一种激光无线传能装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光无线传能装置及方法，激光无线传能装置包括：光纤激光光源、发射系统和激光电池；所述光纤激光光源，用于将产生的多路单频种子激光合束并输出合束激光；所述发射系统，用于将所述合束激光转变为平行激光并发射；所述激光电池，用于接收所述平行激光，并转化为电能。本发明专利技术输出的合束激光的功率大，满足激光电池的接收要求，而且将合束激光的光斑形状由圆形调整为椭圆形，增大了合束激光与激光电池板的耦合效率。

Laser wireless energy transmitting device and method

The invention discloses a laser wireless energy device and method. The laser wireless energy device comprises a fiber laser light source, a transmitting system and a laser battery; the fiber laser light source is used for combining the generated multi-channel single-frequency seed laser beam and outputting the combined laser beam; the transmitting system is used for transforming the combined laser beam. The laser battery is used for receiving the parallel laser and converting it into electric energy. The combined laser output by the invention has high power, meets the receiving requirements of the laser battery, and adjusts the shape of the combined laser spot from circular to elliptical, thus increasing the coupling efficiency between the combined laser and the laser battery plate.

【技术实现步骤摘要】
一种激光无线传能装置及方法
本专利技术涉及能源传输领域，尤其涉及一种激光无线传能装置及方法。
技术介绍
激光无线传能是长距离无线传能的重要手段之一，将可满足无人机、模块化航天器、空间太阳能电站、在轨维护、星载无线传感网络、深空探测等航天器的无线充电需求。激光无线传能技术的核心器件是激光器和激光电池。发射端的激光器发射出一定波长，一定技术要求的激光束，经发射光学系统准直，通过空间链路发送出去。接收端的激光电池接收到激光，通过高效的光电转换，将输入的光能转换为电能，给用户设备供电。目前，限制激光无线传能技术发展的一个重要因素是激光器的输出功率限制。由于掺杂光纤的非线性效应、光学损伤、热损伤等物理机制的限制，单口径光纤激光器的输出功率有限，输出功率通常在3kW以下。为了实现高能激光输出需要采用多路合成技术。限制激光无线传能技术发展的另一个重要因素受限于激光与激光电池的耦合效率。由于目前常用的激光器发出的激光束光斑形状均为圆形，其形状仅适合边长相等的正方形激光电池板。而对于大多数实际实用的矩形激光电池板而言，耦合效率很低。
技术实现思路
本专利技术提供一种激光无线传能装置及方法，用以解决现有技术中激光器的输出功率有限、激光与激光电池的耦合效率低的问题。依据本专利技术的一个方面，提供一种激光无线传能装置，包括：光纤激光光源、发射系统和激光电池；所述光纤激光光源，用于将产生的多路单频种子激光合束并输出合束激光；所述发射系统，用于将所述合束激光转变为平行激光并发射；所述激光电池，用于接收所述平行激光，并转化为电能。可选的，所述光纤激光光源包括多路单频激光种子源、光纤并束器、光纤分束器、多路光纤放大器、光谱合束器；所述多路单频激光种子源，用于产生所述多路单频种子激光；所述光纤并束器，用于将所述多路单频种子激光并束为并束激光；所述光纤分束器，用于将所述并束激光拆分为多束分束激光；所述多路光纤放大器，用于分别放大所述多束分束激光的功率；所述光谱合束器，用于将功率放大后的所述多束分束激光合束并输出合束激光。可选的，所述光纤激光光源还包括光谱展宽器，用于在所述光纤分束器将所述并束激光拆分为多束分束激光前，所述光谱展宽器将所述并束激光的光谱展宽至预设的光谱宽度。可选的，所述光谱展宽器包括射频信号发生器、增益可调放大器及光纤相位调制器；所述射频信号发生器发出的信号经过增益可调放大器放大后，驱动光纤相位调制器对所述并束激光的光谱展宽至预设的所述光谱宽度后发送至所述光纤分束器。可选的，所述光纤激光光源还包括多个输出端头；所述多个输出端头与所述多路光纤放大器一一对应设置，每个所述输出端头输出对应的光纤放大器放大功率后的所述分束激光，并将所述分束激光发送至所述光谱合束器。可选的，所述激光电池为矩形电池板；所述光谱宽度根据所述矩形电池板的形状及所述输出端头出口处光纤的数值孔径获得。可选的，所述光谱合束器为金属膜光栅，所述金属膜光栅根据所述光谱宽度，将功率放大后的所述多束分束激光合束并输出合束激光时，将所述合束激光的光斑形状由圆形调节成椭圆形。依据本专利技术的另一个方面，提供一种利用所述激光无线传能装置进行激光无线传能的方法，包括：光纤激光光源将产生的多路单频种子激光合束输出合束并输出合束激光；发射系统将所述合束激光转变为平行激光；激光电池接收所述平行激光，并转化为电能。可选的，所述光纤激光光源将产生的多路单频种子激光合束输出合束并输出合束激光包括：所述多路单频激光种子源产生所述多路单频种子激光；所述光纤并束器将所述多路单频种子激光并束为并束激光；所述光纤分束器将所述并束激光拆分为多束分束激光；所述多路光纤放大器，用于分别放大所述多束分束激光的功率；所述光谱合束器，用于将功率放大后的所述多束分束激光合束并输出合束激光。可选的，所述方法还包括：在所述光纤分束器将所述并束激光拆分为多束分束激光前，所述光谱展宽器将所述并束激光的光谱展宽至预设的光谱宽度；所述光谱合束器根据所述光谱宽度，将功率放大后的所述多束分束激光合束并输出合束激光时，将所述合束激光的光斑形状由圆形调节成椭圆形。本专利技术的有益效果为：输出的合束激光的功率大，满足激光电池的接收要求，而且将合束激光的光斑形状由圆形调整为椭圆形，增大了合束激光与激光电池板的耦合效率。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术一具体实施例激光无线传能装置的结构示意图。图2为本专利技术第五实施例中光纤激光光源的结构示意图。图3为本专利技术第五实施例中光纤并束器的结构示意图。图4为本专利技术第一至第六实施例中的光谱展宽器的结构示意图。图5为本专利技术第五实施例中光纤分束器的结构示意图。图6为本专利技术第一至第六实施例中光纤放大器的结构示意图。图7为本专利技术第六实施例中光纤激光光源的结构示意图。图8为本专利技术第六实施例中的光纤并束器的结构示意图。图9为本专利技术第六实施例中的光纤分束器的结构示意图。图中：01为光纤激光光源，02为发射系统，03为激光电池；4-1为第一单频激光种子源；4-2为第二单频激光种子源；……4-n为第n单频激光种子源；5为光纤并束器；11-1为第一并束光纤环形器；11-2为第二并束光纤环形器；……11-(n-1)为第(n-1)并束光纤环形器；12-1为第一并束光纤布拉格光栅；12-2为第二并束光纤布拉格光栅；……12-(n-1)为第(n-1)并束光纤布拉格光栅；6为光谱展宽器；13为射频信号发生器；14为增益可调放大器；15为光纤相位调制器；7为光纤分束器；16-1为第一分束光纤环形器；16-2为第二分束光纤环形器；……16-n为第n分束光纤环形器；17-1为第一分束光纤布拉格光栅；17-2为第二分束光纤布拉格光栅；……17-n为第n分束光纤布拉格光栅；8-1为第一光纤放大器；8-2为第二光纤放大器；8-n为第n光纤放大器；18-1为光纤泵浦光源；19-1为泵浦耦合器；20-1为增益光纤；21-1为光纤隔离器；9-1为第一输出端头；9-2为第二输出端头；9-n为第n输出端头；10为光谱合束器。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。请参见图1，在本专利技术的第一实施例中，提供的激光无线传能装置，包括：光纤激光光源01、发射系统02和激光电池03；所述光纤激光光源01，用于将产生的多路单频种子激光合束并输出合束激光；所述发射系统02，用于将所述合束激光转变为平行激光并发射；所述激光电池03，用于接收所述平行激光，并转化为电能。可选的，所述光纤激光光源01包括多路单频激光种子源、光纤并束器5、光纤分束器7、多路光纤放大器、光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光无线传能装置，其特征在于，包括：光纤激光光源、发射系统和激光电池；所述光纤激光光源，用于将产生的多路单频种子激光合束并输出合束激光；所述发射系统，用于将所述合束激光转变为平行激光并发射；所述激光电池，用于接收所述平行激光，并转化为电能。

