CN102664469A - 反馈式激光能量无线传输装置 - Google Patents

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本发明公开了一种反馈式激光能量无线传输装置，包括位于发射端的发射组件和位于接收端的接收组件，所述发射组件包括半导体激光器和扩束器，所述接收组件包括光电池阵列，所述发射组件还包括用于跟踪、瞄准接收端的跟踪瞄准系统，所述接收组件还包括布置于光电池阵列前方的角反射器阵列，用于使来自发射组件的一部分激光束反射回去为半导体激光器提供正反馈，使另一部分激光束透射到光电池阵列上。本发明通过在接收端设置角反射器阵列，能够利用光学反馈作用，根据发射端和接收端对准度自动调整发射端发射的激光强度，无需实时监测接收端能量的变化，其激光能量传输机制安全性好、效率高。

Description

反馈式激光能量无线传输装置
技术领域
本发明涉及无线能量传输技术领域，尤其涉及一种反馈式激光能量无线传输装置。
背景技术
无线能量传输技术是一项在航天和民用领域有着广阔应用前景的技术，其最早是在19世纪末由尼古拉·特斯拉提出的，发展到现在主要有四种传输方式，其中，两种近距离传输方式包括：电磁感应方式和磁共振方式；两种远距离传输方式包括：微波传输方式和激光传输方式。与电磁感应方式和磁共振方式相比，激光传输方式能量传输具有传输距离远的优点，与微波传输方式相比，激光传输方式能量传输具有波长短、发散角小、相干性好、能量密度高、发射接收设备体积小等优点。因此，激光传输方式是无线能量传输的重要手段之一，尤其在真空环境下，无大气对于激光的吸收、散射等影响，激光传输方式更是无线能量传输的理想选择。
传统的激光能量传输方式多采用的方法如下：在发射端，激光器将电能转化为激光能量，并通过光学发射天线向接收端传送激光能量；在接收端，采用光电池将激光能量转化为电能并存贮，从而完成点对点的激光无线能量传输。
这种能量传输模式要求实时监测接收端的激光强度，并保持发射端和接收端通信畅通，一旦发射端和接收端出现对准偏差，接收端需及时检测并立即通知发射端停止能量发射，否则极易造成附近人员或设备的损坏，安全性不高。在太空中各航天器运动速度快，长期精确对准非常困难，接收端激光强度变化快，实时监测难度大，且保持通信增加了额外的能量开销，实际应用性不强。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种反馈式激光能量无线传输装置，其能够根据发射端和接收端对准度，自动调整发射端发射的激光强度，无需实时监测接收端能量的变化，其激光能量传输机制安全性好、效率高。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种反馈式激光能量无线传输装置，包括位于发射端的发射组件和位于接收端的接收组件，所述发射组件包括半导体激光器和扩束器，所述接收组件包括光电池阵列，所述发射组件还包括用于跟踪、瞄准接收端的跟踪瞄准系统，所述接收组件还包括布置于光电池阵列前方的角反射器阵列，用于使来自发射组件的一部分激光束反射回去为半导体激光器提供正反馈，使另一部分激光束透射到光电池阵列上。
前述的反馈式激光能量无线传输装置中，所述角反射器阵列包括由角反射器组成的平面角反射器阵列或半球面角反射器阵列。
前述的反馈式激光能量无线传输装置中，所述角反射器镀有部分反射膜。
前述的反馈式激光能量无线传输装置中，所述跟踪瞄准系统包括：通过调整发射端发射的激光的入射角来跟踪瞄准接收端的45°全反射镜。
前述的反馈式激光能量无线传输装置中，所述扩束器包括同轴的一个凹透镜和一个凸透镜。
前述的反馈式激光能量无线传输装置中，所述角反射器为棱锥角反射器或利用猫眼效应的光学角反射器。
前述的反馈式激光能量无线传输装置中，所述发射端包括一个或多个发射组件。
前述的反馈式激光能量无线传输装置中，所述发射组件包括一个或多个激光增益介质。
(三)有益效果
本发明通过在接收端设置角反射器阵列，能够利用光学反馈作用，根据发射端和接收端对准度自动调整发射端发射的激光强度，无需实时监测接收端能量的变化，其激光能量传输机制安全性好、效率高。
附图说明
图1为本发明实施例1中所述反馈式激光能量无线传输装置的结构示意图；
图2为本发明实施例2中所述反馈式激光能量无线传输装置的结构示意图；
图3为本发明实施例3中所述反馈式激光能量无线传输装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：如图1所示，本发明所述的反馈式激光能量无线传输装置，包括位于发射端的发射组件和位于接收端的接收组件，所述发射组件包括半导体激光器和扩束器，所述接收组件包括光电池阵列，所述发射组件还包括用于跟踪、瞄准接收端的跟踪瞄准系统，所述接收组件还包括布置于光电池阵列前方的角反射器阵列，用于使来自发射组件的一部分激光束反射回去为半导体激光器提供正反馈，使另一部分激光束透射到光电池阵列上。激光束通过光电池阵列转化为电能储存，实现能量的无线传输。发射端与接收端之间被自由空间或外层空间隔离。所述角反射器阵列为由角反射器组成的平面角反射器阵列，所述角反射器镀有部分反射膜，为激光耦合输出镜。所述角反射器为棱锥角反射器或利用猫眼效应的光学角反射器。
