激光无线电力传输效率的研究

摘要

本课题旨在为解决微型飞行器、微小卫星等器件携带能量受限、续航能力差等问题进行的空间激光远程充电研究。通过对现有多种光电池的性能进行研究，探讨了高强度单色激光照射光电池时其光电转换效率的机理，并采用不同波长、不同功率的激光器，对常用光电池的光电转换效率进行了实验测量，得出了光电池在高强度激光辐照下转换效率随激光参数的变化规律。
　　首先，阐述了本课题研究内容的目的和意义，通过总结、分析几种常用的无线电力传输技术的特点，结合课题需求，重点介绍了激光远程充电技术的特点、关键部件以及国内外的研究现状。通过分析激光在大气中传输受到的影响和光电池的转换效率，全面的总结了影响激光远程电力传输的各种因素，以此作为合理选取激光器、提高激光能量传输效率的理论依据，选取了三种不同波长的激光器，并对其工作原理、基本结构以及输出特性作了介绍。
　　其次，在介绍了光电池的基本结构、工作原理以及光电转换效率的定义的基础上，依据热力学细致平衡理论，对理想电池的转换效率进行分析计算，从中得出光电池材料的能隙宽度、温度等因素对转换效率的影响程度，通过对单晶硅电池、三结点砷化镓电池在不同波长激光照射下转换效率的定量计算，得出了实现其最佳转换效率的工作条件，为实验上提高转换效率提供了努力方向。以此为基本依据，选择不同的波长激光、照射功率密度等参数，对不同光电池的转换效率进行了实验测量，并将实验结果与理论计算结果进行了分析。
　　此外，本课题创新性地采用波长、强度与光电池能隙宽度匹配的多种激光照射光电池的方法，使三结点砷化镓电池的转换效率大为提高。实验测量单晶硅电池转换效率可达27％，三结点砷化镓电池的转换效率可达35%以上。因此，本课题研究结果对激光电力传输技术的应用具有一定的参考价值。

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图表清单

注释表

第一章绪论

1.1 课题的背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和创新点

第二章激光远程充电发射系统的设计

2.1 激光器的工作原理

2.2 激光在大气中的传播

2.3 本章小结

第三章激光远程充电接收系统设计

3.1光电池的工作原理

3.2 理想电池对黑体辐射转换效率的计算

3.3 理想电池对单色激光转换效率计算

3.4 多结点理想电池对激光的转换效率

第四章 实验测量与结果分析

4.1 激光远程电力传输方案和关键部件系统

4.2实验装置介绍

4.3 实验测量结果与分析

4.4 本章小结

第五章充电电路设计

5.1 充电电路设计

5.2 本章小结

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文