高效率远距离激光无线能量传输方案设计

为了提高激光传能的电到电转化效率,文章设计了一种激光传能系统,采用相位阵列提高光束接收端光强分布的均匀度同时提高激光发射端与光束接收端之间的瞄准精度,优化了光电池排列设计,增大了光电池对激光束的接收效率及光电转换效率,从而提高了激光传能的电到电转换效率。     

激光辐照条件下光电电池温度特性的实验研究

激光输能具有广阔应用前景,而光电电池是激光输能技术中实现光-电转换的核心部件。文章围绕温度对光电电池输出性能的影响,通过建立电池输出性能实验测试系统,研究了一定激光功率密度下砷化镓电池和硅电池在不同温度下的伏安特性,以及开路电压、短路电流、最大输出功率、匹配负载、转换效率、填充因子随电池温度的变化规律,并给出其定量表达式,可为激光输能条件下光电电池的选择以及光电电池温度特性预测提供参考。     

激光无线能量传输接收装置研究

通过对激光无线能量传输过程中影响接收装置效率的因素进行分析,结合光电池最优布局和最大功率跟踪技术,提出一种高转换效率的激光无线能量传输接收装置,实现接收装置转换效率不受负载阻抗的影响,研制出转换效率高达29.6%的激光无线能量接收装置。     

基于阳光泵浦激光技术的空间光通信研究综述

对基于太阳光泵浦激光技术的空间光通信研究进行了综述。介绍了太阳光泵浦激光技术在空间光通信领域的研究进展，总结了不同类型太阳光泵浦激光技术在系统设计中存在的优缺点。对于太阳光泵浦激光技术，较高能量转换效率潜力是其空间应用的重要优势，详述了太阳光泵浦激光技术中主要的能量转换环节及其影响因素等问题。为提高空间“太阳光-激光”转换效率，提出了一种太阳光泵浦光纤激光技术的设计方法，论述了其研究进展、应用前景及目前存在的问题。最后，结合该设计方法的仿真结果及效能预期提出未来重点研究的几个方向，如高效率太阳光会聚至光纤、多稀土离子掺杂增益光纤等。     

模块航天器间激光无线能量传输系统方案设想

模块化航天器是未来航天器发展的重要方向,模块航天器之间的能量传输是实现模块化功能应用的关键技术。文章针对模块化航天器系统能量分配需求,对无线激光能量传输技术进行了研究。阐述了无线激光能量传输系统的功能组成,建立了系统框架模型,分析了系统的关键技术,并对系统各组成模块进行了初步设计。在此基础上对激光传能系统进行了试验验证,获得了理想的光电转换效率。文章的研究成果可为我国模块航天器的发展提供技术支持。     

空间激光通信系统光电器件辐射效应研究

针对空间激光通信系统所用高速半导体激光器、光电探测器、掺铒光纤放大器(EDFA)、石英光纤等关键器件,开展电子、质子和γ射线辐照试验。半导体激光器经~(60)Co-γ射线和电子加速器辐照后斜率效率发生轻微下降,下降程度与总剂量大小有关;而光功率在电子辐照后出现严重下降,表明电子辐照比γ射线产生更多的损伤,可以归因于电子造成的位移损伤。PIN光电探测器在质子辐照后,暗电流和电容都明显增大,主要是由于质子造成的位移损伤引入深能级缺陷增加势垒,导致光电探测器性能退化。EDFA系统的掺铒光纤经~(60)Co-γ射线辐照后,对系统的增益和噪声影响很大。石英光纤主要受总剂量效应影响,辐射损耗随光纤通入的光波波长增大而减小,而且光纤损耗的剂量率效应不明显,实际试验可以根据试验条件选择适当的剂量率。研究结果可为空间激光通信系统的元器件选型、辐射效应评估与抗辐射加固设计提供参考数据。     

空间激光传能与红外目标探测共口径光学系统

空间激光无线传能任务中，采用红外目标探测方式实现精确跟踪瞄准。为克服分立光路的激光发射光学系统和红外目标探测光学系统既增加载重又不利于复合轴跟踪的困难，提出了激光传能发射与红外目标探测共口径光学系统。从激光传能距离和红外目标探测距离确定口径值，采用无焦离轴双抛物面作为共口径部分，利用分光镜将808 nm传能光束与7.7~9.5 μm的探测光束分离，设计了共口径光学系统。该系统口径270 mm，激光传能发射系统出射波前RMS＜0.01λ；红外目标探测系统相对孔径1/4，传递函数接近衍射极限。该共口径系统同时实现激光发射与红外目标探测的功能，可降低航天器进行星间激光无线传能任务的载重。     

