Представьте, что вы идете в аэропорт или в продуктовый магазин, и ваш смартфон автоматически начинает заряжаться. Однажды это может стать реальностью благодаря новой системе беспроводной лазерной зарядки, которая преодолевает некоторые проблемы, которые препятствовали предыдущим попыткам разработать безопасные и удобные системы зарядки на ходу.
В Optics Express исследователи описывают свою новую систему, которая использует инфракрасный свет для безопасной передачи высоких уровней мощности. Лабораторные испытания показали, что он может передавать свет с мощностью 400 мВт на расстояние до 30 метров. Этой мощности достаточно для зарядки датчиков, а при дальнейшем развитии ее можно будет увеличить до уровня, необходимого для зарядки мобильных устройств.
Было изучено несколько методов беспроводной передачи энергии на большие расстояния. Однако было трудно безопасно передавать достаточно энергии на метровые расстояния. Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи оптимизировали метод, называемый распределенной лазерной зарядкой, который в последнее время привлек больше внимания для этого приложения, поскольку обеспечивает безопасное мощное освещение с меньшими потерями света.
В то время как большинство других подходов требуют, чтобы приемное устройство находилось в специальной зарядной подставке или было стационарным, распределенная лазерная зарядка позволяет выполнять самовыравнивание без отслеживания процессов, пока передатчик и приемник находятся в пределах прямой видимости друг друга. Он также автоматически переключается в безопасный режим с низким энергопотреблением, если объект или человек блокируют линию обзора.
Распределенная лазерная зарядка работает примерно так же, как традиционный лазер, но вместо того, чтобы оптические компоненты лазерного резонатора интегрировались в одно устройство, они разделены на передатчик и приемник.
Когда передатчик и приемник находятся в пределах прямой видимости, между ними образуется полость лазера над воздухом или в свободном пространстве, что позволяет системе подавать энергию на основе света. Если препятствие пересекает линию прямой видимости передатчика-приемника, система автоматически переключается в энергосберегающий режим, обеспечивая безопасную подачу энергии в воздухе.
В новой системе исследователи использовали источник оптической мощности усилителя, легированного эрбием, с центральной длиной волны 1550 нм. Этот диапазон длин волн находится в самой безопасной области спектра и не представляет опасности для глаз или кожи человека при используемой мощности.
Чтобы продемонстрировать систему, исследователи установили 30-метровое расстояние между передатчиком и приемником. Передатчик был сделан из оптического источника усилителя, легированного эрбием, а блок приемника включал ретрорефлектор, фотогальванический элемент, который преобразует оптический сигнал в электрическую энергию, и светодиод, который загорается при подаче энергии.
Этот приемник размером примерно 10 на 10 миллиметров можно было легко интегрировать в устройства и датчики. Результаты экспериментов показали, что одноканальная беспроводная система передачи оптической мощности может обеспечить оптическую мощность 400 мВт при ширине линии канала 1 нм на расстоянии 30 метров. Фотогальваника преобразовала это в электрическую мощность 85 мВт. Исследователи также показали, что система автоматически переключалась в безопасный режим передачи энергии, когда линия обзора прерывалась рукой человека. В этом режиме передатчик излучал свет невероятно низкой интенсивности, не представляющий опасности для людей.
Использование системы лазерной зарядки для замены шнуров питания на заводах может сэкономить на обслуживании и расходах на замену. Это может быть особенно полезно в суровых условиях, где электрические соединения могут вызывать помехи или создавать опасность возгорания.