有一天,我們可以透過空氣,無線地對手機與平板電腦充電,這歸功於新發展的科技。

空氣中無線充電

研究人員們使用了紅外線雷射光,來發射功率 400 毫瓦的光到至少 30 公尺的距離處。這足夠對小型感測器進行充電,雖然隨著時間演進下去,它也能被研發成,能夠對例如智慧型手機等較大的設備進行充電。

這些都是在一個非常安全的方式之下完成的。當沒有在使用時,雷射會降回低功率模式。

這項科技的專業術語是分佈式雷射充電(distributed laser charging),而在此所研發的特別類型,比起過去有著相似類型的無線電力傳輸技術的實驗而言,設法變得更為安全、且傳輸得更遠。

南韓世宗大學(Sejong University)的電機工程師河鎮英教授(Jinyong Ha,音譯)說:「當大部分的其他方法,都需要將接收設備放於特別的充電座或是保持固定,分佈式雷射充電能夠在沒有追蹤過程下自動對準(self-alignment),只要傳輸器與接收器在彼此的視線範圍內。」

實驗設置

一般而言,組成雷射腔的、讓光反射的組件會一起在同一個設備當中。在此,它們被分成傳輸器與接收器,而這代表說,只要傳輸器與接收器在彼此的視線範圍內,那麼就會在這之間形成雷射腔。

在實驗設置當中,一台用銀白色的鉺(erbium)金屬特別處理過的放大傳輸器,被設置於距離接收器 30 公尺遠。這台接收器配備有光伏電池,來將光訊號轉成電力。

在大小只有 10mm x 10mm 之下,這台接收器夠小來裝入緊實的裝置,例如感測器。比方說,較小的智慧型家用設備,例如動作或溫度感測器,就能夠用這個方式來無線地充電。

設備最佳化

有一天,你就能夠走進機場,並且在使用手機時進行充電,而不需要纜線或是插座。雖然,在那件事發生之前,研究團隊必須要將系統能夠傳輸的能量等級擴大。

擴大過程的部分可能包括對接收器中的光伏電池進行升級,如此一來才能夠將更多雷射光轉變成電力。另一個可以改善的地方在於,讓裝置可以在同時與多個接收器一同運作。

雷射光的中心波長為 1550 奈米,是紅外線光譜中最安全的部分,而不會傷害到人類皮膚或眼睛。科學家們進行了很多進一步的改進,來改善系統的效率,以確保盡可能地傳輸越多能量越好。

河教授說:「在接收器單元部分,我們合併了一個球面球鏡復歸反射器,以便於傳輸器與接收器間能 360 度對齊。這能夠最大化能量傳輸效率。我們在實驗中觀察到,系統整體的表現是取決於球鏡的折射率,其中以折射率 2.003 最為有效。」

研究優點

對這項技術而言,現在還是早期階段,但無線能量傳輸不僅只會對個人電子儀器有益,還會對纜線難以組裝在一起或維護的工業環境產生很大的差異。

河教授說:「使用雷射充電系統來取代工廠中的電源線,可以節省維護與替換的成本。這可能會對艱困的環境特別有用,因為在那些環境當中,電氣連接可能會造成干擾或是導致火災。」

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參考資料:

  1. Nield, D., (2022, September 2). Researchers Just Wirelessly Transmitted Power Over 98 Feet of Thin Air. ScienceAlert
  2. Javed, N. et al., (2022, August 30). Long-range wireless optical power transfer system using an EDFA. Optics Express. doi.org/10.1364/OE.468766
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/researchers-just-wirelessly-transmitted-power-over-98-feet-of-thin-air(圖:Jinyong Ha, Sejong University)
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