重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆 400044
针对火箭点火、无线传感等中距离、强电磁干扰环境下的供电问题，设计了一种可见光无线传能系统，利用可见光实现数米距离的无线能量供给。通过光学仿真软件建立了可见光无线传能系统的光学模型，分析了光源轴向离焦量、平凸透镜位移对光能利用率、光斑均匀性、光电转换效率的影响，并确定了系统的实验参数，为实现更大功率、更远距离、更高效率的可见光无线传能和变距离传输自动装置提供了依据。实验测试结果表明，使用反光和聚光透镜组合，大幅减少了光束散射，有效提高了可见光无线传能系统的能量传输效率。该系统有助于解决当前无线供电米级以上的中距离盲区，以低成本解决部分极端环境下更换电池不便、电磁干扰严重情况时的小功率装置供电问题。
光学设计 无线能量传输 可见光 光伏效应 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1508001
激光无线能量传输在为远距离设备供能方面有着潜在的应用前景，在激光无线传能的同时进行激光无线通讯，具有重要的应用价值。针对砷化镓太阳能电池，对激光传能系统在无线能量传输时激光无线通讯性能进行了测试。实验采用波长808 nm激光实现砷化镓太阳能电池的能量传输，采用波长650 nm激光作为信号的传输，分别对单能量传输、单信号传输以及能量和信号同步传输三种情况下的砷化镓太阳能电池的输出特性进行了测试。结果表明：当单能量传输时，太阳能电池的性能与激光功率密度的大小密切相关，激光功率密度在54.9~90 mW/cm2范围内光电转换效率最大值为46.6%；当单信号传输时，通过测量系统的频率响应得到砷化镓太阳能电池的3 dB带宽约为3.7 kHz，并通过设计放大电路提高系统的通信性能，优化输出波形，使得系统的通信速率从10 kbps提升至240 kbps，输出电压峰峰值达到7.2 V。最后实验测量了不同激光强度下可实现的通信速率，当激光功率密度为59.5 mW/cm2时可实现140 kbps的通信速率，使得激光充电系统在无线能量传输下可以进行信号的传输。
太阳能电池 能量传输 信号传输 频率响应 solar cell energy transmission signal transmission frequency response 红外与激光工程
2022, 51(2): 20210888
为了提升高频超声换能器输出振幅与超声能量的传输效率，该文提出了一种新型柔性夹持高频超声换能器，并基于模块化设计思想，综合机电等效法、四端网络、有限元分析及柔度分析技术，系统建立了此类型高频超声换能器的设计方法，制作了换能器样机，搭建了换能器电学、动力学特性测试平台。激振实验表明，柔性夹持换能器输出端稳态振幅较传统夹持换能器提升了38.55%。换能器输出端动态振幅信号时域、频域分析结果表明，将柔性铰链机构和传统法兰夹持结构相结合，通过引入柔性转动副，柔性夹持换能器超声能量传递效率提高了5.16%。这表明柔性夹持法兰能够提升夹持结构的运动解耦能力，具有一定的应用前景。
高频超声换能器 柔性夹持 动态特性 纵向振动 超声能量传输 high frequency ultrasonic transducer flexible clamping dynamic characteristic longitudinal vibration ultrasonic energy transmission
从能量层面对激光角度欺骗干扰过程进行了分析:首先推导了不同形状目标的功率密度传输公式，通过仿真分析得出它们的能量传输性能; 然后对激光角度欺骗干扰过程的能量传输进行分析研究，并基于能量压制系数推导了防护空域的表达式;最后对防护空域的影响因素进行了仿真研究。研究结果表明: 防护角受指示激光和干扰激光入射距离以及真目标曲率特性的影响。
激光 角度欺骗干扰 漫反射板 能量传输 防护空域 假目标 laser angle deception jamming diffuse reflection board energy transmission protected airspace false target
1 上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240
2 中国直升机设计研究所,天津 300308
