菲涅耳透镜聚光型太阳光泵浦光纤激光器设计

发布时间：2020-06-21 07:30

【摘要】：太阳能是人类未来最理想的替代能源,而各国在开发新能源上尤其高度重视对太阳能的开发和利用,随着“十三五”规划对可再生能源的大力扶持,中国在未来将继续扩大太阳能的利用规模,顺应全球能源转型的大趋势。太阳光泵浦光纤激光器是目前极具潜力的一种可能获得高能量转换效率和高功率激光输出的太阳光泵浦固体激光器。更因为其输出激光方向灵活机动,易于实现功率的级联倍增,方便冷却、光束质量好、功率密度高等优点而受到研究者的青睐。在分析现有的太阳能导光技术及太阳能泵浦激光器的基础上,本课题对菲涅耳透镜汇聚的太阳光泵浦激光器进行设计。本文提出基于菲涅耳透镜-锥棒-光纤的汇聚导光技术,通过调整菲涅尔透镜和锥棒的相对位置,改变锥棒接收端、输出端的尺寸及锥棒长度和太阳光的入射偏角等参数,利用TracePro软件对此汇聚导光模块进行了光学模拟。以掺镱双包层光纤为增益介质,利用MATLAB软件对稳态条件下的速率方程进行了数值模拟,分析泵浦光波长、增益光纤的掺杂浓度和光纤的尺寸及长度等对激光器阈值的影响,为太阳光泵浦型双包层掺镱光纤激光器的设计提供了理论依据。基于分析可见,菲涅耳透镜的聚光效果好、光学效率高,但光斑尺寸半径相比光纤较大,直接耦合的效率较低。而在菲涅耳透镜作为第一级聚光系统的基础上,添加锥棒作为二级聚光系统,将光纤置于锥棒输出端后,光通量会有明显的提高。此外,锥棒接收端面位置稍偏离焦点位置更有利于聚光,可根据实际情况在系统主轴方向上进行移动调节,从而确定最佳位置,优化聚光的效果。同时经数值分析发现,为获得小的泵浦阈值功率需要较大吸收截面的泵浦光、小的纤芯有效截面积及较长长度的增益光纤。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN248
【图文】：

图 1.1 具有液体光波导透镜的太阳光泵浦激光器锤形聚光腔混合泵浦腔；（b）液体光波导混合泵浦腔；（c）液体光波导透镜的Figure 1.1 Hammer-shaped concentrator for a sunlight-pumped

图 1.2 太阳光泵浦光纤激光器系统的原理图Figure 1.2 Principle diagram of a solar pumped fiber laser system

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 朱珠;梁大开;孙红兵;;基于双长周期光纤光栅边缘滤波的光纤布拉格光栅解调系统[J];中国激光;2013年03期

2 刘静静;杨帆;金以明;;太阳能热发电系统的研究开发现状[J];电力与能源;2012年06期

3 白扬博;向望华;祖鹏;师晓宙;张贵忠;;基于体光栅的可调谐线型腔双波长掺镱光纤激光器[J];中国激光;2011年11期

4 楼祺洪;何兵;薛宇豪;周军;董景星;魏运荣;王炜;李震;漆云凤;杜松涛;赵宏明;陈卫标;;1.75kW国产掺Yb双包层光纤激光器[J];中国激光;2009年05期

5 詹仪;郑义;李效增;李秀霞;;激射波长和泵浦波长对掺Yb~(3+)双包层光纤激光器的影响[J];激光杂志;2009年01期

6 何建伟;赵长明;杨苏辉;崔浩;;用于太阳光泵浦激光器的菲涅耳透镜设计方法[J];光学技术;2008年04期

7 宁继平;张伟毅;尚连聚;范国芳;韩群;周雷;;掺镱包层光纤激光器的全光纤调Q技术[J];中国激光;2008年04期

8 许党朋;李明中;吕新杰;王建军;林宏奂;黄小东;;高功率掺镱双包层光纤放大器放大特性理论模拟[J];强激光与粒子束;2007年07期

9 姚建铨;任广军;张强;王鹏;;掺镱双包层光纤激光器及其泵浦耦合技术[J];激光杂志;2006年05期

10 楼祺洪;周军;朱健强;王之江;;高功率光纤激光器研究进展[J];红外与激光工程;2006年02期

相关博士学位论文 前1条

1 芦宇;阳光泵浦Cr/Nd:YAG陶瓷激光研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

相关硕士学位论文 前5条

1 刘丕丕;大范围太阳光跟踪系统的研究与实现[D];江苏大学;2017年

2 刘永强;均匀聚光菲涅尔透镜设计及性能研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

3 田丰;光纤太阳光照明系统[D];北京化工大学;2012年

4 姜磊;菲涅尔透镜及复合抛物面聚光器的设计与研究[D];吉林大学;2011年

5 戚伟佳;太阳光泵浦Nd：YAG激光器的研究[D];长春理工大学;2011年

本文编号：2723750