免调试激光器与谐振激光自适应无线传能技术(特邀)

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。

激光无线能量传输发射光学系统研制

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。

激光无线传能关键技术研究现状及发展趋势

无线能量传输(wireless power transfer,WPT)已成为能量传输领域研究的热点,为了深入了解激光无线传能在WPT中的地位和作用,通过分析相关研究领域的最新文献和研究成果,归纳总结出激光无线传能的研究现状和发展趋势;研究结果表明:激光无线传能未来的研究重点主要是如何提高传输功率及传输效率;本文的研究工作,以期为进一步推进激光无线传能的相关研究提供支撑。

激光无线能量传输接收系统二次聚光研究

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。

无线激光传感网络的压缩感知研究

针对当前无线激光传感网络压缩感知过程,一直存在压缩耗时长,性能差的问题,提出新型的无线激光传感网络压缩感知方法。通过主成分分析法,对激光传感网络信息进行降维处理,采用类间可分性的最佳波段选择方法,获取无线激光传感网络信息波段预测序列。通过SAP聚类方法对无线激光传感网络进行聚类,并以灰度共生矩阵为基础,引入灰度转换法,实现对无线激光传感网络进行压缩感知。实验结果表明,改进压缩感知方法运行时间短,整体性能要优于传统法。

一种近场无线激光携能通信系统的研究与设计

介绍了一种综合利用无线激光通信技术、无线激光传能技术设计的无线激光携能通信系统,给出了系统结构和原理,结合光电信号转换、光电能量转换电路,设计了通信、传能一体化的硬件电路和光路结构,能实现近距离无连接、非接触的双向通信、传能,为无连接、无供电条件设备接入提供了分离脱落连接器(又称脱插连接器)之外的解决方案,最后指出系统继续研究发展面临的问题和挑战。