太阳光泵浦固体激光器聚光系统研究

论文摘要

首台激光器发明不久,太阳光泵浦激光器立即问世。太阳能激光器的出现开辟了太阳能利用技术的新领域。特别是在空间中,太阳能资源更为丰富,太阳能辐射强度几乎不受时间和气候条件的限制,如果能够充分利用这些能源为人类服务,有着巨大的实际意义。太阳能激光器在空间中主要可用于无线能量传输、空间光电对抗以及自由空间光通信等领域。本论文主要研究太阳光泵浦固体激光器的聚光系统。论文首先概括性地介绍了太阳光泵浦固体激光器的几种聚光器,包括各种聚光器的特点、太阳光谱辐射的特点以及本文所设计聚光器的原理。然后重点建立了聚光系统的物理模型以及数学算法,包括求光线交点,光线反射以及光线追迹的算法,并通过比较选出最优算法。推导出一级聚光系统出光口与中心盲区半径比值的公式,从而更好的分析二级聚光系统出光均匀度。最后一部分主要设计了出光均匀度的算法,分析了不同条件下的二级聚光系统CPC出光情况,并且通过比较分析,得到了均匀度误差最小情况下的CPC各项参数。利用已知参数,结合一级聚光系统物理模型,从而得到一级聚光系统的最优参数。其次分析了理想状况下梯形聚光系统出光均匀度,并与CPC进行比较,讨论二者优缺点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳光直接泵浦激光器的特点
• 1.2 太阳光泵浦激光器的潜在应用前景
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 国外研究状况
• 1.3.2 国内研究状况
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 太阳光泵浦固体激光器聚光系统的概述
• 2.1 太阳能聚光器
• 2.1.1 聚光器的基本概念
• 2.1.2 几种典型聚光器
• 2.2 太阳光辐射特点
• 2.3 一级聚光系统的原理
• 2.4 二级聚光系统（CPC）的原理
• 2.5 本章小节
• 第3章 物理模型以及算法的建立
• 3.1 一级聚光系统物理模型的建立
• 3.2 二级聚光系统模型建立
• 3.2.1 CPC 模型的建立
• 3.2.2 梯形聚光器模型的建立
• 3.3 光线模型算法的建立及比较
• 3.3.1 入射光线模型的建立
• 3.3.2 光线交点的算法建立及比较
• 3.3.3 反射光线的算法建立及比较
• 3.4 光线追迹算法的建立
• 3.5 本章小结
• 第4章 出光均匀度的算法设计及分析
• 4.1 出光均匀度的算法设计
• 4.2 CPC 理想状况下出光均匀度分析
• 4.3 一级聚光系统出光情况分析
• 4.4 梯形聚光器理想状况下出光均匀度分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