一种微波输能的高效二极管阵列整流电路设计与分析

微波无线能量传输是实现远距离无线传能的主要方式之一，也是空间太阳能电站系统的核心技术之一。微波整流电路是实现微波到直流转换的关键环节，为实现大功率、远距离微波无线能量传输，文章设计了一种频率为2.45GHz的二极管阵列整流电路，能在大功率下完成高效整流，且对负载变化的敏感度低。测试表明：在27dBm输入功率、150Ω负载下，MW DC转换效率最大达71.83%；输入功率为23~32dBm时的转换率高于65%；即使输入功率低至17dBm的转换率仍高于50%。因此，论文所提整流电路的输入功率动态范围大，最高可达32dbm，且转换效率高，可用于微波无线能量传输中。     

日本开发成功高效光信号转换技术

据中国科技部网站2012年3月7日消息，日本独立行政法人产业技术综合研究所和NEC公司合作，成功研发出光纤与光电集成电路之间的高效光信号转换技术。该研究利用硅光电技术研制出的多路硅光波导转换器，可方便地安装在光电集成电路和光纤之间，     

高精度光纤陀螺过采样技术分析与应用

数字闭环光纤陀螺中，采用AD转换器将模拟信号转换为数字信号，AD转换中的量化噪声将直接影响光纤陀螺的零漂指标。过采样是一种降低量化噪声的技术，过采样过程将噪声功率平均分布到以采样频率为截止频率的频带内，有效降低了直流到奈氏频率中的噪声功率。本文对高精度光纤陀螺中的噪声特征进行分析，针对高精度光纤陀螺中噪声低的特点，设计了适用于高精度光纤陀螺的过采样方案，为解决由于噪声低带来的均值误差，该方案在被测信号中叠加了正态分布的噪声。通过在陀螺中进行实验，证明设计的采样方案对于降低陀螺的零漂性能是有效的。     

液晶光学相控阵的高功率波束指向特性研究

针对液晶光学相控阵LCOPA（Liquid Crystal Optical Phased Array）在高功率激光入射场景下的波束指向特性，构建了LCOPA的热力学模型，利用Ericksen Leslie动力学理论和液晶材料的温度特性，对不同入射激光功率和不同液晶材料条件下LCOPA的近场相位分布、远场偏转效率和偏转响应过程进行数值仿真分析。结果表明，当入射激光功率从50 W 增加到 110 W时，近场相位分布趋于恶化，远场偏转效率从96.8%下降到41.3%；5PCH、UCF-35、MLC-624-000三种液晶材料的温度敏感性逐渐减弱，远场偏转效率分别为41.3%、92.3%、98.8%；同时，入射激光功率的增加会缩短相控阵器件的下降时间，而对其上升时间和切换时间无明显影响。     

高功率中距离2.45GHz微波输能系统

微波输能技术是空间太阳能电站、空间飞行器供能和无线传感网络领域的关键技术。本文设计了一套工作于2.45 GHz的高功率中距离微波输能系统，主要包括微波功率发生器、整流天线和收发天线。其中，微波功率发生器最大输出功率为53.272 dBm（212 W）时，末级放大器的漏极效率可达57.612%；当输入功率为30 dBm，负载为260 Ω时，整流电路整流效率达到75%；采用简单的抛物面天线，传输距离为8m的情况下，波束捕获效率能够保持在45%以上。实测200W时微波发生器效率为49.3%，整流电路效率为63%，在波束捕获效率为45%时，理论计算的该系统直流到直流传输效率可以达到14%。     

基于无衍射光束的高效远距离无线能量传输技术

针对传统高斯光束具有随着传输距离增大，光斑直径不断变宽，到靶功率密度不断减少的缺点，而无法用于远距离无线能量传输的难题。对具有中心光斑直径小且传播距离远的无衍射光束进行了研究，通过相位调控技术产生近无衍射光的方法，设计了一种基于无衍射光束的激光传能光学系统，得到了在传输相同距离的情况下，无衍射光束相比高斯光束能够保持长距离不发散的结果。研究结果表明，该无衍射光学系统能够有效提高传输距离减少能量损失，提高到靶功率密度，进而降低接收端光电池的接收面积及系统的体积重量。     

