进一步提高太阳光泵浦固体激光器效率的研究

Sunlight directly pumped solid state lasers is a kind of green and environmental protection lasers,with extensive applications on the ground and in the space, especially suitable for the applications in the space where sunlight is the only energy source.Under the littel financial support of NSFC,we achieved the solar pumped lasering for the first time in China in 2008, which has caused much attention in the laser field. And we entended the laser output to 14W and 4.24% efficiency in 2012, under another common financial support of NSFC. We have also established relationship and communicated with foreign researchers in the field. It is state clearly from long-term research experience that,how to focus sunlight to the laser material efficiently is the key factor that to raise the efficiency from sunlight to laser. Theoritical and experimental study on the light guide technology application in sunlight focusing will be carred on in the project,especially the study on the liquid light guide lense(LLGL) formed from the coolant,in order to enhance the focusing ability of the conical cavity. The efficient focusing conical cavity with LLGL and lasers system will be developd, with more homogenous pumping sunlight distribution along the laser material, enlarged effective activation length, and best usage of the pumping sunlight. As a result,the transform efficiency from sunlight to laser will be increased and 30W laser output power will be obtained per every square meters of irradiant area.

太阳光直接泵浦的固体激光器是一种绿色环保的激光器，在地面和空间具有广泛的用途，特别适合在以太阳光作为唯一能源的空间应用。本人2008年在自然科学基金小额资助下，在国内率先实现了太阳光泵浦激光输出，引起国内激光界同行的关注。2012年在自然科学基金面上项目资助下，获得14W激光输出，太阳光-激光的能量转换效率达到4.24%，并与国外同行建立了联系和交流。 多年的研究工作表明，如何高效率地将太阳光汇聚到激光介质上，是提高能量转换效率的关键。本项目计划从理论和实验上研究光波导技术在太阳光汇聚环节的应用，特别是利用冷却液体形成液体光波导透镜（LLGL），增强锥形聚光腔的汇聚能力。研制具有LLGL的高汇聚效率锥形腔和激光器系统，使得激光介质上的泵浦光分布进一步均匀化，有效激活长度增加，泵浦光得到充分利用，进一步提高太阳光到激光的能量转换效率，达到每平方米接收太阳光面积输出30W激光的收集效率。

太阳光直接泵浦的固体激光器（Solar Pumped Solid State Lasers-SPL）是一种将太阳光直接转换到激光的装置，在地面和空间都具有潜在的广泛用途。太阳光是空间唯一的能源形式，SPL以太阳光为能源，具有能量转换环节最少，能量转换效率较高，结构简单，可靠性高，寿命长的优点，特别适合在无人值守的空间系统中使用。本项目组2008年在自然科学基金小额资助下，在国内率先实现了太阳光泵浦激光输出，引起国内激光界同行的广泛关注。2012年在自然科学基金面上项目资助下，获得14W激光输出，并且与国外同行建立了联系和交流。为了进一步提高太阳光泵浦激光器的输出功率和能量转换效率，本项目对液体光波导透镜、螺纹晶体棒工艺和键合Nd:YAG/YAG晶体等技术应用于太阳光泵浦激光器系统开展了理论和实验研究，最终得到32.1W/m2的收集效率，这是目前为止国际上最高的技术指标。. 多年的研究工作表明，如何高效率地将太阳光会聚到激光介质上，是提高能量转换效的关键。本项目从理论和实验上研究了液体光波导技术在太阳光会聚环节的应用，特别是结合使用侧面螺纹工艺键合晶体棒，使得激光介质上的泵浦光分布进一步均匀化，有效激活长度增加，泵浦光得到充分利用，且热透镜效应减弱，进一步提高了太阳光到激光的能量转换效率。在完成本项目研究内容，掌握太阳光泵浦激光器主要关键技术基础上，进一步探索了太阳光泵浦激光器在空间通信领域的应用，研制了基于太阳光泵浦激光器的空间激光通信系统原理样机，完成了原理演示。