[发明专利]一种基于共振光的移动数能同传系统

权利要求书

1.一种基于共振光的移动数能同传系统，其特征在于，该系统包括一个发送端和一个接收端，空间分离的发送端和接收端联合构成一个激光谐振器，所述的发送端包括一个激励源、一个增益介质以及一个反射率为100％的回复反射器，所述的接收端包括能量数据接收器和一个部分反射的回复反射器，发送端的回复反射器与接收端的回复反射器构成具有可移动性的双回复反射谐振腔，所述的发送端和接收端的回复反射器均采用结构相同的圆面角锥棱镜，所述的增益介质贴附在发送端的角锥棱镜前表面上，且尺寸与角锥棱镜前表面相同；

依赖于入射光束角度的圆面角锥棱镜的有效反射面积t_σ(x,y)为：

M＝(rcosσ)²

N＝r²

其中，x，y分别为以角锥棱镜的顶点为原点，以垂直于前表面方向为Z轴方向构建的坐标系中的X轴和Y轴方向的坐标值，D为角锥棱镜入射出射孔径中心的偏移距离，σ为入射光束角度，w为棱的宽度，r为角锥棱镜表面的半径，M、N为中间变量。

2.根据权利要求1所述的一种基于共振光的移动数能同传系统，其特征在于，所述的接收端中的部分反射的回复反射器的反射率范围为70％-98％。

3.根据权利要求1所述的一种基于共振光的移动数能同传系统，其特征在于，该系统的能量流转具体为：

1)来自激励源的输入功率P_in输入发送端，进而激励出共振光束；

2)共振光束在移动传输通道中传输；

3)共振光束输出至接收端腔外形成腔外激光，输出功率为P_out；

4)腔外激光功率进入能量数据收集器进行能量收集和数据接收。

4.根据权利要求1所述的一种基于共振光的移动数能同传系统，其特征在于，所述的入射光束角度σ小于35.26度。

5.根据权利要求3所述的一种基于共振光的移动数能同传系统，其特征在于，该系统的输出功率P_out的表达式为：

其中，A_b为共振光束与增益介质的交叠面积，I_s为增益介质的饱和光强，R为输出耦合镜的反射率，V_s，V＝(1-loss)分别为增益介质内部和腔内传输的传输系数，A_g为增益介质的截面积，P_in为输入功率，η_excit为激励效率。

6.根据权利要求5所述的一种基于共振光的移动数能同传系统，其特征在于，在移动数能同传系统的移动传输通道中，共振腔内共振光的强度在往返通过增益介质时放大，并由于衍射损耗、增益介质内部的散射吸收以及输出耦合而降低，在长距离传输中，衍射损耗为主要损耗。

7.根据权利要求3所述的一种基于共振光的移动数能同传系统，其特征在于，所述的步骤4)具体为：

输出激光通过光功率分割器被分成两束激光，一束激光传输至光伏电池进行能量收集，另一束激光传输至光电二极管进行数据接收，则从光伏电池输出的充电功率P_c为：

P_c＝μρP_out

其中，ρ为光伏电池的光伏转换效率，μ为分割比例；

从光电二极管中输出的信号电流i_d为：

i_d＝(1-μ)γP_out

其中，γ为一常数，用以表示光电二极管的光电转换响应度。

8.根据权利要求7所述的一种基于共振光的移动数能同传系统，其特征在于，通过光电二极管进行数据接收，数据传输的频谱效率的表达式为：

其中，为频谱效率，SNR为信噪比，为加性高斯白噪声的功率，为散粒噪声，为热噪声，q为电荷，B_x为噪声带宽，I_bg为背景电流，K为玻尔兹曼常数，T为Kelvin温度，R_L为二极管的负载电阻。