太陽光直接抽運固體激光器由于能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)最少，有可能獲得較高效率，在空間激光器和太陽能利用方面存在重要的應(yīng)用前景。我們采用菲涅耳透鏡匯聚太陽光直接抽運Ｎｄ∶ＹＡＧ 晶體獲得了激光振蕩。

      Ｎｄ∶ＹＡＧ 晶體基質(zhì)硬度高，熱導(dǎo)率好，容易產(chǎn)生高增益、低閾值的激光作用，同時在可見光和近紅外波段具有較寬的吸收譜線，比較適合用于太陽光抽運的固體激光器。實驗采用的Ｎｄ∶ＹＡＧ 晶體為２ｍｍ×５ｍｍ棒狀，一面鍍１０６４ｎｍ全反、８０８ｎｍ增透膜，另一面鍍１０６４ｎｍ增透膜。Ｎｄ離子摻雜原子數(shù)分數(shù)為１％。激光輸出鏡對１０６４ｎｍ波長的透射率為０．５％，曲率半徑犚＝５０ｍｍ。實驗裝置如圖１所示。采用菲涅耳透鏡將太陽光聚焦，透鏡通光面
尺寸為３７４ｍｍ×３７４ｍｍ，焦距犳′＝２２０ｍｍ，焦點處匯聚的最小光斑約３ｍｍ。經(jīng)過７００～８６０ｎｍ帶通濾波片后照射到激光晶體入射端面上，晶體入射面放置于透鏡焦平面最小光斑處，聚焦太陽光斑對激光棒端面抽運。測量未匯聚前太陽光的濾波后的光譜如圖２所示。諧振腔為近半共心腔以降低振蕩閾值，諧振腔固定在兩維可調(diào)的機械結(jié)構(gòu)上，調(diào)節(jié)機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對太陽的對準聚焦。

       試驗中天氣晴朗，地面上垂直太陽測量功率密度為０．８ｍＷ／ｍｍ２，經(jīng)過菲涅耳透鏡聚焦和帶通濾波后測量的太陽光最高功率為９ Ｗ。由于在強烈的太陽光下很難用激光功率計、上轉(zhuǎn)換片等常規(guī)方法判斷閾值附近的激射現(xiàn)象，試驗中通過光纖束將輸出光導(dǎo)入微型光譜儀，觀察光譜變化情況判斷從熒光到激光的變化過程。采用美國Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ公
司出品的Ｓ２０００型微型光纖光譜儀測量輸出光譜，其主要指標為：入射狹縫２５μｍ，光柵刻線密度６００ｌｐ／ｍｍ，閃耀波長７５０ｎｍ，測量波長范圍４５０～１１００ｎｍ，探測器為２０４８ 像元線陣ＣＣＤ，波長分辨率為１.３nｍ。使用前用ＨｅＮｅ激光校準波長，誤差小于１ｎｍ。測量結(jié)果在計算機上實時顯示。采用中心波長１０６４ｎｍ，帶寬１０ｎｍ的窄帶濾波片對進入光譜儀前的光信號進行濾波。試驗中通過觀察光譜變化情況判斷從熒光到激光的變化過程。試驗測量的典型熒光光譜和激光光譜結(jié)果如圖３ 所示：其中熒光光譜為雙峰結(jié)構(gòu)，通過波長測量，可以判斷是Ｎｄ∶ＹＡＧ 對應(yīng)于R１、Y１ 能級躍遷的１０６２ｎｍ（準確值１０６１．５２ｎｍ）和對應(yīng)于犚２犢３ 能級躍遷的１０６４ｎｍ
（準確值１０６４．１４ｎｍ），而對應(yīng)于犚１犢２能級躍遷的１０６５ｎｍ（準確值１０６４．６ｎｍ）譜線，由于光譜儀分辨率所限，沒有與１０６４ｎｍ譜線分開。測量圖中窄帶譜線的寬度（半峰全寬（ＦＷＨＭ））約為１ｎｍ，由于光
譜儀的波長分辨率也為１ｎｍ，所以估計實際譜線寬度應(yīng)該小于１ｎｍ。試驗中觀察到光譜寬度從寬到窄的變化過程，并且在得到窄帶光譜時譜線強度劇烈起伏，符合振蕩閾值附近激光輸出不穩(wěn)定的特征，我們判斷獲得了激光輸出。
       圖４為Ｓ２０００光纖光譜儀快速光譜采集時，窄帶光譜峰值譜線強度隨時間變化圖。通過設(shè)置采集次數(shù)狀，光譜儀在間隔約１５ｍｓ時間連續(xù)自動采集狀次光譜并保存，由此可觀察譜線強度隨時間變化情況。其中，圖４（ａ）和（ｂ）分別為采集次數(shù)１００和３００時峰值譜線１０６４ｎｍ的強度隨時間變化情況。
       下一步工作將采取措施提高激光的輸出功率，可能的措施是采用更大口徑的菲涅耳透鏡對太陽光聚焦，并用多級聚光方案進一步提高聚焦太陽光的功率密度。