Development of Complex Solar-Cavity for Solar-Pumped Laser

太阳能泵浦激光器复杂太阳腔的研制

基本信息

批准号：
22K04973
负责人：
大久保友雅
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

太陽光励起レーザのための集光系として，一次集光系であるフレネルレンズで集光された太陽光を更にレーザ媒質へと集光する太陽光キャビティの開発を行っている．2022年度は，新しく複合放物面型集光器を利用した太陽光キャビティの開発を行った．従来の太陽光キャビティでは，太陽光をレーザ媒質へと再集光するために内部で多重反射するように設計していたが，反射時に太陽光キャビティに吸収されてしまう反射損失が課題であった．そこで本研究では，従来型のレーザ媒質の長軸方向がフレネルレンズの光軸と一致する形ではなく，レーザ媒質の長軸方向がフレネルレンズの光軸と直行する配置とした．レーザ媒質はφ6×50 mmとし，この円形の断面が複合放物面型集光器の焦点に来るようにした．この形状にすることにより，フレネルレンズで集光した太陽光を太陽光キャビティ内での少ない反射回数でレーザ媒質に再集光することを目指した．フレネルレンズの光軸方向をzとし，それに垂直な方向をyとすると，複合放物面型集光器の断面形状はz = －d(y±l)^2/((L/2)－l)+dと表現できるため，L,l,dを変化させてレーザ媒質への太陽光の吸収効率が高くかつ反射損失が低い形状を模索した．その結果，L=30 mm, l=0 mm, d=25 mm において，反射損失を従来の15.5%から12.5%まで低減できることが分かった．ここで，l=0 mmであることから，本研究で検討した複合放物面型集光器は事実上単純な放物面が最も反射損失を低減できることがわかった．また，それ以外にも楕円を用いた太陽光キャビティや，光軸に垂直な断面に複数の放物線を持つM-CPC型と名付けた新しいキャビティの提案を行い，それぞれレーザー媒質の光軸に平行な吸収パワー密度および垂直な吸収パワー密度の分布を部分的に平滑化できる設計を実現した．

作为太阳能泵浦激光器的聚光系统，我们正在开发一个太阳腔，它将菲涅尔透镜（主要聚光系统）收集的太阳光进一步聚集到激光介质中。 2022 年，我们使用复合抛物面聚光器开发了一种新型太阳能腔。传统的太阳能腔被设计为执行多次内反射，以便将太阳光重新聚焦到激光介质上，但问题是反射时由于太阳能腔的吸收而造成反射损失。因此，在本研究中，我们没有采用激光介质的长轴方向与菲涅尔透镜的光轴一致的传统配置，而是采用了激光介质的长轴方向垂直于菲涅尔透镜的光轴的布置。菲涅耳透镜。激光介质为φ6×50 mm，其圆形截面置于复合抛物面聚光镜的焦点处。通过采用这种形状，我们的目标是将菲涅耳透镜聚焦的阳光重新聚焦到激光介质上，从而减少太阳腔内的反射。设菲涅尔透镜的光轴方向为z，垂直于其的方向为y，则复合抛物面聚光器的截面形状为z = -d(y±l)^2/((L/2) − 由于可以表示为 l)+d，因此我们通过改变 L、l 和 d 来寻求太阳光进入激光介质的高吸收效率和低反射损耗的形状。结果发现，在L=30mm、l=0mm、d=25mm时，反射损耗可以从传统的15.5%降低到12.5%。这里，由于l=0 mm，发现对于本研究中考虑的复合抛物面聚光器，简单的抛物面可以最大程度地减少反射损耗。此外，我们还提出了一种使用椭圆形的太阳腔和一种名为M-CPC型的新型腔体，该腔体在垂直于光轴的截面上具有多个抛物线，每个抛物线都平行于激光介质的光轴。实现了可以部分平滑吸收功率密度和垂直吸收功率密度分布的设计。