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超強激光科學卓越創新簡報

(第九十二期)

2020年4月3日

上海光機所提出一種基于全固態激光器的諧振光束實現無線充電的新方案

  中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室與同濟大學電子與信息工程學院研究人員合作,提出一種基于全固態激光器的諧振光束實現無線充電的新方案,實現2瓦電功率、2.6米無線能量傳輸。相關成果發表于《物理網雜志》(IEEE INTERNET OF THINGS JOURNAL)。

  隨著物聯網技術的發展,物聯網設備的電量供給成為了制約物聯網發展的障礙之一。物聯網設備的電池容量和供電之間的矛盾也愈加顯著。因此,為物聯網設備提供隨時隨地無線能量傳輸的技術受到了研究者的廣泛關注?,F有的無線能量傳輸技術主要有兩種:近場無線能量傳輸與遠場無線能量傳輸。近場無線能量傳輸技術主要有磁感應和磁共振。遠場無線能量傳輸技術主要有射頻、超聲波、激光等。但是由于技術限制,現有的無線傳能技術均無法同時實現安全、遠距離、高功率的無線能量傳輸。

  在該項研究中,研究人員提出利用全固態激光的腔內光作為無線能量傳輸媒介的諧振光束充電技術,可以安全的傳輸數瓦的無線功率到數米的距離。諧振光束充電技術具有本征安全性,一方面,傳輸通道內一旦有異物遮擋可以自動切斷能量的傳輸;另一方面,傳輸通道外的生物不會受到能量泄露的影響。此外,諧振光束充電系統還可實現自動對準和同時多路輸出。研究人員提出了諧振光束充電能量傳輸通道的解析模型,并分析了諧振光束充電系統的連續、穩定運轉條件以及工作距離內的能量傳輸效率;建立了諧振光束系統的測試平臺,在輸出光功率為10.18W的條件下,實現了2W的電功率傳輸到最遠2.6m的距離;在實驗和理論上對諧振光束充電系統的傳輸距離、傳輸效率、輸出電功率等性能進行了評估。通過進一步提升諧振腔的可移動性,該技術有望廣泛應用于手機等電子器件的遠程無線充電中。(強場激光物理國家重點實驗室供稿)

  原文鏈接 

圖1 諧振光束充電系統簡圖。

圖2 (a) 最遠的能量傳輸距離與M1曲率的關系;(b) 增益介質上的光斑尺寸與傳輸距離的關系。

圖3 輸出功率和輸入電功率的關系(紅色實線);傳輸效率(藍色虛線)。

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