用于太陽光泵浦激光的拋物面環形陣列聚光器

熊勝軍，何 洋，劉曉龍

（中國科學院 光電研究院，北京100094）

引言

隨著社會的快速發展，能源問題越來越受到重視，太陽光直接泵浦激光器作為一種很具前景的太陽能利用方式，與傳統激光器相比，其最大的優點是能直接利用太陽能實現太陽光與激光的轉換［1－5］。在太陽光泵浦激光器的研究中，太陽光聚能技術是其關鍵技術之一，它決定了激光器能否實現激光輸出及其輸出功率的大小［5］，其發展經歷了從單純大型成像匯聚系統向成像與非成像組合匯聚系統的轉變，匯聚效率逐步提高。

1966年美國 C.G.Young［1］采用一個口徑600mm的拋物面反射鏡與雙曲面柱面鏡組合的兩級匯聚系統，其系統的光光轉換效率僅為0.57%；1992年，以色列 G.A.Thompson等［2］報導了一種采用一組由640面小反射鏡組成的等效口徑約為7m、焦距為4m的拋物面主鏡和CPC結合的兩級匯聚系統，最終能匯聚到約5 000W的太陽輻射，聚光比達到了1×104；2008年，日本T.Yabe等［3］采用一個4m2的菲涅爾透鏡與錐形腔聚光鏡組合的兩級匯聚系統較大地提高了系統的聚光效率，從而提高了系統的激光輸出功率。

國內方面，北京理工大學于2009年與2011年分別采用菲涅爾透鏡與CPC組合及菲涅爾透鏡與錐形聚光鏡組合的二級聚能方案［5－6］，均獲得了激光輸出。

在國內外光伏產業及太陽光泵浦激光器的研究中［3，5－8］，菲涅爾透鏡是匯聚太陽光的一種重要的光學器件，它具有質量輕、成本低、易于制作等優點。首先分析總結菲涅爾透鏡的固有缺陷，為了克服其缺陷，提出一種新型的聚光器——拋物面環形陣列聚光器，它能實現對太陽光的反射式順向聚焦，介紹其工作原理與設計方法。……