设计了一种阈值较低的太阳光直接抽运的Nd∶YAG固体激光器,采用有效面积为1.03 m ²、焦距为1.2 m的菲涅耳透镜为第1级太阳光会聚装置,分腔水冷型镀金锥形腔为第2级太阳光会聚装置。在液体导光透镜和镀金锥形腔的共同作用下,通过端面、侧面同时抽运直径为5 mm、长度为75 mm的Nd∶YAG螺纹晶体棒,获得了连续稳定的1064 nm激光输出。利用光学设计软件ZEMAX和激光谐振腔仿真软件LASCAD建立理论模型,通过数值模拟验证实验结果并优化系统设计。该太阳光抽运Nd∶YAG固体激光器的激光输出功率最高为31.5 W,收集效率为30.58 W/m ²,激光器阈值功率为102 W,斜率效率为4.25%,太阳光到激光的能量转换效率为3.2%。

针对Nd∶YAG棒刻螺纹是否能改善激光器的输出，理论上分析了Nd∶YAG晶体棒内热传导过程及影响其冷却效果的因素。给出了表面刻上螺纹后，Nd∶YAG晶体棒表面积的变化结果和其对表面冷却换热方式的改变。对使用螺纹棒的激光器输出进行了实验研究，与普通棒的实验结果对比发现：用螺纹棒比用普通棒时平均功率大了23．2%，发散角小了3mrad。说明激光棒的表面刻槽可以提高冷却效果，有效地提高了激光器的输出。