔阵列提供额外的泵浦光，从而进一步提高激光输出功率。与现有技术相比，本专利技术一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统具有以下突出的有益效果：本专利技术使用微型激光谐振腔结构，降低了激光阈值，使得在泵浦太阳光能量较低时仍可产生激光，增益介质阵列结构有利于散热，能较好地减少各种热效应对激光器的影响，同时便于获得较大能量的激光输出；使用太阳能电池替代了很多现有方案中用反射镜将太阳能再反射聚焦回增益介质的方法，因为透过激光增益介质的太阳光中，对产生激光有贡献的光谱已经被吸收殆尽，即使再反射回去效果也不大。根据图17和图18分析可知，太阳光中可被增益介质吸收用于产生激光的光波段仅为350nm～400nm、500nm～600nm、700nm～900nm范围内的几个吸收峰，大部分太阳光能量仍得不到有效利用，本方案用太阳能电池代替反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统，其特征在于，所述激光器系统包括光学镜组与太阳能电池复用系统，激光器阵列系统；所述光学镜组与太阳能电池复用系统由多块具有复用功能的拼接部拼接而成，可拼接成汇聚透镜阵列，或反射镜阵列，或拼接成太阳能电池板阵列；所述激光器阵列系统的结构包括增益介质阵列，透明基板，增益介质阵列分布于透明基板上，增益介质阵列与其端部的光栅、镀膜或反射镜构成激光谐振腔阵列。/n

【技术特征摘要】
1.一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统，其特征在于，所述激光器系统包括光学镜组与太阳能电池复用系统，激光器阵列系统；所述光学镜组与太阳能电池复用系统由多块具有复用功能的拼接部拼接而成，可拼接成汇聚透镜阵列，或反射镜阵列，或拼接成太阳能电池板阵列；所述激光器阵列系统的结构包括增益介质阵列，透明基板，增益介质阵列分布于透明基板上，增益介质阵列与其端部的光栅、镀膜或反射镜构成激光谐振腔阵列。


2.根据权利要求1所述的一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统，其特征在于：所述增益介质阵列采用有益于降低激光阈值的结构，包括但不限于薄膜波导结构，板条结构，棒状结构，微片结构，光纤结构。


3.根据权利要求2所述的一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统，其特征在于：所述增益介质阵列中的每个增益介质的两个端面是法线方向与通光方向相同的平行平面或曲面结构；
或，所述增益介质阵列中的每个增益介质的两个端面呈一定角度，构成布儒斯特窗结构；
或，所述增益介质阵列中的每个增益介质的输出端为缩口结构，缩口末端形状尺寸与光纤尺寸兼容；
或，所述增益介质阵列中的多个增益介质串联成一个激光谐振腔。


4.根据权利要求1所述的一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统，其特征在于：所述透明基板为平板形，弯曲板形，实心圆柱形，实心椭圆柱形，立方体柱或平行四边形柱形，棱柱形，实心圆台形，空心或实心多边形台形中的一种，或多种相同或不同形状的组合或阵列。


5.根据权利要求1所述的一种太阳能泵浦和驱动的激光器系统，其特征在于：所述透明基板的材质为光谱透过范围宽，导热系数高，热膨胀系数较小的材料，数量为一块或多块阵列排布。

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，
申请(专利权)人：王旭，
类型：发明
国别省市：山东;37