CN108649714B - 一种激光无线能量传输装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光无线能量传输装置及方法，所述装置包括：多个不同波长的用于发射激光的激光器；设置在激光器光路上，用于分别将激光器发出的激光束转变成符合激光无线能量传输需要的激光光斑形状的多个发射装置；设置在激光器光路上且在发射装置前方，用于分别将发射装置发射的激光进行接收并输入到功率球光伏接收器的多个接收装置；分别与多个接收装置连接，用于吸收不同波段范围光辐射的功率球光伏接收器；与功率球光伏接收器连接，用于控制输出电压的电能管理模块；功率球光伏接收器将激光信号转化成电信号，电信号通过电能管理模块进行稳压控制后实现负载的远程无线充电；本发明保证了无线传输装置能够稳定、高效的输出高功率电能。

Description

一种激光无线能量传输装置及方法

技术领域

本发明涉及无线能量传输技术领域，尤其涉及一种激光无线能量传输装置及方法。

背景技术

激光无线能量传输是指利用激光束和光伏电池的光电转换实现远距离、无线充电的技术，可应用于无人机续航和便携式电器充电等领域；该技术关键在于高亮度激光辐照下通过高效、稳定的光电转换获得高功率的电功率输出。

目前来看，光伏电池的转换效率存在着理论上限，就目前光伏电池材料而言，单个P-N结构的电池都不能突破40%的理论上限，多结光伏电池是提高转化效率一种最直接的方法，对于任何单一半导体材料，其光电响应光谱范围都是相当窄小，只能将光谱中一定范围的光能有效地转换成电能，从根本上制约了效率的提高。因此，为提高对光的利用效率，将具有不同禁带宽度的半导体材料组合起来，分别吸收不同波长范围的入射光，顶层电池的能带最高，往下依次减少，这样能量高的光子被上面能带高的电池吸收，而能量低的光子则能透过上面的电池而被下面能带低的电池吸收，从而有效地提高了光伏电池的效率。

但是，激光呈现非均匀的高斯分布，对于常见的多光伏电池串并联的平板光伏接收器来说，在激光照射下每个光伏电池收到的光照强度不同，存在着失配损耗，输出功率低的问题，限制了激光无线能量技术的发展。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术缺陷，本发明提供一种激光无线能量传输装置及方法，旨在通过采用多个不同波长的激光器照射由一定数量多结光伏电池构成的功率球光伏接收器，便于多个波长的光子能够高效的被光伏电池吸收，保证无线传输装置能够稳定、高效的输出高功率电能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种激光无线能量传输装置，其中，所述激光无线能量传输装置包括：

多个不同波长的用于发射激光的激光器；

设置在所述激光器光路上，用于分别将所述激光器发出的激光束转变成符合激光无线能量传输需要的激光光斑形状的多个发射装置；

设置在所述激光器光路上且在所述发射装置前方，用于分别将所述发射装置发射的激光进行接收并输入到功率球光伏接收器的多个接收装置；

分别与多个所述接收装置连接，用于吸收不同波段范围光辐射的功率球光伏接收器；

与所述功率球光伏接收器连接，用于控制输出电压的电能管理模块；

所述功率球光伏接收器将激光信号转化成电信号，电信号通过所述电能管理模块进行稳压控制后实现负载的远程无线充电。

所述的激光无线能量传输装置，其中，所述激光器包括第一激光器、第二激光器以及第三激光器；

所述第一激光器波长为808nm，其波长和(In)GaAs材料的光伏电池带隙宽度相匹配，所述第一激光器为半导体激光器；

所述第二激光器波长为532nm，其波长和GaInP材料的带隙宽度相匹配，所述第二激光器为固体倍频激光器；

所述第三激光器波长为980nm，波长和Ge材料的光伏电池带隙宽度相匹配，所述第三激光器为半导体激光器。

所述的激光无线能量传输装置，其中，所述发射装置包括第一发射装置、第二发射装置以及第三发射装置；所述第一发射装置、第二发射装置以及第三发射装置均为伽利略式多倍扩束镜，所述伽利略式多倍扩束镜由一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜组成，凹透镜用于将虚焦点光束传输给凸透镜。

所述的激光无线能量传输装置，其中，所述第一发射装置的凹透镜和凸透镜上分别镀有808nm的增透膜；所述第二发射装置的凹透镜和凸透镜上分别镀有532nm的增透膜；所述第三发射装置的凹透镜和凸透镜上分别镀有980nm的增透膜。

