1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津
2 天津大学 光电信息技术教育部重点实验室，天津
作为最具代表性的定向能载体，激光可用于高功率、长距离的无线能量传输。传统上激光无线传能一般通过跟瞄系统实现，而近年来发展的谐振激光自适应无线传能技术提供了一种无需跟瞄的新解决思路，受到广泛关注。文中分析比较了这两种方法的特点，展望了未来发展趋势，并对后者的核心免调试激光器的实现方法进行了总结。
激光无线传能 谐振激光传能 免调试激光器 猫眼逆反射器 wireless laser power transmission resonant laser power transmission alignment-free laser cat-eye retroreflector
1 烟台大学 物理与电子信息学院，山东 烟台 264005
2 哈尔滨工业大学(威海) 信息科学与工程学院，山东 威海 264209
3 军事科学系统工程研究院，北京 102300
为了提升激光无线能量传输系统光能传输效率，避免使用准直镜头导致在数百米距离处接收端光斑边界模糊和照度均匀性差现象的发生，开展了基于共轭成像原理的可调焦发射光学系统研制。首先理论分析了准直法和共轭成像法的设计原理，然后针对光纤输出的808 nm半导体激光光源，采用共轭成像法设计了焦距550 mm、口径260 mm的发射光学系统，通过光纤端面的移动实现调焦设计，分析了不同调焦距离下光纤端面的移动量，并与准直法设计结果调焦后对比，在200 m~1 km处的波像差明显较小。利用Lighttools软件模拟对比了调焦前后的照射光斑，验证了调焦的作用。模拟结果显示，通过对基于共轭成像原理设计的发射光学系统增加调焦机构，可在不同距离处得到清晰的光斑边界。最后对激光发射光学系统进行了加工，经测试，波像差RMS为0.092λ(λ=632.8 nm)。结果表明：激光无线能量传输系统使用基于共轭成像原理设计的可调焦发射光学系统可获得边界清晰、更加均匀的照明光斑。
激光无线传能 发射光学系统 共轭 调焦 laser wireless power transmission emission optical system conjugate focusing 红外与激光工程
2023, 52(9): 20230115
山东航天电子技术研究所, 山东 烟台 264000
为了克服激光无线能量传输接收系统中聚焦光斑能量分布不均匀、光斑形状不匹配的缺陷, 设计并加工了一种梯形二次聚光器。依据边缘光线理论分析了梯形二次激光器的设计原理, 利用Tracepro软件进行了仿真, 采用直角梯形拼接的方法加工成梯形二次聚光器。在激光无线传能系统中对梯形二次聚光器进行了实验研究, 对比了菲涅耳透镜单次聚光和与梯形二次聚光器组合聚光时对激光电池效率的影响。实验得出, 在激光电池接收功率一致的情况下, 菲涅耳透镜与梯形二次聚光器组合产生的聚焦光斑能使激光电池的转换效率值提高6%~7%; 在计入二次聚光器损耗后, 激光电池的转换效率值提高2%~3%。结果表明: 梯形二次聚光器的使用可以提升激光无线传能系统接收端的性能。
激光无线传能 方形光斑 均匀照明 光电效率 laser wireless power transmission square spot uniform illumination photoelectric efficiency 红外与激光工程
2017, 46(7): 0705001