半导体激光器和角反射器阵列可组成一个新的激光谐振腔。激光介质提供谐振激光束所需的增益；扩束器是一个望远光学系统，起光束变换的作用，以增大激光束口径，目的是减小激光光束发散角，降低半导体激光器的衍射损耗；跟踪瞄准系统对空间进行扫描直到发现并跟踪目标。
能量传输开始时，半导体激光器发出的光强较弱，光束经过扩束器扩束准直后作为跟踪瞄准系统的信号激光，扫描探测并对准跟踪能量接收目标接收端；当发射端和接收端对准时，在半导体激光器和角反射器阵列之间形成新的激光谐振腔，通过反馈作用可降低激光器的阈值电流，增大激光器输出功率，进行高效的能量无线传输；当发射端和接收端对准出现偏差时，角反射器阵列对于激光的反馈减弱，发射端半导体激光器的输出功率自动减弱，可保证能量传输的安全性。
受扩束器和角反射器阵列的衍射口径限制，振荡激光束反复在扩束器和角反射器阵列组成的孔阑传输线上传播从而在空间上约束了激光光波场，即能量谐振传输只在发射端和接收端进行，开腔之外不存在光波场，进而提高了激光的无线传能效率。
实施例2：本实施例与实施例1的区别之处在于：所述发射组件包括多个激光增益介质。所述跟踪瞄准系统包括：通过调整发射端发射的激光的入射角来跟踪瞄准接收端的45°全反射镜。所述扩束器包括同轴的一个凹透镜和一个凸透镜。如图2所示，所述全反射镜M3、凹透镜M4和凸透镜M5构成二维转台T，图2中虚线框即表示二维转台T。所述45°全反射镜M3、凹透镜M4和凸透镜M5固定在二维转台T上并可绕45°全反射镜中心的X轴和Y轴转动(⊙表示Y轴方向为由纸里向纸外)，以实现空间上的二维扫描，目的是扫描探测并且与接收组件中的平面角反射器阵列M2对准。45°全反射镜M3镀有谐振激光波长的高反膜，平面角反射器阵列M2镀有谐振激光波长的部分反射膜作为激光谐振腔的输出耦合镜；凹透镜M4、凸透镜M5都分别镀有谐振激光波长的增透膜以降低透过损耗；光电池阵列也可采用直接固定在角反射器三个侧面的方式安装。
采用本实施例技术方案，激光束在发射端和接收端之间谐振，从发射端提取能量然后在接收端释放能量同时在空间上将激光束约束在凸透镜M5与平面角反射器阵列M2之间，进而实现端对端基于激光谐振耦合的无线高效能量传输。
实施例3：本实施例与实施例1的区别之处在于：所述角反射器阵列为由角反射器组成的半球面角反射器阵列。所述发射端包括多个发射组件。如图3所示，发射端包括多个发射组件S1、S2、S3......；接收端包括一个接收组件。接收组件中的角反射器阵列M2采用多个棱锥角反射器组成的半球形角反射器阵列。由于角反射器阵列M2的定向反射特性，角反射器阵列M2能够与多个发射组件S1、S2、S3......构成多个激光振荡器。位于半球形角反射器M2后方的光电池阵列PC也呈半球形排列或者直接固定在四棱锥角反射器的外侧面，用来完成光电转换，实现能量的无线传输。利用接收端与发射端构成的多个激光谐振腔可实现多端到单端的激光无线能量传输。
采用本实施例的技术方案，能量可以通过激光反馈控制的方法从多端同时传输到一个接收端。接收组件可以从多个不同的发射组件提取能量，同时也降低了单个发射组件的功率。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种反馈式激光能量无线传输装置，包括位于发射端的发射组件和位于接收端的接收组件，所述发射组件包括半导体激光器和扩束器，所述接收组件包括光电池阵列，其特征在于，所述发射组件还包括用于跟踪、瞄准接收端的跟踪瞄准系统，所述接收组件还包括布置于光电池阵列前方的角反射器阵列，用于使来自发射组件的一部分激光束反射回去为半导体激光器提供正反馈，使另一部分激光束透射到光电池阵列上。
2.如权利要求1所述的反馈式激光能量无线传输装置，其特征在于，所述角反射器阵列包括由角反射器组成的平面角反射器阵列或半球面角反射器阵列。
3.如权利要求1所述的反馈式激光能量无线传输装置，其特征在于，所述角反射器镀有部分反射膜。
4.如权利要求1所述的反馈式激光能量无线传输装置，其特征在于，所述跟踪瞄准系统包括：通过调整发射端发射的激光的入射角来跟踪瞄准接收端的45°全反射镜。
5.如权利要求1所述的反馈式激光能量无线传输装置，其特征在于，所述扩束器包括同轴的一个凹透镜和一个凸透镜。
6.如权利要求2或3所述的反馈式激光能量无线传输装置，其特征在于，所述角反射器为棱锥角反射器或利用猫眼效应的光学角反射器。
7.如权利要求2所述的反馈式激光能量无线传输装置，其特征在于，所述发射端包括一个或多个发射组件。
8.如权利要求1所述的反馈式激光能量无线传输装置，其特征在于，所述发射组件包括一个或多个激光增益介质。
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Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103124108A (zh) * 2013-01-31 2013-05-29 天津大学 一种相干光无线传输能量的方法及装置