所述的激光无线能量传输装置，其中，所述发射装置包括第一发射装置、第二发射装置以及第三发射装置；所述第一发射装置、第二发射装置以及第三发射装置分别用于对第一激光器、第二激光器以及第三激光器发射的激光进行准直，减小激光束的发散角，调整激光光斑尺寸，控制传输的激光全部进入所述功率球光伏接收器。

所述的激光无线能量传输装置，其中，所述接收装置包括第一接收装置、第二接收装置以及第三接收装置；所述接收装置均为圆锥形结构，所述圆锥形结构朝向发射装置的一面为接收端面，背离发射装置的一面为输入端面，所述接收端面的直径大于所述输入端面的直径，连接接收端面和输入端面的均为侧面；

所述第一接收装置、第二接收装置以及第三接收装置的侧面上分别镀有808nm、532nm以及980nm的高反膜。

所述的激光无线能量传输装置，其中，所述功率球光伏接收器由一定数量的多结砷化镓电池组合成的球形结构光伏接收器。

一种基于所述激光无线能量传输装置的激光无线能量传输方法，其中，所述激光无线能量传输方法包括如下步骤：

不同波长的多个激光器分别发出不同波长的激光束到多个发射装置；

发射装置将接收到的激光束转变成符合激光无线能量传输需要的激光光斑形状并分别发射到多个接收装置；

功率球光伏接收器吸收多个接收装置的不同波段范围的光辐射，并将激光信号转化成电信号；

功率球光伏接收器将电信号发送到电能管理模块，电能管理模块将电信号进行稳压控制后实现负载的远程无线充电。

所述的激光无线能量传输方法，其中，当入射激光进入所述功率球光伏接收器的内部空心球体后，以一定的角度照射到内壁上某一位置时，一部分光子被电池吸收，光子的能量传递给电池材料的原子，使电子发生了跃迁形成了电位差，产生输出功率；

剩余激光则在内壁上发生反射，使得激光传播方向发生改变，照射到空心球体另一内壁位置上，再一次发生吸收和反射两个过程，经过不断吸收和反射，将入射激光在光伏电池表面进行重复利用。

所述的激光无线能量传输方法，其中，所述功率球光伏接收器采用GaInP/(In)GaAs/Ge构成的三结光伏电池，所述三结光伏电池包括三个子电池层叠构成，每层吸收不同波长的激光；

其中，GaInP顶层子电池吸收532nm的光子，能量小于顶层电池禁带宽度的剩余光子则穿过顶层电池到达(In)GaAs中间层子电池，(In)GaAs中间层子电池吸收808nm的光子，Ge底层子电池吸收980nm光子；

吸收相应光子能量的子电池产生光生载流子，从而输出电流。

本发明公开了一种激光无线能量传输装置及方法，所述装置包括：多个不同波长的用于发射激光的激光器；设置在所述激光器光路上，用于分别将所述激光器发出的激光束转变成符合激光无线能量传输需要的激光光斑形状的多个发射装置；设置在所述激光器光路上且在所述发射装置前方，用于分别将所述发射装置发射的激光进行接收并输入到功率球光伏接收器的多个接收装置；分别与多个所述接收装置连接，用于吸收不同波段范围光辐射的功率球光伏接收器；与所述功率球光伏接收器连接，用于控制输出电压的电能管理模块；所述功率球光伏接收器将激光信号转化成电信号，电信号通过所述电能管理模块进行稳压控制后实现负载的远程无线充电；本发明通过采用多个不同波长的激光器照射由一定数量多结光伏电池构成的功率球光伏接收器，便于多个波长的光子能够高效的被光伏电池吸收，保证无线传输装置能够稳定、高效的输出高功率电能。

附图说明

图1是本发明激光无线能量传输装置的较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明激光无线能量传输方法的较佳实施例的流程示意图；

第一激光器11、第二激光器12，第三激光器13，第一发射装置21、第二发射装置22，第三发射装23，第一接收装置31，第二接收装32，第三接收装置33，功率球光伏接收器40，电能管理模块50。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明较佳实施例所述的激光无线能量传输装置，包括：多个不同波长的用于发射激光的激光器；设置在所述激光器光路上，用于分别将所述激光器发出的激光束转变成符合激光无线能量传输需要的激光光斑形状的多个发射装置；设置在所述激光器光路上且在所述发射装置前方，用于分别将所述发射装置发射的激光进行接收并输入到功率球光伏接收器的多个接收装置；分别与多个所述接收装置连接，用于吸收不同波段范围光辐射的功率球光伏接收器；与所述功率球光伏接收器连接，用于控制输出电压的电能管理模块；所述功率球光伏接收器将激光信号转化成电信号，电信号通过所述电能管理模块进行稳压控制后实现负载的远程无线充电。

