CN108469680A - 一种激光光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光光源，包括：控制器、激光发射器和激光光束调节装置；其中，激光发射器和激光光束调节装置分别与控制器连接；控制器用于控制激光发射器发射出激光光束；且还用于依据激光光源与目标单位之间的激光传输距离控制激光光束调节装置，以改变激光光束的发散角，使激光光束在所述目标单位上的光斑尺寸与目标单位的尺寸相匹配。该激光光源在对运动目标进行能量传输时，可以实时依据所述激光光源与目标单位之间的激光传输距离，调节发射出的激光光束的发散角，以使激光光束在所述目标单位上的光斑尺寸与所述目标单位的尺寸相匹配，能量传输效率稳定。

Description

一种激光光源

技术领域

本发明涉及激光无线传能的激光光源技术领域，更具体地说，尤其涉及一种激光光源。

背景技术

随着科学技术的不断发展，激光设备已广泛应用于人们的日常生活、工作以及工业中，为人们的生活带来了极大的便利，且近年来大功率激光技术和高效率光电转换技术的发展，为激光无线能量传输技术的进一步研究提供了坚实的基础。

激光无限能量传输技术是以大功率激光光束为能量介质，利用光电效应实现能量传输。由于激光光束的发散角度小和能量密度大，可以实现远距离大功率传输，接收设备的尺寸远小于微波传能系统，便于集成到小型设备中，且不产生射频干扰。

其中，大功率半导体激光光源是激光传能系统的关键部件，光束发散角的大小决定激光能量传输的距离。但是，当目标系统(即接收激光能量的系统)是移动目标(例如，无人机或空间航天器等)时，激光光源与目标系统之间的距离一般会发生变化，固定发散角的激光光束在目标系统光电池板上的光斑尺寸和光功率密度会相应地发生变化，会直接导致能量传输效率降低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种激光光源，该激光光源在对运动目标进行能量传输时，可以实时依据所述激光光源与目标单位之间的激光传输距离，调节发射出的激光光束的发散角，以使激光光束在所述目标单位上的光斑尺寸与所述目标单位的尺寸相匹配，能量传输效率稳定。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光光源，所述激光光源包括：控制器、激光发射器和激光光束调节装置；其中，所述激光发射器和所述激光光束调节装置分别与所述控制器连接；

所述控制器用于控制所述激光发射器发射出激光光束；所述控制器还用于依据所述激光光源与目标单位之间的激光传输距离控制所述激光光束调节装置，以改变所述激光光束的发散角，使所述激光光束在所述目标单位上的光斑尺寸与所述目标单位的尺寸相匹配。

优选的，在上述激光光源中，所述激光光源还包括：实时测距装置；

其中，所述实时测距装置与所述控制器连接，用于实时获取所述激光光源与目标单位之间的激光传输距离。

优选的，在上述激光光源中，所述激光光束调节装置包括：扩束透镜和位移台；

其中，所述位移台与所述控制器连接，所述扩束透镜安装在所述位移台上，所述激光发射器与所述扩束透镜位于同一轴线上；

所述控制器依据所述激光传输距离控制所述位移台调节所述扩束透镜与所述激光发生器之间的距离，以改变所述激光光束的发散角，使所述激光光束在所述目标单位上的光斑尺寸与所述目标单位的尺寸相匹配。

优选的，在上述激光光源中，所述位移台为自动化调节电动位移台。

优选的，在上述激光光源中，所述位移台上设置有滑动轨道；

其中，所述扩束透镜安装在所述滑动轨道上，所述控制器控制所述位移台，以驱动所述扩束透镜在所述滑动轨道上进行移动。

优选的，在上述激光光源中，所述激光光源还包括：快慢轴压缩透镜；

其中，所述快慢轴压缩透镜设置于所述激光发射器和所述扩束透镜之间，用于改变激光光束快轴方向和慢轴方向的角度。

优选的，在上述激光光源中，所述激光发射器为半导体激光器。

通过上述描述可知，本发明提供的一种激光光源，包括：控制器、激光发射器和激光光束调节装置；其中，所述激光发射器和所述激光光束调节装置分别与所述控制器连接；所述控制器用于控制所述激光发射器发射出激光光束；所述控制器还用于依据所述激光光源与目标单位之间的激光传输距离控制所述激光光束调节装置，以改变所述激光光束的发散角，使所述激光光束在所述目标单位上的光斑尺寸与所述目标单位的尺寸相匹配。