CN103280855A (zh) * 2013-05-28 2013-09-04 浙江大学 一种水下无线激光电能传输装置及应用
CN103532253A (zh) * 2013-10-30 2014-01-22 中国科学院半导体研究所 激光无线输能系统
CN103684612A (zh) * 2013-11-14 2014-03-26 中国航天科技集团公司第五研究院第五一三研究所 一种多光束发射天线系统
CN105009406A (zh) * 2012-12-05 2015-10-28 空中客车防卫和太空有限责任公司 用于无人飞行器的无线远程能量供应
CN105553125A (zh) * 2015-09-11 2016-05-04 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 无线充电装置、用户终端及无线充电方法
CN106451666A (zh) * 2016-11-21 2017-02-22 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 毫米电波无线充电的装置及方法
CN106772345A (zh) * 2017-03-16 2017-05-31 重庆大学 一种远距离即插即用型位移雷达目标反射器
CN106804559A (zh) * 2015-12-02 2017-06-09 和硕联合科技股份有限公司 光电装置
CN107305912A (zh) * 2016-04-15 2017-10-31 北京空间技术研制试验中心 航天器激光电池
CN108494115A (zh) * 2018-02-13 2018-09-04 中国电子科技集团公司第十研究所 一种激光无线传能装置及方法
CN109094391A (zh) * 2018-06-28 2018-12-28 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种适用于无人艇的无线充电方法及装置
CN113300491A (zh) * 2021-04-30 2021-08-24 西安电子科技大学 一种可多点接入的激光无线能量传输系统
CN113629897A (zh) * 2021-07-29 2021-11-09 同济大学 一种基于复合腔结构的安全性提升的无线充电系统
JP2021192430A (ja) * 2015-07-16 2021-12-16 ワイ−チャージ リミテッド 電力を無線で伝送するシステム
CN114285185A (zh) * 2021-12-01 2022-04-05 国网浙江省电力有限公司温州供电公司 一种远程激光传能装置及扫描对准方法
WO2022088774A1 (zh) * 2020-11-02 2022-05-05 华为技术有限公司 激光发射装置、激光发射方法和激光无线充电系统
CN113300491B (zh) * 2021-04-30 2024-04-16 西安电子科技大学 一种可多点接入的激光无线能量传输系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5062150A (en) * 1989-01-23 1991-10-29 Massachusetts Institute Of Technology Fiber-based free-space optical system
CN201113567Y (zh) * 2007-07-26 2008-09-10 刘昌荣 无线电能远距离传输装置
CN102185654A (zh) * 2011-04-29 2011-09-14 北京国科环宇空间技术有限公司 一种激光通信系统
CN202059415U (zh) * 2011-03-23 2011-11-30 中国科学院上海技术物理研究所 具有光轴自校准的空间量子通信atp精跟踪系统
CN102307062A (zh) * 2011-09-07 2012-01-04 清华大学 激光谐振耦合无线能量传输装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5062150A (en) * 1989-01-23 1991-10-29 Massachusetts Institute Of Technology Fiber-based free-space optical system
CN201113567Y (zh) * 2007-07-26 2008-09-10 刘昌荣 无线电能远距离传输装置
CN202059415U (zh) * 2011-03-23 2011-11-30 中国科学院上海技术物理研究所 具有光轴自校准的空间量子通信atp精跟踪系统
CN102185654A (zh) * 2011-04-29 2011-09-14 北京国科环宇空间技术有限公司 一种激光通信系统
CN102307062A (zh) * 2011-09-07 2012-01-04 清华大学 激光谐振耦合无线能量传输装置及方法