具体地，如图1所示，所述激光无线能量传输装置包括（本发明实施例优选以三组为例，其他多组也可）：

用于提高电池光电转换效率的第一激光器11，用于提高光伏电池对光的吸收率的第二激光器12，用于提高电池光电转换效率第三激光器13；用于分别将所述第一激光器11、第二激光器12以及第三激光器13发出的激光束转变成符合激光无线能量传输需要的激光光斑形状的第一发射装置21、第二发射装置22以及第三发射装置23；用于分别将所述第一发射装置21、第二发射装置22以及第三发射装置23发射的激光进行接收并输入到功率球光伏接收器40的第一接收装置31、第二接收装置32以及第三接收装置33；分别与所述第一接收装置31、第二接收装置32以及第三接收装置33连接，用于吸收不同波段范围光辐射的功率球光伏接收器40；与所述功率球光伏接收器40连接，用于降低受到照射光强较高的光伏电池单元输出电压以及升高照射光强不足的光伏电池单元输出电压的电能管理模块50；所述功率球光伏接收器40将激光信号转化成电信号，电信号通过所述电能管理模块50进行稳压控制后实现负载的远程无线充电。

具体地，所述第一激光器波11长为808nm，其波长和(In)GaAs材料的光伏电池带隙宽度相匹配，所述第一激光器11为半导体激光器；所述第二激光器12波长为532nm，其波长和GaInP材料的带隙宽度相匹配，可大幅的提高电池光电转换效率；所述第二激光器12为固体倍频激光器（即固体激光器，用固体激光材料作为工作物质的激光器，工作介质是在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激活离子），可以提高光伏电池对光的吸收率；所述第三激光器13波长为980nm，波长和Ge材料的光伏电池带隙宽度相匹配，所述第三激光器为半导体激光器，具有高的光电转换效率。

采用半导体激光器或者固体激光器，具有功率高、成本低、重量轻、运转可靠、耗电少、效率高、体积小，便携性好等优点。

本发明采用多个波长的激光器，可减少单激光器的功率需求，降低激光器的性能指标，这样就降低了激光器的制造成本；同时低功率激光的照射下热损耗的能量比高功率激光照射低，这样多层电池热损耗总和将小于使用高功率单激光器的热损耗量，进而提高系统的光电转换效率，增加了整个激光无线能量传输装置的总输出功率。

具体地，所述第一发射装置21、第二发射装置22以及第三发射装置23为伽利略式多倍扩束镜，所述伽利略式多倍扩束镜由一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜组成，凹透镜用于将虚焦点光束传输给凸透镜。其中，所述第一发射装置21的凹透镜和凸透镜上分别镀有808nm的增透膜；所述第二发射装置22的凹透镜和凸透镜上分别镀有532nm的增透膜；所述第三发射装置23的凹透镜和凸透镜上分别镀有980nm的增透膜；通过镀有增透膜用于增加激光的透光率。

进一步地，所述第一发射装置21、第二发射装置22以及第三发射装置23分别用于对第一激光器11、第二激光器12以及第三激光器13发射的激光进行准直，减小激光束的发散角，调整激光光斑尺寸，控制传输的激光全部进入所述功率球光伏接收器40。

具体地，所述第一接收装置31、第二接收装置32以及第三接收装置33为圆锥形结构，所述圆锥形结构朝向发射装置（例如第一接收装置31朝向第一发射装置21的那面）的一面为接收端面，背离发射装置（例如第一接收装置31背离第一发射装置21的那面）的一面为输入端面，所述接收端面的直径大于所述输入端面的直径，连接接收端面和输入端面的均为侧面，接收装置侧面全反射结构保证接收到的激光能全部从输入端面（小端面）输出口注入功率球中。

所述接收端面的接收面积大从而能接收的激光多，发射装置易于对准接收端面，解决功率球开口小的限制问题，减少对激光发射装置的跟踪精度要求。

进一步地，所述第一接收装置31、第二接收装置32以及第三接收装置33的侧面上分别镀有808nm、532nm以及980nm的高反膜，入射激光经过侧面反射后，全部通过所述输入端面输出口注入功率球光伏接收器40，所述输入端面的小端口设计目的是能减少非光伏电池占用有限的接收空间，增加功率球光伏接收器40的接收面积，提高传输电压，减少其他因素占用有限的接收空间。