该激光光源在对运动目标进行能量传输时，可以实时依据所述激光光源与目标单位之间的激光传输距离，调节发射出的激光光束的发散角，以使激光光束在所述目标单位上的光斑尺寸与所述目标单位的尺寸相匹配，能量传输效率稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种激光光源的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种激光光源的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种激光光源的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种激光光源的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种激光光源的结构示意图。

所述激光光源11包括：控制器12、激光发射器13和激光光束调节装置14；其中，所述激光发射器13和所述激光光束调节装置14分别与所述控制器12连接。

所述控制器12用于控制所述激光发射器13发射出激光光束；所述控制器12还用于依据所述激光光源11与目标单位15之间的激光传输距离控制所述激光光束调节装置14，以改变所述激光光束的发散角，使所述激光光束在所述目标单位15上的光斑尺寸与所述目标单位15的尺寸相匹配。

具体的，当该激光光源11开始工作时，控制器12驱动所述激光发射器13发出一定波长和一定功率的激光光束，经过激光光束调节装置14，改变激光光束的发散角，使所述激光光束在所述目标单位15上的光斑尺寸与所述目标单位15的尺寸相匹配。需要说明的是，该激光光源11可以根据激光传输距离范围设计激光发散角的变化范围，以保证该激光光源11满足各种不同的使用场景。

可选的，所述激光发射器13包括但不限定于半导体激光器，在本发明实施例中并不作限定。

进一步的，基于本发明上述实施例，在本发明的另一实施例中，如图2所示，所述激光光源11还包括：实时测距装置16。

其中，所述实时测距装置16与所述控制器12连接，用于实时获取所述激光光源11与目标单位15之间的激光传输距离。

具体的，当所述控制器12驱动所述激光发射器13发出一定波长和一定功率的激光光束时，所述实时测距装置16就开始工作，实时获取激光光源11与目标单位15之间的激光传输距离，即能量传输距离。

进一步的，基于本发明上述实施例，在本发明的另一实施例中，如图3所示，所述激光光束调节装置14包括：扩束透镜17和位移台18。

其中，所述位移台18与所述控制器12连接，所述扩束透镜17安装在所述位移台18上，所述激光发射器13与所述扩束透镜17位于同一轴线上。

所述控制器12依据所述激光传输距离控制所述位移台18调节所述扩束透镜17与所述激光发生器13之间的距离，以改变所述激光光束的发散角，使所述激光光束在所述目标单位15上的光斑尺寸与所述目标单位15的尺寸相匹配。

具体的，当所述控制器12驱动所述激光发射器13发出一定波长和一定功率的激光光束时，所述实时测距装置16就开始工作，实时获取激光光源11与目标单位15之间的激光传输距离，所述控制器12实时依据所述激光传输距离控制所述位移台18调节所述扩束透镜17的位置，从而改变激光光束的发散角，最终保证运动的目标单位15上的光斑尺寸与目标单位15的尺寸相匹配。

需要说明的是，在本领域中，所述目标单位15包括但不限定于光电池板。

可选的，所述位移台18为自动化调节电动位移台，实现一种自动可调节激光发散角的激光光源。

进一步的，基于本发明上述实施例，在本发明的另一实施例中，所述位移台18上设置有滑动轨道。

其中，所述扩束透镜17安装在所述滑动轨道上，所述控制器12控制所述位移台18，以驱动所述扩束透镜17在所述滑动轨道上进行移动。

具体的，所述位移台18上设置有滑动轨道，所述扩束透镜17通过滑动装置固定，再设置在滑动轨道上，使扩束透镜17可以在滑动轨道上进行移动。

进一步的，基于本发明上述实施例，在本发明的另一实施例中，如图4所示，所述激光光源11还包括：快慢轴压缩透镜19。

其中，所述快慢轴压缩透镜19设置于所述激光发射器13和所述扩束透镜17之间，用于改变激光光束快轴方向和慢轴方向的角度。

具体的，当所述控制器12驱动所述激光发射器13发出一定波长和一定功率的激光光束后，该激光光束先经过快慢轴压缩透镜19，改变激光光束快轴方向和慢轴方向的角度，以提高光束质量，再通过激光光束调节装置14调节激光光束的发散角，使所述激光光束在所述目标单位15上的光斑尺寸与所述目标单位15的尺寸相匹配。