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9837859B2 (en) 2012-12-05 2017-12-05 Airbus Defence and Space GmbH Wireless remote energy supply for unmanned aerial vehicles
CN105009406A (zh) * 2012-12-05 2015-10-28 空中客车防卫和太空有限责任公司 用于无人飞行器的无线远程能量供应
CN103124108A (zh) * 2013-01-31 2013-05-29 天津大学 一种相干光无线传输能量的方法及装置
CN103280855A (zh) * 2013-05-28 2013-09-04 浙江大学 一种水下无线激光电能传输装置及应用
CN103532253A (zh) * 2013-10-30 2014-01-22 中国科学院半导体研究所 激光无线输能系统
CN103684612A (zh) * 2013-11-14 2014-03-26 中国航天科技集团公司第五研究院第五一三研究所 一种多光束发射天线系统
CN103684612B (zh) * 2013-11-14 2015-12-30 中国航天科技集团公司第五研究院第五一三研究所 一种多光束发射天线系统
JP7277519B2 (ja) 2015-07-16 2023-05-19 ワイ－チャージ リミテッド 電力を無線で伝送するシステム
JP2021192430A (ja) * 2015-07-16 2021-12-16 ワイ−チャージ リミテッド 電力を無線で伝送するシステム
CN105553125A (zh) * 2015-09-11 2016-05-04 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 无线充电装置、用户终端及无线充电方法
CN105553125B (zh) * 2015-09-11 2018-07-24 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 无线充电装置、用户终端及无线充电方法
CN106804559A (zh) * 2015-12-02 2017-06-09 和硕联合科技股份有限公司 光电装置
CN107305912A (zh) * 2016-04-15 2017-10-31 北京空间技术研制试验中心 航天器激光电池
CN106451666A (zh) * 2016-11-21 2017-02-22 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 毫米电波无线充电的装置及方法
CN106772345A (zh) * 2017-03-16 2017-05-31 重庆大学 一种远距离即插即用型位移雷达目标反射器
CN106772345B (zh) * 2017-03-16 2023-09-26 重庆大学 一种远距离即插即用型位移雷达目标反射器
CN108494115B (zh) * 2018-02-13 2020-08-28 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种激光无线传能装置及方法
CN108494115A (zh) * 2018-02-13 2018-09-04 中国电子科技集团公司第十研究所 一种激光无线传能装置及方法
CN109094391A (zh) * 2018-06-28 2018-12-28 中国船舶重工集团公司第七〇九研究所 一种适用于无人艇的无线充电方法及装置
WO2022088774A1 (zh) * 2020-11-02 2022-05-05 华为技术有限公司 激光发射装置、激光发射方法和激光无线充电系统
CN114447756A (zh) * 2020-11-02 2022-05-06 华为技术有限公司 激光发射装置、激光发射方法和激光无线充电系统
CN113300491A (zh) * 2021-04-30 2021-08-24 西安电子科技大学 一种可多点接入的激光无线能量传输系统
CN113300491B (zh) * 2021-04-30 2024-04-16 西安电子科技大学 一种可多点接入的激光无线能量传输系统
CN113629897A (zh) * 2021-07-29 2021-11-09 同济大学 一种基于复合腔结构的安全性提升的无线充电系统
CN113629897B (zh) * 2021-07-29 2023-11-24 同济大学 一种基于复合腔结构的安全性提升的无线充电系统
CN114285185A (zh) * 2021-12-01 2022-04-05 国网浙江省电力有限公司温州供电公司 一种远程激光传能装置及扫描对准方法

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