利用光纤阵列传输高功率光能,并针对基模高斯光,提出了一种通用的满足达曼光栅分束耦合约束条件的参数设计方法。首先,确定了系统组成元件并建立数学模型。然后,利用MATLAB软件仿真1×6达曼光栅分束,得到的子光斑束腰半径为20.31 μm、两两间距为127.7 μm,其总衍射效率为84.50%、不均匀度为0.23%。由光栅衍射理论与远场发散角分别计算出子光斑半径,对比仿真结果可知,对于基模高斯光入射,由平面波推导出的子光斑半径公式不适用,子光斑半径与入射光半径成反比,而光栅周期数对其无影响,并通过了实验验证。为了满足耦合约束条件,提出了一种通用的系统参数设计方法,通过改变波长、束腰半径、准直倍率、光栅周期长度与聚焦透镜焦距等参数,得到了精确耦合所需的子光斑半径与间距。
光栅 达曼光栅 耦合 光纤阵列 能量传输 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0105001
1 长春理工大学 空间光电技术国家与地方联合工程研究中心, 长春 130022
2 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130022
3 长春理工大学 电子信息工程学院, 长春 130022
为明确光载波无线传输系统中, 复合传输相比单独传输的优越性, 实验对比了单独传能、单独通信、复合传输三种结构在传输距离为0.1 m、接收的光功率估值为3.5 mW、光通信速率为1 kbps时的输出特性.结果表明, 单独传能系统在与电感串联的负载为4 kΩ时, 电池板输出最大功率为1.82 mW, 复合传输系统在与电感串联的负载为5 kΩ时, 电池板输出最大功率为2.1 mW, 比单独 传能系统高出15%; 与电容串联的负载较低时复合传输系统输出信号波形发生畸变, 优化负载后波形得以改善, 相同条件下幅值比单独通信系统高出1.52 V.
无线光通信 无线光传能 太阳能电池板 数据和能量复合传输 光传输模型 Wireless optical communications Wireless energy transmission Solar panel Hybrid data and energy transmission Optical transmission model
1 山东航天电子技术研究所, 烟台 264000
2 山东科技大学 电子通信与物理学院, 青岛 266000
无人机激光无线能量传输捕获、瞄准、跟踪(APT)系统是系统接收端获得稳定能源的保障。为了解决能量传输过程中充电链路高效可靠的问题, 结合无人机激光能量传输系统特点及实际需求, 在设计中建立自适应感兴趣区域, 提高图像处理速度, 降低噪声, 准确提取目标坐标; 综合考虑多重误差后通过Kalman预测算法实现稳定跟踪, 并根据系统特点提出了系统功率传输效率的计算方案。结果表明, 当无人机飞行速率在18km/h内, 该APT系统能够在300m~500m距离准确跟踪无人机, 跟踪精度在320μrad内。该方案能够保证激光能量传输过程的跟踪精度与可靠性。
激光技术 激光能量传输 APT系统 图像跟踪 laser technique laser energy transmission acquisition, pointing and tracking system image tracking
为了解决无人机工作时间短、续航能力差的问题, 采用激光无线供能的方式给无人机进行续航, 提出并设计了一套基于跟踪、捕获、瞄准的激光无线能量供给系统, 并进行了理论分析, 同时在外场200m范围内进行了无人机激光无线供能实验。结果表明, 该系统整体光电转换效率约为12%, 跟踪精度优于500μrad。该研究为激光跟踪与无线供能技术用于小型航天飞行器提供了参考。
激光技术 激光供能 无人机无线续航 激光跟踪 光电效率 laser technique laser energy supply wireless energy transmission for UAV laser tracking system photoelectric efficiency
中国电子科技集团公司第二十七研究所， 河南 郑州 450047
针对远距离激光传能及光电转换问题，通过对传输过程中光纤损耗、 波长选择、光电转换材料匹配等影响系统传输效率的各环节因素进行分析，采用在半绝缘InP 衬底上外延生长InGaAs PIN的方式设计了光电转换芯片，并对芯片结构及互联工艺进行了优 化，最终成功研制出了高效激光能量转换器。试验结果表明，在1550 nm激光照射的 条件下，该激光能量转换器的光电转换效率能够达到28%。
激光传能 光纤传输 激光-电转换 laser energy transmission fiber transmission laser to electric conversion
