红外与激光工程
2022, 51(5): 20210522
南京航空航天大学 理学院 应用物理系, 南京 210016
为了提高微型无人机(MUAV)的续航时间, 基于二轴扫描振镜的工作原理, 设计了一套激光对MUAV的远程实时跟瞄充电系统。系统采用硅光电池阵列作为光斑位置传感器, 其信号经扫描跟踪算法处理后, 在地面与MUAV间建立起无线数传反馈链路, 控制二轴扫描振镜改变激光发射方向, 实现激光束对MUAV的扫描与实时跟踪; 同时硅光电池阵列也作为充电器件, 实现对MUAV的实时充电。结果表明,当MUAV在高度为80m、直径50m圆形区域内以低于2m/s速率飞行时, 可实现激光对MUAV的准确跟踪, 跟瞄精度小于0.63mrad。该系统具有跟踪速度快、瞄准精度高的特点,为激光对移动目标的远程实时能量传输提供了一种有效的解决方案。
激光技术 激光充电 扫描振镜 硅光电池阵列 跟踪瞄准 微型无人机 laser technique laser charging scanning galvanometer silicon photocell array tracking and aiming micro-unmanned aerial vehicle
1 陆军工程大学石家庄校区 强电磁场环境模拟与防护技术国防科技重点实验室, 河北 石家庄 050003
2 陆军装甲兵学院, 北京 100071
为解决脉冲电场测试系统中的供电问题, 设计了一套激光光纤供电系统, 该系统由激光器、多模光纤及光电池构成。重点研究了激光器与光纤的耦合问题, 设计了透镜系统对激光器输出光束进行准直和压缩。通过MOCVD法研制了GaAs光电池, 并制作了椭球形“光伏眼”来提高光电转换效率。仿真和实验表明: 采用透镜耦合时, 激光器与光纤的耦合效率可达80%以上, 远远高于直接耦合时的16%, 改进后的“光伏眼”耦合效率相比直接耦合时提高了54.5%, 激光供电系统的转化效率在40%以上。该系统的研制为解决脉冲电场的供电问题提供了一种方案。
激光供电 光电池 “光伏眼” laser power supply LD LD photovoltaic cells ‘photovoltaic eye’ ZEMAX ZEMAX
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
设计了一种专门用于对日观测成 像稳像系统的超高精度太阳敏感器。针对传统的四象限 太阳敏感器的不足，设计了一种基于十字差动式太阳硅光电池片 的探测器，以提高灵敏度和抗干扰能力。该系统在有效视场 (1°)内具有10″的低误差。
太阳成像 高精度太阳敏感器 十字式硅光电池片 角秒级 solar-observing high-precision solar sensor cross-type silicon photovoltaic cell arc-second level
1 装备学院 研究生管理大队, 北京 101416
2 装备学院 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
温升效应是影响激光输能光电转换效率的重要原因。为了分析温升效应对光电转换效率的影响, 采用基于COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件和MATLAB软件联合仿真的数值模拟方法, 建立了光电池的物理模型和热模型, 得到了激光辐照时间、功率密度、光斑面积、入射角以及热辐射和热对流对温度场的影响结果。结果表明, 2000W/m2激光功率密度辐照下, 光电池温度随辐照时间先快速上升, 20s后缓慢增加, 100s达到热平衡态后温度稳定在343K; 随着激光功率密度增大, 电池温升速度越快, 达到热平衡态时的温度值越高; 激光光斑全部覆盖电池表面时, 电池表面温度差值最小; 入射角通过影响有效激光辐照功率密度来影响电池温升; 热辐射和热对流对降低光电池温度十分有利; 当激光入射角为0°、激光功率密度辐照约为2000W/m2、激光光斑面积近似为电池表面面积时, 光电池能获得最佳的光电转换效率。可见对光电池温度场进行仿真分析为研究提高激光输能光电转换效率的方法提供了理论参考。
激光技术 激光输能 数值模拟 温度场 光电池 laser technique laser power beaming numerical simulation temperature field photovoltaic cell
南京航空航天大学 应用物理系, 江苏 南京 211106
为了研究激光光强均匀度对GaAs电池转换效率的影响, 基于单结GaAs电池的工作原理, 利用等效电路对其在受到不同光强激光照射时的光电转换效率进行分析, 并通过实验测量不同光强均匀度情况下GaAs串联电池组的光电转换效率。结果表明, 光强均匀度对GaAs电池组的光电转换效率有很大影响。在极限条件下, 由光强不匀均性引起的热斑效应还会造成电池片的损毁。
光强均匀度 单结GaAs光电池 转换效率 等效电路 intensity uniformity single junction GaAs photovoltaic cell conversion efficiency equivalent circuit 红外与激光工程
2017, 46(6): 0606001
中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室,北京 100083
采用硅光电池阵列作为接收机探测器,在Matlab/Simulink环境中建立了可见光通信(VLC)系统模型,对硅光电池阵列的UI特性和输出功率特性进行了仿真研究,同时研究了结电容和光照度对硅光电池响应带宽的影响。研究结果表明硅光电池结电容越小,响应带宽越大,硅光电池结电容为2pF时,响应带宽最大可为10MHz,满足无线通信和无线供能复用的可见光通信系统应用要求。
可见光通信 无线供能 光电池探测器 Matlab/Simulink仿真 visible light communication wireless energy harvesting photocell detector Matlab/Simulink simulation
南京航空航天大学 应用物理系, 南京 211106
为了提高激光无线能量传输系统的转换效率, 基于单结GaAs光电池的工作原理, 用调节照射光电池的激光参量的方法, 从理论上对激光无线能量传输系统的有关部分进行了优化设计, 并通过实验研究了激光波长、激光强度等因素对光电池能量转换效率的影响。结果表明, 单结GaAs光电池对单色激光的光电转换效率远高于传统的单晶硅电池, 最高转化效率可达61.2%。该结果对于激光无线能量传输技术的应用具有一定参考价值。
激光技术 激光无线能量传输 单结GaAs光电池 转换效率 laser technique laser wireless power transmission single junction GaAs photovoltaic cell conversion efficiency
为提高阳光利用率和光电转换率，研究了聚光内球面太阳能电池的主要性能，设计了聚光内球面太阳能电池的结构.通过菲涅耳聚光镜将太阳光聚光后射入内表面制备了多晶硅光伏电池的球腔内，在内球面上实现了聚光光伏效应.利用腔内光子气体模型分析计算了内球面上的光照强度，提出硅光电池上的最佳光强概念，计算了在内球面多晶硅电池半导体层厚10 μm时最佳聚光倍数为18、层厚5 μm时最佳聚光倍数为9.应用有限元分析法讨论了聚光内球面太阳能电池系统的温度，在AM1.5，8倍聚光条件下，光伏电池最高温度353.15 K，处于正常工作范围.采用主动风冷或水冷方法提高对流换热系数可大大降低光伏电池温度，稳定工作效率.通过分析硅光电池效率制约因素，设计了内球面光伏电池的优化结构，填充因子可达0.85,阳光辐射功率为800 mW/cm2时,聚光内球面太阳能电池效率将超过33%.
聚光光伏 腔内光强 内球面光伏电池 硅光电池效率 多晶黑硅 Concentrated Photo Voltaic(CPV) Inner chamber light intensity Inside spherical photovoltaic cells Silicon photocell efficiency Polycrystalline black silicon
