【摘 要】
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太阳能激光器是有效解决传统化石能源日渐枯竭和环境污染的有效方式之一,并且在空间太阳能电站,无线能量传输,太阳能激光武器,空间激光通信等许多领域有着广阔的应用前景。提高太阳能激光器聚光系统的聚光效率和光斑均匀性是太阳光泵浦固体激光器的关键技术之一,本文主要针对其聚光系统进行优化设计。本文主要包括三个部分:首先探究了一级聚光器为菲涅尔透镜,二级聚光器为实体填充的复合抛物面聚光器（CPC）组成的的太阳能
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太阳能激光器是有效解决传统化石能源日渐枯竭和环境污染的有效方式之一,并且在空间太阳能电站,无线能量传输,太阳能激光武器,空间激光通信等许多领域有着广阔的应用前景。提高太阳能激光器聚光系统的聚光效率和光斑均匀性是太阳光泵浦固体激光器的关键技术之一,本文主要针对其聚光系统进行优化设计。本文主要包括三个部分:首先探究了一级聚光器为菲涅尔透镜,二级聚光器为实体填充的复合抛物面聚光器（CPC）组成的的太阳能激光器聚光系统中,实体CPC的不同填充材料,最大接收半角,与菲涅尔透镜的距离,以及上下端截取比对聚光效率和光斑均匀性的影响。结果表明:采用实体CPC能有效的提高总的聚光效率,填充材料为F13的实体CPC的最高聚光效率能达到64.1%,比全反射CPC的最大聚光效率高13.7%,但是光斑的均匀性有所下降。其次,设计了由矩形抛物面镜和矩形实体CPC组成的二级聚光系统对侧面尺寸为2mm×20mm的板条激光介质进行侧面泵浦,结果表明:优化后的聚光系统的聚光效率为81.3%,汇聚光斑的均匀性可达91.2%。最后,设计了由新型多焦点全反射菲涅尔透镜,实体CPC以及匀光器组成的聚光系统。通过Trace Pro软件模拟可知:由非等距优化全反射菲涅尔透镜组成聚光系统优化后的光斑均匀性最高可达88.8%,此时系统的聚光效率为82.2%;由单焦点全反射菲涅尔透镜组成聚光系统优化后的的光斑均匀性最高可达85.1%,相应的聚光效率为87.4%。这些研究可为太阳能激光器聚光系统的设计提供一定的参考。
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