研究人员使用红外光无线传输超过30米的电力

研究人员创建了一种新系统，该系统使用红外光在长达30米的距离内安全地传输高水平的功率。这种类型的远程光学无线电力传输系统可以实现对固定和移动接收器的实时功率传输。

想象一下，走进机场或杂货店，您的智能手机会自动开始充电。这有朝一日可能会成为现实，这要归功于一种新的无线激光充电系统，该系统克服了一些挑战，这些挑战阻碍了以前开发安全方便的移动充电系统的尝试。

“无线供电设备的能力可以消除为我们的手机或平板电脑携带电源线的需要，”韩国世宗大学的研究小组负责人Jinyong Ha说。“它还可以为各种传感器供电，例如物联网(IoT)设备和用于监控制造工厂过程的传感器。

在Optica出版集团期刊《光学快报》上，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水平的功率。实验室测试表明，它可以在长达30米的距离内传输400 mW的光功率。这种功率足以为传感器充电，并且随着进一步的发展，它可以增加到为移动设备充电所需的水平。

已经研究了几种用于远距离无线电力传输的技术。然而，很难在米级距离上安全地发送足够的功率。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，该方法最近引起了人们对这种应用的更多关注，因为它提供了安全的高功率照明，并且光损失更少。

“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，但分布式激光充电可以实现自对准，只要发射器和接收器在彼此的视线范围内，就不会有跟踪过程，”Ha说。“如果物体或人挡住视线，它也会自动切换到安全的低功耗传输模式。

走得更远

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元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内形成激光腔，从而使系统能够提供基于光的功率。如果障碍物切断了发射器-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。该波长范围位于光谱中最安全的区域，并且在使用的功率下不会对人眼或皮肤构成危险。另一个关键组件是波分复用滤光片，该滤光片可在自由空间传播的安全限值内产生光功率的窄带光束。

“在接收器单元中，我们集成了一个球形透镜反光镜，以促进360度发射器 - 接收器对准，从而最大限度地提高了功率传输效率，”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。

实验室检查

为了演示该系统，研究人员在发射器和接收器之间建立了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反光镜，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。该接收器约为10×10毫米，可以轻松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在30 m的距离内可以提供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，发射器产生了令人难以置信的低强度光，不会对人构成任何风险。

“使用激光充电系统更换工厂的电源线可以节省维护和更换成本，”Ha说。“这在电气连接可能引起干扰或造成火灾危险的恶劣环境中特别有用。

现在他们已经演示了这个系统，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。