【技术特征摘要】
1.一种激光无线传能装置，其特征在于，包括：光纤激光光源、发射系统和激光电池；所述光纤激光光源，用于将产生的多路单频种子激光合束并输出合束激光；所述发射系统，用于将所述合束激光转变为平行激光并发射；所述激光电池，用于接收所述平行激光，并转化为电能。2.如权利要求1所述的激光无线传能装置，其特征在于，所述光纤激光光源包括多路单频激光种子源、光纤并束器、光纤分束器、多路光纤放大器、光谱合束器；所述多路单频激光种子源，用于产生所述多路单频种子激光；所述光纤并束器，用于将所述多路单频种子激光并束为并束激光；所述光纤分束器，用于将所述并束激光拆分为多束分束激光；所述多路光纤放大器，用于分别放大所述多束分束激光的功率；所述光谱合束器，用于将功率放大后的所述多束分束激光合束并输出合束激光。3.如权利要求2所述的激光无线传能装置，其特征在于，所述光纤激光光源还包括光谱展宽器，用于在所述光纤分束器将所述并束激光拆分为多束分束激光前，将所述并束激光的光谱展宽至预设的光谱宽度。4.如权利要求3所述的激光无线传能装置，其特征在于，所述光谱展宽器包括射频信号发生器、增益可调放大器及光纤相位调制器；所述射频信号发生器发出的信号经过增益可调放大器放大后，驱动光纤相位调制器对所述并束激光的光谱展宽至预设的所述光谱宽度后发送至所述光纤分束器。5.如权利要求2所述的激光无线传能装置，其特征在于，所述光纤激光光源还包括多个输出端头；所述多个输出端头与所述多路光纤放大器一一对应设置，每个所述输出端头输出对应的光纤放大器放大功率后的所述分束激光，并将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昆，李尧，张浩彬，张利明，朱辰，张大勇，赵鸿，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11