菲涅耳透镜聚光型太阳光泵浦光纤激光器设计

论文摘要

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。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐小明

导师: 陈明阳

关键词: 太阳能,菲涅耳透镜,锥棒,光纤激光器

来源: 江苏大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 江苏大学

分类号: TN248

总页数: 80

文件大小: 3851K

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