熊胜军，何 洋，刘晓龙

（中国科学院 光电研究院，北京100094）

引言

随着社会的快速发展，能源问题越来越受到重视，太阳光直接泵浦激光器作为一种很具前景的太阳能利用方式，与传统激光器相比，其最大的优点是能直接利用太阳能实现太阳光与激光的转换［1－5］。在太阳光泵浦激光器的研究中，太阳光聚能技术是其关键技术之一，它决定了激光器能否实现激光输出及其输出功率的大小［5］，其发展经历了从单纯大型成像汇聚系统向成像与非成像组合汇聚系统的转变，汇聚效率逐步提高。

1966年美国 C.G.Young［1］采用一个口径600mm的抛物面反射镜与双曲面柱面镜组合的两级汇聚系统，其系统的光光转换效率仅为0.57%；1992年，以色列 G.A.Thompson等［2］报导了一种采用一组由640面小反射镜组成的等效口径约为7m、焦距为4m的抛物面主镜和CPC结合的两级汇聚系统，最终能汇聚到约5 000W的太阳辐射，聚光比达到了1×104；2008年，日本T.Yabe等［3］采用一个4m2的菲涅尔透镜与锥形腔聚光镜组合的两级汇聚系统较大地提高了系统的聚光效率，从而提高了系统的激光输出功率。

国内方面，北京理工大学于2009年与2011年分别采用菲涅尔透镜与CPC组合及菲涅尔透镜与锥形聚光镜组合的二级聚能方案［5－6］，均获得了激光输出。

在国内外光伏产业及太阳光泵浦激光器的研究中［3，5－8］，菲涅尔透镜是汇聚太阳光的一种重要的光学器件，它具有质量轻、成本低、易于制作等优点。首先分析总结菲涅尔透镜的固有缺陷，为了克服其缺陷，提出一种新型的聚光器——抛物面环形阵列聚光器，它能实现对太阳光的反射式顺向聚焦，介绍其工作原理与设计方法。……