具体地，所述功率球光伏接收器40是由一定数量的多结砷化镓电池组合成的球形结构光伏接收器，多结砷化镓电池可吸收较宽波段范围内的光，因此转换效率也相对较高，主要在于多结砷化镓电池是将多种不同禁带宽度的半导体材料叠在一起，相当于将多个子电池串联起来，不同子电池吸收不同波段范围的光辐射。

采用多结光伏电池组成功率球光伏接收器40（光伏接收器），多结光伏电池可将多种不同禁带宽度的半导体材料叠在一起，形成多个子电池串联效果，不同子电池吸收不同波段范围的光辐射，从而增加高光吸收率的波段范围，进而提高光电转换效率。

入射激光进入所述功率球光伏接收器40的内部空心球体里，以一定的角度照射到内壁上某一位置时，一部分光子被电池吸收，光子的能量传递给了电池材料的原子，使电子发生了跃迁形成了电位差，产生一定的输出功率。剩余激光则在该处内壁上发生反射，使得激光传播方向发生改变，照射到空心球体另一内壁位置上，再一次发生吸收和反射两个过程，以此类推不断吸收和反射，相当于将入射激光“囚禁”在相对密闭的空腔内，实现入射激光在光伏电池表面的重复利用，提高整体的效率。同时不同角度的入射光和反射光照射到内壁上的不同位置，形成许多二次光源，达到光积分的效果，实现激光能量的均匀分布，解决了激光能量分布不均匀导致的光生电流、电压大小不同，从而造成传输能量损失和电能输出效率低下等问题；所述功率球光伏接收器40具有结构简单、性能稳定，经久耐用、利用率高、匀光效果理想等优点。

也就是说，不同角度的入射光和反射光照射到所述功率球光伏接收器40的内壁上的不同位置，从而在空心球体内壁上的每个点都将得到来自激光光源的不同角度光照射，每一点的光强分布是由很多光线之和构成，亦即空心球体内壁上每一点的光强为来自激光的不同角度光的积分，达到光积分的效果，极大的破坏了原来激光光源的干涉作用，实现激光能量的均匀分布；解决了激光能量分布不均匀导致的光生电流、电压大小不同，从而导致传输能量损失和电能输出效率低下等问题。

例如，功率球光伏接收器40中可采用GaInP/(In)GaAs/Ge（还可以是GaInP2/GaAs/Ge等材料构成）构成的三结光伏电池，该种电池包括三个子电池层叠构成，每层可以吸收不同波长的光，其中顶层电池（GaInP）吸收能量较高的532nm入射光，能量小于顶层电池禁带宽度的剩余光子则穿过顶层电池到达中间层电池（(In)GaAs），在此区域能量次高的808nm光子被吸收，能量更小的980nm光子则在进入到电池底层（Ge）后被Ge基底电池吸收，吸收了相应光子能量的子电池会产生光生载流子，从而输出电流。

其中，其顶层、中层和底层的带隙宽度分别和532nm、808nm和980nm波长正好匹配，具有很高的光电转换效率；一部分光照射到pn结上时，产生电子―空穴对，在半导体内部结附件生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内建电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的电子，p区没有过剩的空穴，它们在pn结附近形成与势垒方向相反的光生电场；剩余激光则在该处内壁上发生反射，使得激光传播方向发生改变，照射到空心球体另一内壁位置上，再一次发生吸收和反射两个过程，以此类推不断吸收和反射，相当于将入射激光“囚禁”在相对密闭的空腔内，实现入射激光在光伏电池表面的重复利用，提高整体的效率；同时不同角度的入射光和反射光照射到内壁上的不同位置，形成许多二次光源，达到光积分的效果，实现激光能量的均匀分布；解决了激光能量分布不均匀导致的光生电流、电压大小不同，从而造成传输能量损失和电能输出效率低下等问题。

当然，所述功率球光伏接收器40也可采用四结或者更高结的光伏电池，进而采用的激光器及其波长数量相应增加，也就是说，激光器、发射装置、接收装置可以相应的设置为多对，但每台激光器的功率降低，热损耗明显减少，光电转换效率进一步增加，系统输出功率得到提高。

