多波长激光无线能量传输系统背景光谱功率匹配问题研究

聚光三结砷化镓电池具有优良的温度特性与光照特性,温度系数小、光吸收系数大且抗辐射能力强,若能用于激光无线能量传输系统则可以提高系统光电效率和功率密度,此时发射端背景光需要使用三波长激光混合入射.提出"短路电流逼近法"用于解决多波长激光无线能量传输系统背景光谱功率匹配问题,并使用三个波长分别为525 nm、808 nm、...     

激光辐照单结砷化镓光伏电池的输出特性

选取单结砷化镓光伏电池和工作波长为808 nm的半导体激光器,开展激光无线能量传输的研究,实验测试了光伏电池性能参数与激光功率和电池温度的关系。结果表明,光伏电池效率随激光功率的增大呈单峰曲线,激光平均功率密度为67.5 mW/cm2时效率最大为49.7%。温度升高,开路电压线性下降,从而导致效率线性降低。激光功率越大,开路电压和效率的温度系数越小。     

非均匀激光照射下光伏电池组合方式对输出特性的影响

为了探索光强均匀性对光电池组件整体光电转换效率的影响,采用波长为808 nm、输出光强可调的半导体激光束照射两片单结砷化镓电池,实验测量光电池在串联、并联组合方式下不同光功率密度激光照射时的输出特性,结果表明,当照射到两光电池上的激光功率密度相同时,两种连接方式下组件的光电转换效率基本相同,都在46％左右;当照射到两光电池上的激光功率密度不同时,串联方式下组件的光电转换效率低于并联时的效率.该结果可由光电池的等效电路理论得到解释.因此,在光强分布复杂的情况下,对光电池的组合方式进行合理选择,可以有效地保证光伏组件整体的光电转换效率.     

连续激光辐照三结GaAs太阳电池温度场仿真

为了研究真空环境下1070nm连续激光辐照对三结GaAs太阳电池输出性能的影响,利用COMSOL软件构建了相应物理模型,通过数值仿真研究了激光功率密度、光斑半径、减反膜和热辐射热对流对温度场的影响。结果表明,吸收系数、热导率和光电转换效率是温度演变的3个主要因素;温升幅度随激光功率密度增大而增大;光斑半径越小使得电池表面温差越大;拥有减反膜结构可有效地提高太阳电池转换效率,但也使电池温度较高;热对流散热在电池较低温度（300K~400K）情况下占据主导作用;当入射功率密度为16.7W/cm2、光斑半径与电池半径相同时,经20s后,电池中心温度达到501.521K,导致光电转换效率为0。该数值模拟结果与实验结果基本相符,对激光损伤太阳电池机理研究提供一定的理论依据。     

连续激光供能单结GaAs光电池输出特性仿真

为了研究808 nm连续激光供能对单结GaAs光电池输出性能的影响,利用COMSOL和MATLAB软件构建了相应物理模型,通过数值仿真研究了激光功率密度、等效串并联电阻和减反膜对热稳态时光电池伏安特性、开路电压、短路电流、光电转换效率、填充因子和稳态工作温度的影响。结果表明:随着激光功率密度增大,开路电压和短路电流不断增大,且转换效率和填充因子都具有最大值;减小等效串联电阻和增大等效并联电阻是提高光电池输出性能的有效方法;减反膜结构对提高光电池转换效率非常重要,但也使光电池热稳态工作温度较高。当入射功率密度为62.4 mW/cm2时,光电池热稳态输出效率达到最高为50.13%。该数值模拟结果与相关实验结果基本相符,对连续激光供能光电池输出特性研究提供一定的理论依据。     

不同波长激光对CCD的干扰性实验研究

为了对比研究激光对可见光CCD的干扰效果,采用532nm,808nm和1064nm波长的激光对同一可见光CCD进行了干扰实验。结果表明,3种波长的激光对CCD都有一定的干扰效果,由于干扰波长、干扰功率、工作方式等不一样,干扰效果也存在差异。对于脉冲式激光器,532nm激光比1064nm激光具有更低的光饱和阈值;当各波长激光输出达到一定功率时,CCD会出现饱和串音的现象。此干扰实验为更好干扰CCD成像系统提供了一定的实验依据。     

