研究人员使用激光实现近100英尺的无线电力传输

当大多数人想到给电池充电时，他们可能会想象墙上的插座通过充电电缆连接到电池上。在这种传统的充电中，多余的电子通过介质（如电缆）从电源（如墙上的插座）进入电池的阳极。

 

电子通过电缆从电源流向电池。图片由Let's Talk Science提供

 

近年来，另一种充电方式开始流行：无线充电。在无线充电中，当电池放置在无线电源发射器附近时，通过空气对其进行充电。无线充电的一个流行应用是智能手机充电。通过将智能手机靠近无线充电器，消费者可以在不使用传统电缆的情况下为手机充电。

最近，韩国世宗大学的研究人员声称在这一领域取得了一项壮举，使用激光设备实现了近100英尺的无线电力传输。

 

研究人员的原型包括一个带有掺铒光纤放大器光功率源的发射器。接收器使用球透镜后向反射器来提高性能。图片由Jinyong Ha/世宗大学提供

 

远场无线充电利用电磁学

为了更好地理解这项最近的研究，回顾研究人员调查的无线充电的主要类别：远场无线充电可能会有所帮助。

远场（也称为辐射）无线功率传输（WPT）使用微波或激光束。在这种方法中，电磁束通过发射器指向要充电的物体。物体上的接收器将入射的电磁束转换为电流，为电池充电。尽管基本的远场WPT看起来像是最近的发明，但它早在20世纪60年代雷神公司演示微波驱动直升机时就已经存在了。

 

远程无线功率传输的高级框图。图片由伦敦帝国理工学院提供

 

在典型的远场WPT系统中，天线/整流器系统（有时称为矩形天线）指向接收器，接收器将输入的RF信号转换为DC电压。为了实现这种RF到DC的转换，将诸如二极管之类的非线性器件与低通滤波器和负载结合使用。
 

用于射频到直流转换的基本矩形天线电路。图片由伦敦帝国理工学院提供

 

尽管这个基本电路看起来很简单，但有三个关键挑战一直是最近远场WPT研究的重点：射程、效率和非视线（NLoS）应用。NLoS指的是由于障碍物，能量接收器可能不在能量发射器的直接路径上的情况。
 

世宗大学利用激光实现远场无线电力传输

射频传输的一个主要缺点是它不能像激光那样长距离传输功率。例如，在机场航站楼或图书馆等大型公共区域，为智能手机充电的无线电力传输必须在长距离内具有足够的电力。

 

远场WPT旨在以足够的射程高效运行。图片由世宗大学提供

 

最近，韩国世宗大学的研究人员推出了一种无线充电系统，该系统使用红外光在98英尺的高空传输400毫瓦的电力。红外光是波长比可见光长的电磁辐射，通常定义为700nm至1mm。

世宗大学的研究人员介绍了一种新型掺铒光纤光源和接收器。该团队表示，与传统的激光放大器相比，使用掺铒光源可以在更长的范围内实现更大的功率传输。

 

掺铒光纤放大器的基本结构。图片由RP Photonics Encyclopedia提供

 

新系统背后的关键创新是分布式激光充电的优化形式。分布式激光充电将传统激光器的光学组件分为发射器和接收器。当发射器和接收器在视线范围内时，发射功率。当发生障碍物时，系统会自动切换到安全模式。

 

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在追求大规模无线充电的过程中，工程师必须克服的最大技术挑战是什么？在下面的评论中分享你的想法。