[实用新型]一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔

说明书

技术领域

本实用新型属于固体激光技术领域，尤其涉及一种用于优化菲涅尔透镜汇聚效果，保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔。

背景技术

菲涅尔透镜一般是以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为材料的透镜，与传统的光学玻璃透镜相比，具有重量轻、制作方便、成本低，易于获得大尺寸结构等优点，已成为现有太阳光直接泵浦激光器第一级汇聚系统的首选。菲涅尔透镜汇聚后的太阳光入射到以金属或陶瓷材料制作的漫反射聚光腔作为非成像型第二级会聚系统，以提高入射太阳光到工作物质的耦合效率，第二级聚光腔多采用锥形腔或复合抛物面型聚光器CPC，将激光工作物质或第二级汇聚系统的接收面置于菲涅尔透镜的焦点处。

太阳光直接泵浦激光器工作时，菲涅尔透镜能够将垂直入射的平行光线汇聚到焦点处，形成一定尺寸的汇聚光斑。要想获得较大能量的激光输出，要求太阳光汇聚系统具有大的口径。在保证较高汇聚效率的前提下，汇聚系统的焦距必然很大，汇聚光斑的尺寸也随之增大，汇聚光斑与第二级汇聚系统的接收面或工作物质不能完全匹配，耦合效率降低，使得整体激光器系统的泵浦效率较低。再者，由于太阳方位实时变化，当入射光线偏离一定角度时，汇聚光斑会产生相应的偏移，导致激光器的输出功率和光束质量很难保持稳定，所以第一级太阳光汇聚系统菲涅尔透镜需要时刻跟踪太阳方位。虽然通过光电跟踪装置的设计可以实现对菲涅尔透镜角度的实时调整，但是由于跟踪精度问题，仍然很难保持太阳光直接泵浦激光器的输出功率和光束质量的稳定性。

因此需要设计光学结构对菲涅尔透镜的汇聚光束进行改良，以提高其作为一级汇聚的稳定性、太阳光到工作物质的耦合效率以及和后续结构的匹配程度，实现太阳光直接泵浦激光器泵浦效率和激光输出稳定性的提升。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔，本实用新型使用金属锥形腔与球顶导光锥组成聚光腔，整体聚光腔放置于菲涅尔透镜焦点处。聚光腔的镀金反射面将泵浦光(太阳光)充分汇聚到工作物质上，能够提高菲涅尔透镜的汇聚效率和太阳光到工作物质的耦合效率；由于菲涅尔透镜的焦距较大，导致太阳光入射角度变化时汇聚焦点移动距离较大，将球顶导光锥设计在金属锥形腔中，能够减少因太阳方位实时变化所引起的菲涅尔透镜汇聚光斑的偏移，保持工作物质端面泵浦光的稳定，从而提高太阳光泵浦激光器输出激光功率和光束质量的稳定性。

一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔，包括金属锥形腔1和球顶导光锥2；

所述球顶导光锥2由半球体和锥体构成，其中半球体的半球面为球面入光口3，锥体的下底面为平面出光口5；

所述球顶导光锥2的锥体嵌在金属锥形腔1中；

所述金属锥形腔1的腔体与球顶导光锥2的锥体部分相匹配，且腔体内表面为锥形镀金面4。

一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔，所述金属锥形腔1的腔体上开口为金属锥形腔1的入光口，腔体下开口为金属锥形腔1的出光口，其中出光口的直径与工作物质端面直径相同。

一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔，所述椎体的高度与所述腔体的高度相同；所述半球体的直径与金属锥形腔1的入光口直径相同；所述平面出光口5的直径与金属锥形腔1的出光口直径相同。

一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔，所述金属锥形腔1外形为长方体，其中长方体内部开有锥形的腔体。

一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔，所述金属锥形腔1尺寸为25×50×50mm³。

一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔，所述金属锥形腔1的入光口直径为22mm。

一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔，所述球顶导光锥2为石英材质。

一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔，所述球面入光口3和平面出光口5经过抛光处理。

一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔，所述金属锥形腔1材质为铜。

一种用于保持太阳光泵浦激光器稳定输出的聚光腔，所述金属锥形腔1的出光口一侧设置有安装耳。

有益效果：

1、本实用新型适用于太阳光直接泵浦激光器系统中的第二级会聚系统；本实用新型使用金属锥形腔接收第一级汇聚系统菲涅尔透镜的汇聚光线，改善散热效果的同时，金属锥形腔以锥形镀金面作为腔体的反射面，能够对菲涅尔透镜的汇聚光线进行进一步汇聚，提升菲涅尔透镜的汇聚效果，缩小汇聚光斑，使汇聚光束与工作物质匹配程度更高，同时从而提高太阳光到工作物质的耦合效率以及太阳光泵浦激光器系统的泵浦效率。