激光二极管阵列抽运Nd:YAG腔内双波长运转589 nm和频激光器

报道了一种光纤耦合激光二极管阵列(LDA)抽运Nd:YAG晶体、腔内Ⅰ类临界相位匹配LBO和频、连续波输出的全固态589 nm激光器的设计和实验结果.黄激光是由Nd:YAG晶体的1064 nm和1319 nm谱线腔内和频产生的,其对应能级跃迁分别为4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2.实验采用三镜折叠腔结构,在808 nm的15 W抽运功率下,获得了最高功率为860 mW连续波TEM00的589 nm黄激光输出,光-光转换效率为5.7%,激光输出功率噪声低,光束质量因子M2＜1.2,4 h功率稳定度优于±3.4%.实验结果表明采用三镜折叠腔进行腔内和频是获得589 nm黄激光的有效方法,并可以应用到Nd:YAG晶体的其他谱线或具有多条谱线的其他激光增益介质,获得更多不同波长激光输出.     

激光波长对Ce:KNSBN晶体非线性特性的影响

采用非同时读出条件下晶体两波耦合实验装置,在相同的入射光参量下,研究了激光波长(λ)对Ce:KNSBN晶体两波耦合增益系数(r)、衍射效率(n)、响应时间及光扇效应入射光强度阈值的影响.结果显示,激光波长不同时,r、n,响应时间随光入射角2θ的演化趋势相同,但不同波长光入射时,对应相同的2θ,r、n及响应时间不同;激光波长不同时,Ce:KNSBN晶体中光扇效应的入射光强度阈值不同,λ为532nm时,阈值为38mW/cm2,λ为632.8nm时,阈值为26mW/cm2.     

连续激光对三结GaAs电池的损伤效应北大核心CSCD

在空气中和真空中,利用波长为1070nm的连续(CW)激光辐照三结砷化镓(GaAs)太阳电池,通过测试激光辐照前后电池的电流-电压曲线,并利用激光诱导电流(LBIC)成像系统和X射线光电子能谱仪(XPS),研究了三结GaAs太阳电池的损伤情况。结果表明,当激光功率密度为8.4 W/cm2、辐照时间为10s时,在空气中,底电池Ge熔融短路;在真空中,顶电池Ga0.5In0.5P和底电池Ge均发生短路,说明三结GaAs太阳电池的底电池最容易受到破坏,且电池在真空中比在空气中更容易受到损伤。该研究结果可为三结GaAs太阳电池的激光无线能量传输和损伤机理的研究提供一定的参考。     

高纯度高转换效率一阶斯托克斯激光谐振腔研究

正在斯托克斯位移过程中,当有一阶斯托克斯光子产生后,若入射光子的密度足够高,即可产生二阶甚至高阶斯托克斯光子。若入射光子密度相对较低,不能产生二阶斯托克斯过程,则一阶斯托克斯过程的转换效率也很低。因此,很难实现高效并且纯净的一阶斯托克斯光输出。给出了一种采用偏振耦合输入的拉曼激光谐振腔的实验研究结果。该腔在有效抑制二级斯托克斯光产生的同时,实现了高效的一阶斯托克斯激光输出。采用的斯托克斯谐振腔的泵浦激光源波长532 nm,脉宽10 nm,脉冲重复频率30 kHz、该532 nm激光是由波长为1064 nm的二极管泵浦Q开关激光通过LBO晶体倍频得到。在通过b-cut的KGW(KGD(WO_4)2)晶体后,得到的一阶斯托克斯激光波长为559 nm,二阶斯托克斯激光波长为589 nm。为实现上述高纯度高转换效率的559 nm激光输出,一种逻辑上较为简单的方法是采用HR532 nmAR589 nm,且对559 nm有较高反射率的输出腔镜。但由于三个波长间距较小,要实现这样的腔镜镀膜比较困难,且价格不菲。采用泵浦光偏振耦合输入斯托克斯激光腔的方法,即将线偏振的532 nm激光通过α-BBO晶体走离进入斯托克斯腔内的振荡激光光路、腔内加入一片对532nm和589 nm光为半波片,对559 nm光为全波片的特殊波片、从而实现只有559 nm的一阶斯托克斯光可以在谐振腔内多次振荡,而532 nm的泵浦光和589 nm的二级斯托克斯光则在小于等于一次腔内往返光程时即通过α-BBO晶体走离而离开该谐振腔,造成远大于其腔内增益的损耗。基于以上偏振耦合输入斯托克斯谐振腔设计,实现了6.2 W的纯净559 nn激光输出、入射激光至一阶斯托克斯输出激光的能量转换效率达39%、在输出激光中,泵浦光能量与一阶斯托克斯激光能量之比小于0、7%,二阶及高阶斯托克斯激光与一阶斯托克斯激光能量之比小于0.1%、     