具体地，电能管理模块50包括电压稳定系统和控制系统，具有体积小、功率密度大、效率高、可靠性高、电路结构简单、功能完善等特点；用于降低受到照射光强较高的光伏电池单元输出电压，以及升高照射光强不足的光伏电池单元输出电压，从而降低两者之间的输出电压差值，提高光伏接收器的输出效率；采用超小型升/降压控制器芯片，输入0.9V-5V任意直流电压，可获得稳定直流电压输出。

进一步地，功率球光伏接收器40将激光信号转化成电信号，电信号通过电能管理模块50的稳压控制后，实现负载的远程无线充电。

本发明采用激光无线充电的方式，具有传输距离远、传输效率高、接收装置小、充电速度快且效率高等特点，所述装置传输效率随传输距离的衰减很小，10米以内激光传输的能量损失小于1%。

相应地，在基于本发明的激光无线能量传输装置的基础上，请参阅图2（基于前面的图1），本发明还提供了一种激光无线能量传输方法，所述激光无线能量传输方法包括如下步骤：

步骤S10，不同波长的多个激光器分别发出不同波长的激光束到多个发射装置（例如不同波长的第一激光器、第二激光器以及第三激光器分别发出的激光束到第一发射装置、第二发射装置以及第三发射装置）；

步骤S20，发射装置将接收到的激光束转变成符合激光无线能量传输需要的激光光斑形状并分别发射到多个接收装置（例如第一发射装置、第二发射装置以及第三发射装置将接收到的激光束转变成符合激光无线能量传输需要的激光光斑形状并分别发射到第一接收装置、第二接收装置以及第三接收装置）；

步骤S30，功率球光伏接收器吸收多个接收装置的不同波段范围的光辐射，并将激光信号转化成电信号（功率球光伏接收器吸收第一接收装置、第二接收装置以及第三接收装置的不同波段范围的光辐射，并将激光信号转化成电信号）；

步骤S40，功率球光伏接收器将电信号发送到电能管理模块，电能管理模块将电信号进行稳压控制后实现负载的远程无线充电。

其中，当入射激光进入所述功率球光伏接收器的内部空心球体后，以一定的角度照射到内壁上某一位置时，一部分光子被电池吸收，光子的能量传递给电池材料的原子，使电子发生了跃迁形成了电位差，产生输出功率；剩余激光则在内壁上发生反射，使得激光传播方向发生改变，照射到空心球体另一内壁位置上，再一次发生吸收和反射两个过程，经过不断吸收和反射，将入射激光在光伏电池表面进行重复利用。

进一步地，当所述功率球光伏接收器采用GaInP/(In)GaAs/Ge构成的三结光伏电池，所述三结光伏电池包括三个子电池层叠构成，每层吸收不同波长的激光；其中，GaInP顶层子电池吸收532nm的光子，能量小于顶层电池禁带宽度的剩余光子则穿过顶层电池到达(In)GaAs中间层子电池，(In)GaAs中间层子电池吸收808nm的光子，Ge底层子电池吸收980nm光子；吸收相应光子能量的子电池产生光生载流子，从而输出电流。

本发明提供了一种激光无线能量传输装置及方法，所述装置包括：多个不同波长的用于发射激光的激光器；设置在所述激光器光路上，用于分别将所述激光器发出的激光束转变成符合激光无线能量传输需要的激光光斑形状的多个发射装置；设置在所述激光器光路上且在所述发射装置前方，用于分别将所述发射装置发射的激光进行接收并输入到功率球光伏接收器的多个接收装置；分别与多个所述接收装置连接，用于吸收不同波段范围光辐射的功率球光伏接收器；与所述功率球光伏接收器连接，用于控制输出电压的电能管理模块；所述功率球光伏接收器将激光信号转化成电信号，电信号通过所述电能管理模块进行稳压控制后实现负载的远程无线充电；本发明通过采用多个不同波长的激光器照射由一定数量多结光伏电池构成的功率球光伏接收器，便于多个波长的光子能够高效的被光伏电池吸收，保证无线传输装置能够稳定、高效的输出高功率电能。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种激光无线能量传输装置，其特征在于，所述激光无线能量传输装置包括：

多个不同波长的用于发射激光的激光器；

所述激光器包括第一激光器、第二激光器以及第三激光器；

所述第一激光器波长为808nm，其波长和(In)GaAs材料的光伏电池带隙宽度相匹配，所述第一激光器为半导体激光器；

所述第二激光器波长为532nm，其波长和GaInP材料的带隙宽度相匹配，所述第二激光器为固体倍频激光器；

所述第三激光器波长为980nm，波长和Ge材料的光伏电池带隙宽度相匹配，所述第三激光器为半导体激光器；

通过采用多个波长的激光器减少激光器的功率需求，并减少热损耗量，低功率激光的照射下热损耗的能量比高功率激光照射低，使多层电池热损耗总和小于使用高功率单激光器的热损耗量，进而提高系统的光电转换效率，增加激光无线能量传输装置的总输出功率；

