[发明专利]一种空间太阳能电站无线能量传输的激光产生与发射装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光产生与发射装置，特别涉及空间太阳能电站无线能量传输领域的激光产生与发射装置。 

背景技术

以煤、石油、天然气等为主的传统能源将在未来几十年到百余年间发展到无力支持世界发展的程度，且对全球气候变化产生负面影响。太阳能是一种可再生能源，具有清洁、丰富等显著优势。空间太阳能电站，由于太阳光线不会被大气减弱，也不用受天气、季节、昼夜变化的影响，可以接收高辐射强度的太阳光，其能接收的太阳辐射是地面的5倍。利用空间太阳能电站以无限电力传输方式向地面供电，替代现在的以燃油、燃煤和燃气为主的发电和有线电力传输方式，能解决能源危机和气候变暖问题。因此，空间太阳能电站的建设对未来能源供给具有重要意义。 

空间太阳能电站利用大型太阳能卫星吸收太阳能并转化为电能，然后以激光或微波为介质把能源传送回到地面的大型天线站，并最终转为基本电力。其中，激光传输与微波传输相比具有如下优势：①光束发散角小、方向性好，传输密度是微波系统的100倍；②激光传输不存在大气电离层的干扰，因此无强度的限制；③不存在干扰通讯卫星的风险；④既可以转换成电能，也可以通过硫化物光催化半导体材料间接实现电解水制氢。因此激光无线能量传输是一种极为重要的空间太阳能电站能量传输方式，受到各界特别是军方的极大关注。美国和日本都考虑开展基于激光的空间太阳能电站（L-SSPS）研究。其中，日本宇宙航空研究开发机构开展的基于激光的空间太阳能电站方案如下：在地球静止轨道上建一个G瓦级的商业L-SSPS，L-SSPS主要通过聚光器或透镜将太阳光集中后发送到直接泵浦固态激光器，即将太阳光直接转变为激光，激光束 被发送到地面的光电转换器或者氢发生装置。日本宇宙航空研究开发机构方案存在两个问题，一是采用太阳泵浦固体激光器的方式太阳光-激光转换效率很低；二是由于太阳能卫星平台轨道很高且地面激光接收面积有限，因此仍然需要庞大的光学系统对激光光束发散角进行压缩，这给激光发射系统光学口径的制造和安装带来了极大困难。 

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种空间太阳能电站无线能量传输的激光产生与发射装置，该系统无需大口径光学装置。 

本发明的技术方案是：一种空间太阳能电站无线能量传输的激光产生与发射装置，包括激光产生装置和激光发射装置；激光产生装置包括主振荡器模块、分束模块、相位控制模块、光束隔离模块、光纤激光增益模块、半导体泵浦模块、相位检测与控制电路模块；主振荡器模块、分束模块、相位控制模块、光束隔离模块和光纤激光增益模块依次顺序相连；激光发射装置包括准直器阵列模块、光束采样模块和光束探测模块；准直器阵列模块、光束采样模块和光束探测模块顺序连接；主振荡器模块产生种子激光源并送至分束模块；分束模块将种子激光源分成多路光束并送至相位控制模块；相位控制模块根据相位检测与控制电路模块输入的指令对每路光束进行相位调整，使每路光具有相同相位；调整后的光束作为信号光经光束隔离模块后送至光纤激光增益模块；半导体泵浦模块泵浦光纤激光增益模块对信号光进行放大；放大后的信号光经准直器阵列模块准直后送至光束采样模块；光束采样模块将准直后的光束作为本发明装置的输出端出射，同时将一部分准直后的光束送至光束探测模块；光束探测模块将探测到的光信号转换成电信号后送至相位检测与控制电路模块；相位检测与控制电路模块对输入的电信号进行解算，得到每路光的相位调节量，并控制相位控制模块对每路光束进行相位调整。 

所述的主振荡器模块为低能量单模或准单模激光器。 

所述的分束模块包括多个光纤分束器。 

所述的相位控制模块包括多个相位控制器。 

所述的光束隔离模块包括多个光纤隔离器。 

所述的光纤激光增益模块包括多根掺杂光纤。 

所述的半导体泵浦模块包括多个半导体激光器，该模块的输出端连接光纤激光增益模块的泵浦输入接口。 

所述的相位检测与控制电路模块包括相位检测模块和控制电路，相位检测模块对输入的电信号进行解算，得到每路光的相位偏差，进一步得到每路光的相位调节量；控制电路根据得到每路光的相位调节量，向相位控制模块发送控制指令，控制相位控制模块对每路光束进行相位调整。 

所述的准直器阵列模块包括多个光纤准直器或微透镜阵列。 

所述的光束采样模块包括半透半反镜和傅里叶透镜；准直后的光束经过半透半反镜后，透射部分的光作为本发明装置的输出端出射，反射部分经傅里叶透镜聚焦后送至光束探测模块。 

本发明与现有技术相比的优点在于：