三结GaAs电池损伤对输出特性的影响研究

针对发生损伤后三结GaAs电池的电学特性进行了研究。从三结电池的等效电路模型出发,根据光伏效应相关理论,建立了GaAs三结电池损伤分析模型,具体计算了损伤发生在不同位置时,光电池输出电压、功率、效率的变化。结果表明,顶结发生热熔损伤对电池的电学特性影响最大,将直接导致光电转换效率下降17.23%。中结发生热熔损伤对电池的电学特性影响次之, 将引起4.23%的效率下降。底结损伤对电池的电学特性影响相对最小,所导致的光电转换效率下降量为2.42%。     

激光无线能量传输效率的实验研究

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。     

空间热辐射对激光输能光电池特性影响研究

从激光辐照功率密度、光电池温度和光电转换效率的相互关系出发,基于热辐射平衡原理,建立了空间热辐射环境下光电池热辐射稳态平衡模型,根据该模型可以分析激光辐照功率密度、光电转换效率和光电池温度的相互影响。对已有的光电转换效率模型做温度上的修正,得到温度修正后的转换效率模型,将上述两个模型结合,即得到空间热辐射环境下激光辐照功率密度、光电池温度和转换效率的关系。通过MATLAB软件对模型进行仿真,仿真结果表明,随着激光辐照功率密度增加,光电池温度不断上升,光电转换效率和输出功率密度先上升后下降,但最大光电转换效率对应的激光辐照功率密度远小于最大输出功率密度对应的激光辐照功率密度,且日照区光电池温度高于地影区,日照区转换效率低于地影区。     

光强均匀度对GaAs电池组光电转换效率的影响

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。     

高功率、高效率线阵半导体激光器的阳极氧化制备方法

在分子束外延(MBE)生长的基础上,采用脉冲阳极氧化工艺制作了非对称、宽波导InGaAlAs/AlGaAs/GaAs应变双量子阱(DQW)结构准连续(QCW)线阵半导体激光器,实现了808 nm波段线阵激光器的高效率、高功率运转。脉冲阳极氧化工艺主要用于器件工艺中的蚀刻与绝缘膜制备,电解液采用乙二醇∶去离子水∶磷酸∶2%盐酸的体积比为40∶20∶1∶1的混合溶液。研制的准连续线阵半导体激光器的填充因子约为72.7%,100 Hz,200μs准连续工作条件下的阈值电流约为24 A,斜率效率达到1.25 W/A,最大电-光转换效率达到51%。     

激光传能系统用激光能量转换器的研究与设计

针对远距离激光传能及光电转换问题,通过对传输过程中光纤损耗、波长选择、光电转换材料匹配等影响系统传输效率的各环节因素进行分析,采用在半绝缘InP衬底上外延生长InGaAs PIN的方式设计了光电转换芯片,并对芯片结构及互联工艺进行了优化,最终成功研制出了高效激光能量转换器。试验结果表明,在1550 nm激光照射的条件下,该激光能量转换器的光电转换效率能够达到28%。     

980nm波段连续光纤激光器的研究进展

980nm波段掺镱光纤激光器在高亮度抽运源和蓝绿光源方面具有广泛的应用前景。首先介绍了980nm波段连续光纤激光器的研究价值、研究难点。然后,介绍了国内外研究机构在980nm波段连续光纤激光器和放大器方面的研究进展和存在的问题。最后对980nm波段连续光纤激光器和放大器未来发展方向进行探讨。