研究人员创建了一个新系统，该系统使用红外光在 30 米的距离内都可以安全地传输高水平的电力。这种类型的远程光无线电力传输系统可以实现向固定和移动接收器实时电力传输。
想象一下走进机场或杂货店，您的智能会开始自动充电。有朝一日，这可能会成为现实，这种无线激光充电系统就可以做到，该系统克服了一些阻碍以开发安全便捷的移动充电系统。
来自韩国世宗大学的研究团队负责人 Jinyong Ha 说：“无线供电的能力可以消除因为或平板电脑而随身携带电源线的需要。它还可以为各种传感器提供动力，例如物联网 (IoT) 设备中的传感器和用于监控制造工厂过程的传感器。”
在Optics Express中，研究人员描述了他们的新系统，该系统使用红外光安全地传输高功率。实验室测试表明，它可以在 30 米的距离内以 400 mW 的光功率进行充电。这种功率足以为传感器充电，并且随着进一步发展，它可以为各种移动设备充电所需的水平。
已经研究了几种用于远程无线电力传输的技术。然而，在米级距离上安全地发送足够的电力一直很困难。为了克服这一挑战，研究人员优化了一种称为分布式激光充电的方法，该方法最近在该应用中获得了更多关注，因为它提供了安全的高功率照明和更少的光损失。
“虽然大多数其他方法要求接收设备位于特殊的充电座中或静止不动，但只要发射器和接收器在彼此的视线内，分布式激光充电就可以实现自对准而无需跟踪过程，”说哈：“如果有物体或人挡住视线，它还会自动切换到安全的低功率传输模式。”
分布式激光充电的工作方式有点像传统的激光器，但不是将激光腔的光学组件集成到一个设备中，而是将它们分成发射器和接收器。当发射器和接收器在视线范围内时，它们之间会在空中或自由空间形成一个激光腔，从而使系统能够提供基于光的功率。如果障碍物切断发射器-接收器的视线，系统会自动切换到电源安全模式，从而在空中实现无危险的电力输送。
在新系统中，研究人员使用了中心波长为 1550 nm 的掺铒光纤放大器光电源。该波长范围处于光谱中最安全的区域，并且在所使用的功率下不会对人眼或皮肤造成危险。另一个关键组件是波分多路复用滤波器，它产生了一个窄带光束，其光功率在自由空间传播的安全限制范围内。
“在接收器单元中，我们采用了球面球透镜后向反射器，以促进 360 度发射器-接收器对齐，从而最大限度地提高功率传输效率，”Ha 说：“我们通过实验观察到系统的整体性能取决于球透镜的折射率，其中 2.003 的折射率是最有效的。”
为了演示该系统，研究人员在发射器和接收器之间设置了 30 米的距离。发射器由掺铒光纤放大器光源制成，接收器单元包括一个后向反射器、一个将光信号转换为电能的光伏电池和一个在供电时发光的 LED。这个接收器大约 10 x 10 毫米，可以很容易地集成到设备和传感器中。
实验结果表明，单通道无线光功率传输系统可在30米距离内提供400 mW的光功率，通道线宽为1 nm。光伏将其转换为 85 mW 的电功率。研究人员还表明，当视线被人手打断时，系统会自动切换到安全的电力传输模式。在这种模式下，发射器会发出非常低强度的光，不会对人造成任何风险。
“在工厂使用激光充电系统更换电源线可以节省维护和更换成本，”哈说：“这在电气连接会造成干扰或造成火灾危险的恶劣环境中特别有用。”
现在他们已经展示了该系统，研究人员正在努力使其更加实用。例如，可以提高光伏电池的效率，以更好地将光转换为电能。他们还计划开发一种使用该系统同时为多个接收器充电的方法。
