用于太陽光泵浦激光的拋物面環(huán)形陣列聚光器

熊勝軍，何 洋，劉曉龍

（中國科學(xué)院 光電研究院，北京100094）

引言

隨著社會的快速發(fā)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(tǒng)激光器相比，其最大的優(yōu)點是能直接利用太陽能實現(xiàn)太陽光與激光的轉(zhuǎn)換［1－5］。在太陽光泵浦激光器的研究中，太陽光聚能技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)之一，它決定了激光器能否實現(xiàn)激光輸出及其輸出功率的大小［5］，其發(fā)展經(jīng)歷了從單純大型成像匯聚系統(tǒng)向成像與非成像組合匯聚系統(tǒng)的轉(zhuǎn)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(tǒng)，其系統(tǒng)的光光轉(zhuǎn)換效率僅為0.57%；1992年，以色列 G.A.Thompson等［2］報導(dǎo)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(jié)合的兩級匯聚系統(tǒng)，最終能匯聚到約5 000W的太陽輻射，聚光比達(dá)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(tǒng)較大地提高了系統(tǒng)的聚光效率，從而提高了系統(tǒng)的激光輸出功率。

國內(nèi)方面，北京理工大學(xué)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(nèi)外光伏產(chǎn)業(yè)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(xué)器件，它具有質(zhì)量輕、成本低、易于制作等優(yōu)點。首先分析總結(jié)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(huán)形陣列聚光器，它能實現(xiàn)對太陽光的反射式順向聚焦，介紹其工作原理與設(shè)計方法。……