基于锥形反射器的太阳能双端泵浦单晶光纤激光器：提升输出功率与转换效率的创新设计

本文创新性提出采用空心锥形反射器的双端泵浦结构，通过三级聚光系统（抛物面镜+3D-CPC+锥形反射器）显著提升单晶光纤（SCF）对太阳能的吸收效率。研究显示双端泵浦配置使SCF（Φ1×100 mm）吸收功率较单端泵浦提升48.03%，最高达140.81 W，最终实现47.84 W激光输出和3.96%的太阳能-激光转换效率，为空间太阳能电站等应用提供了关键技术支撑。

　　

^?亮点^?

聚光器配置

对于太阳能泵浦单晶光纤（SCF）激光器而言，SCF吸收的太阳能功率取决于空心反射器半径与SCF半径的比值[33]。该比值越小，SCF的太阳能吸收效率就越高。当初级太阳能聚光器的总 sunlight-receiving area（阳光接收面积）相同（1.2 m²）时，双端泵浦中每个抛物面镜的阳光接收面积仅为0.6 m²，这也导致抛物面镜的焦点更小。这种方法有效减小了

SCF位置的优化

阳光进入空心反射器后，在反射器内的分布并不均匀。通过调整SCF的位置可以显著提高其吸收功率。SCF在反射器内的位置取决于三个参数：SCF的倾斜角（θ）以及SCF几何中心的坐标（x,y）。为解决这个多变量优化问题，采用 simulated annealing algorithm（模拟退火算法）进行全局优化。

该问题可以

反射器的优化

提出用空心锥形反射器替代空心圆柱形反射器，这将提升光纤对泵浦功率的吸收。主要原因如下：(1) 反射器直径与SCF直径的比值变小，导致SCF吸收的太阳能功率更高；(2) 对于锥形反射器，其发散角大于锥形反射器最大接收角的入射阳光将被反射回去并被SCF重新吸收

激光输出特性

基于TracePro的射线追迹，双端泵浦SCF吸收的太阳能功率如图6所示。SCF每毫米吸收的功率取决于不同位置的反射器半径和太阳能功率。首先，阳光进入第一个空心锥形反射器，锥形反射器半径的减小导致部分阳光被反射回去并重新吸收，但反射损耗和SCF的吸收导致太阳能功率减少。此时

结论

提出了一种基于锥形反射器的双端泵浦SCF（Φ1×100 mm）激光器，其聚光系统由平面镜、抛物面反射镜、3D-CPC和空心锥形反射器组成。射线追迹表明，当第三级聚光器为空心圆柱形反射器时，双端泵浦配置中SCF吸收的泵浦功率比单端泵浦配置中的SCF高出48.03%。为了进一步提高SCF吸收的太阳能功率，