基于本发明上述全部实施例，下面以具体实施场景为例进行说明。

实施场景环境：例如，激光传输距离为500米-1000米的使用范围，近似圆形的目标单位光电池板安装在无人机机翼底面，直径大约为30cm。

基于上述实施场景环境，当采用固定发散角的激光光源时，若激光光源与目标单位光电池板之间的距离为500米时，激光光束在目标单位光电池板上的光斑尺寸与目标单位光电池板的尺寸相匹配，那么，当激光光源与目标单位光电池板之间的距离为1000米时，能量密度降低为25％，损失了75％的传输能量；若激光光源与目标单位光电池板之间的距离为1000米时，激光光束在目标单位光电池板上的光斑尺寸与目标单位光电池板的尺寸相匹配，那么，当激光光源与目标单位光电池板之间的距离为500米时，激光光束在目标单位光电池板上的光斑尺寸仅仅为光电池板面积的25％，很容易造成局部过热烧毁，其余75％的光电池板不仅不能产生电能，且成为了耗电的负载。

基于上述实施场景环境，采用本发明实施例提供的激光光源，例如，直径为10cm的扩束透镜和快慢轴压缩透镜共同决定的激光光束发散角的覆盖范围为0.1mrad-0.2mrad。当实时测距装置测量到激光光源与目标单位光电池板的距离为1000米时，控制器通过调节位移台上扩束透镜的位置，以减小激光光束的发散角至0.1mrad，此时，激光光束在目标单位光电池板上的光斑尺寸大约为30cm，基本与目标单位光电池板的尺寸相匹配；当无人机移动后，实时测距装置测量到激光光源与目标单位光电池板的距离为500米时，控制器通过调节位移台上扩束透镜的位置，以增大激光光束的发散角至0.2mrad，此时，激光光束在目标单位光电池板上的光斑尺寸大约为30cm，基本与目标单位光电池板的尺寸相匹配；当无人机在移动过程中，实时测距装置测量到激光光源与目标单位光电池板的距离为500米-1000米之间时，控制器通过调节位移台上扩束透镜的位置，以使激光光束的发散角至0.1mrad-0.2mrad之间的某一个值，此时，激光光束在目标单位光电池板上的光斑尺寸大约为30cm，基本与目标单位光电池板的尺寸相匹配。

通过上述描述可知，本发明提供的一种激光光源在对于运动目标进行能量传输时，可以实时依据所述激光光源与目标单位之间的激光传输距离，调节发射出的激光光束的发散角，以使激光光束在所述目标单位上的光斑尺寸与所述目标单位的尺寸相匹配，能量传输效率稳定。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种激光光源，其特征在于，所述激光光源包括：控制器、激光发射器和激光光束调节装置；其中，所述激光发射器和所述激光光束调节装置分别与所述控制器连接；

所述控制器用于控制所述激光发射器发射出激光光束；所述控制器还用于依据所述激光光源与目标单位之间的激光传输距离控制所述激光光束调节装置，以改变所述激光光束的发散角，使所述激光光束在所述目标单位上的光斑尺寸与所述目标单位的尺寸相匹配。

2.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述激光光源还包括：实时测距装置；

其中，所述实时测距装置与所述控制器连接，用于实时获取所述激光光源与目标单位之间的激光传输距离。

3.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述激光光束调节装置包括：扩束透镜和位移台；

其中，所述位移台与所述控制器连接，所述扩束透镜安装在所述位移台上，所述激光发射器与所述扩束透镜位于同一轴线上；

所述控制器依据所述激光传输距离控制所述位移台调节所述扩束透镜与所述激光发生器之间的距离，以改变所述激光光束的发散角，使所述激光光束在所述目标单位上的光斑尺寸与所述目标单位的尺寸相匹配。

4.根据权利要求3所述的激光光源，其特征在于，所述位移台为自动化调节电动位移台。

5.根据权利要求3所述的激光光源，其特征在于，所述位移台上设置有滑动轨道；

其中，所述扩束透镜安装在所述滑动轨道上，所述控制器控制所述位移台，以驱动所述扩束透镜在所述滑动轨道上进行移动。

6.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述激光光源还包括：快慢轴压缩透镜；

其中，所述快慢轴压缩透镜设置于所述激光发射器和所述扩束透镜之间，用于改变激光光束快轴方向和慢轴方向的角度。

7.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述激光发射器为半导体激光器。