设置在所述激光器光路上，用于分别将所述激光器发出的激光束转变成符合激光无线能量传输需要的激光光斑形状的多个发射装置；

设置在所述激光器光路上且在所述发射装置前方，用于分别将所述发射装置发射的激光进行接收并输入到功率球光伏接收器的多个接收装置；

分别与多个所述接收装置连接，用于吸收不同波段范围光辐射的功率球光伏接收器；

与所述功率球光伏接收器连接，用于控制输出电压的电能管理模块；

所述发射装置包括第一发射装置、第二发射装置以及第三发射装置；所述第一发射装置、第二发射装置以及第三发射装置均为伽利略式多倍扩束镜，所述伽利略式多倍扩束镜由一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜组成，凹透镜用于将虚焦点光束传输给凸透镜；

所述第一发射装置、第二发射装置以及第三发射装置分别用于对第一激光器、第二激光器以及第三激光器发射的激光进行准直，减小激光束的发散角，调整激光光斑尺寸，控制传输的激光全部进入所述功率球光伏接收器；

所述接收装置包括第一接收装置、第二接收装置以及第三接收装置；所述接收装置均为圆锥形结构，所述圆锥形结构朝向发射装置的一面为接收端面，背离发射装置的一面为输入端面，所述接收端面的直径大于所述输入端面的直径，连接接收端面和输入端面的均为侧面；

所述接收端面为大面积设置以接收激光，并使发射装置易于对准接收端面，减少功率球开口小的限制，减少对激光发射装置的跟踪精度要求；

所述功率球光伏接收器将激光信号转化成电信号，电信号通过所述电能管理模块进行稳压控制后实现负载的远程无线充电。

2.根据权利要求1所述的激光无线能量传输装置，其特征在于，所述第一发射装置的凹透镜和凸透镜上分别镀有808nm的增透膜；所述第二发射装置的凹透镜和凸透镜上分别镀有532nm的增透膜；所述第三发射装置的凹透镜和凸透镜上分别镀有980nm的增透膜。

3.根据权利要求1所述的激光无线能量传输装置，其特征在于，所述第一接收装置、第二接收装置以及第三接收装置的侧面上分别镀有808nm、532nm以及980nm的高反膜。

4.根据权利要求1所述的激光无线能量传输装置，其特征在于，所述功率球光伏接收器由一定数量的多结砷化镓电池组合成的球形结构光伏接收器。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述激光无线能量传输装置的激光无线能量传输方法，其特征在于，所述激光无线能量传输方法包括如下步骤：

不同波长的多个激光器分别发出不同波长的激光束到多个发射装置；

发射装置将接收到的激光束转变成符合激光无线能量传输需要的激光光斑形状并分别发射到多个接收装置；

功率球光伏接收器吸收多个接收装置的不同波段范围的光辐射，并将激光信号转化成电信号；

功率球光伏接收器将电信号发送到电能管理模块，电能管理模块将电信号进行稳压控制后实现负载的远程无线充电。

6.根据权利要求5所述的激光无线能量传输方法，其特征在于，当入射激光进入所述功率球光伏接收器的内部空心球体后，以一定的角度照射到内壁上某一位置时，一部分光子被电池吸收，光子的能量传递给电池材料的原子，使电子发生了跃迁形成了电位差，产生输出功率；

剩余激光则在内壁上发生反射，使得激光传播方向发生改变，照射到空心球体另一内壁位置上，再一次发生吸收和反射两个过程，经过不断吸收和反射，将入射激光在光伏电池表面进行重复利用。

7.根据权利要求6所述的激光无线能量传输方法，其特征在于，所述功率球光伏接收器采用GaInP/(In)GaAs/Ge构成的三结光伏电池，所述三结光伏电池包括三个子电池层叠构成，每层吸收不同波长的激光；

其中，GaInP顶层子电池吸收532nm的光子，能量小于顶层电池禁带宽度的剩余光子则穿过顶层电池到达(In)GaAs中间层子电池，(In)GaAs中间层子电池吸收808nm的光子，Ge底层子电池吸收980nm光子；

吸收相应光子能量的子电池产生光生载流子，从而输出电流。