基于升压原理的整流电路设计

为了提高微波无线输能系统接收装置中整流电路的RF-DC转换效率，本文提出了一种新的基于升压原理的整流电路设计方法。首先，通过对整流电路的工作原理进行分析，得到整流电路的等效电路模型。然后，通过推导整流电路转换效率的公式，分析了影响整流效率的关键因素。在分析了影响整流二极管能量损耗因素的基础上，提出了用提高整流电路中整流二极管输入端的电压幅值来提升整流效率的方法。在相同的输入功率下，通过升高二极管的输入电压幅值，可以降低流过整流二极管的电流，从而减小整流二极管的能量损耗。仿真结果表明，在整流电路与功率源匹配良好的情况下，通过提高二极管的输入电压幅值明显提升了整流电路的效率，在输入功率为20 dBm时得到了最高81.25%的整流效率。该设计方法能为快速提升整流电路的效率提供指导。     

激光加热辅助切削氮化硅陶瓷实验研究

针对航空航天领域广泛应用的氮化硅陶瓷材料,采用激光加热辅助的方法进行了切削 实验研究。分析了激光能量、切削深度、切削速度、进给量等加工参数对切削力及比切削能 的影响规律;采用SEM对加工过程中产生的连续切屑进行观测分析,探讨了加热辅助切削的 材料塑性去除及切屑形成机理;分析了不同切削状态的刀具磨损形式及磨损原因;测试了加 工后的表面粗糙度与表面形貌,表明激光加热辅助切削氮化硅陶瓷可以在保证加工效率的同 时得到良好的加工质量,并且不产生亚表面裂纹。
     

高重频激光器在光电对抗中的作用

介绍了高重频脉冲激光器在光电对抗中的作用,分别讨论了高重频脉冲激光对激光测距机和半主动激光制导武器实施干扰时对脉冲重复频率和峰值功率的要求,以及高重频脉冲激光对光电探测器件及光学薄膜的损伤。     

固体推进剂光学参数对激光点火延迟时间的影响

给出了固体含能材料主要光学参数的定义和测量方法，考察了推进剂光学参数对激光点火中点火延延迟时间的影响，着重分析了吸收系数偏小带来的光学深度吸收，以及由此引起的理论与实际点火延迟的差异，并建立转换系数予以描述。以NEPE推进剂为例，对不同热流密度下点火延迟时间的理论估算表明，光学参数及由光学参数决定的浓度吸收对激光点火延迟时间的影响不可忽略。     

高功率热电池用二硫化钴制备及性能测试

对高温硫化法制备的CoS2的组成、形貌和热稳定性进行了表征，并对其作为正极材料在高功率热电池中的应用进行了测试与研究。热稳定性测试结果表明：CoS2有较高的热稳定性，在温度700℃下保持1h仅分解15．6％；高功率热电池应用研究中发现，电池的稳态比功率可达1690W／kg，脉冲比功率高于4700W／kg。     

一种高效率星载电源无线能量传输系统

无接触感应电能传输技术作为一种新型的电能传输技术,具有供电安全、方便灵活的优点。本文针对磁耦合谐振式无线能量传输技术进行研究,提出一种适用于星载电源的采用串联补偿拓扑的无线能量传输系统,具体介绍功率控制和转换电路及松耦合变压器的设计;设计了一种高效率无线能量转换电路,通过建立一个220 W原理样机对系统进行验证,实际测量在10 cm左右的传输距离,无线供电效率可达82%。该研究对卫星电源无线供能技术具有一定的参考意义。     

InxGa1-xAs材料在多结空间太阳电池中的应用进展

In_xGa_(1-x)As材料具有独特的物理特性,可以通过调节In和Ga的组分来改变材料的带隙宽度Eg。该材料自进入多结空间太阳电池领域以来,就受到了广泛的关注。因此,In_xGa_(1-x)As材料有望成为未来多结空间太阳电池领域中的重要研究对象。本文首先介绍了InGaAs材料的生长工艺及其在多结空间太阳电池领域中的应用情况和研究现状,同时讨论了材料的外延生长工艺以获得高质量含InGaAs材料的多结太阳电池。此外,介绍了近年来InGaAs材料在高效多结空间太阳电池领域的研究进展,并对其抗辐照性能进行了简述。大量研究表明:InGaAs材料的使用可以进一步提升多结空间太阳电池的光电转换效率,达到提升卫星有效载荷的目的。