美国研究人员成功实现红外线无线传输电能30米
发布时间：2022-09-16 来源：网络搜集 阅读次数：853 分享到：
据美国《科学日报》网站8月30日报道，研究人员利用红外线将电能无线传输了30米。
想象你走进机场或杂货店时，你的智能手机开始自动充电。由于一种新型无线激光充电系统，这有朝一日可能会成为现实。该系统克服了此前阻碍开发安全便捷充电系统的一些挑战。
相关研究团队负责人、来自韩国世宗大学的何津永（音）说：“以无线方式为设备供电的能力可以消除为我们的手机或平板电脑供电时把电线移来移去的必要。它还可以为各种传感器供电，例如物联网设备中的传感器和用于监测制造厂生产过程的传感器。”
在光学出版集团的《光学快讯》杂志中，研究人员描述了他们的新系统，该系统利用红外线安全传输高水平功率。实验室测试显示，它可以将400毫瓦的光功率传输远达30米的距离。这一功率足以给传感器充电。随着研发工作推进，其可能被提高至为移动设备充电所必需的水平。
为以无线方式远程传输电能，人们已经对多种技术进行了研究。不过，此前很难安全地在“米”级距离上传输足够电能。为克服这一挑战，上述研究人员对一种名为分布式激光充电的方法进行了优化，该方法最近因其应用赢得更多关注，因为它提供了安全的高功率照明，减少了光损失。
何津永说：“尽管大多数其他方法均要求接收装置放在一个特殊的充电座内或处于静止状态，但分布式激光充电系统能够在无需进行相关追踪的情况下自动耦合，只要发射器和接收器处于彼此‘视线’内即可。如果一个物体或人阻挡‘视线’，系统还会自动转向安全的低功率传输模式。”
报道指出，分布式激光充电系统的工作方式有点像传统激光器，但其激光谐振腔的光学部件没有被整合到一个设备中，而是被分成发射器和接收器。
当发射器和接收器在彼此“视线”内时，就会在发射器和接收器之间的空中形成一个激光谐振腔，使得该系统能够输出基于光的电能。如果一个障碍物切断发射器与接收器之间的“视线”，系统就会自动切换至安全供电模式，实现空中无危险供电。
在新系统中，研究人员使用配有掺铒光纤放大器的光功率源，中心波长为1550纳米。这种波长区间处于光谱中最安全的范围，在所使用的功率下对人眼或皮肤不会造成任何危险。
何津永说：“在接收器单元中，我们加入了一个球面透镜后向反射器，以帮助发射器与接收器进行360度耦合，这使得电能传输效率最大化。我们在实验中观察到，该系统的整体性能依赖于球面透镜的折射率，其中2.003的折射率最有效。”
为验证这一系统，研究人员把一个发射器和一个接收器相隔30米放置。发射器由配有掺铒光纤放大器的光源组成，接收器单元包括一个后向反射器、一个将光学信号转化为电能的光伏电池以及一个会在电能传输过程中亮起的发光二极管。这种约10乘10毫米的接收器可以被轻松整合至设备和传感器中。
实验结果显示，在谱线宽度为1纳米的情况下，单通道无线光功率传输系统能够在30米距离内提供400毫瓦的光功率。光电装置将其转化为85毫瓦的电源功率。
研究人员的实验还表明，当发射器和接收器之间的“视线”被人手切断时，该系统会自动转向一种安全的功率传输模式。在这种模式下，发射器会产生强度极低的光，不会对人构成任何风险。
何津永说：“使用这种激光充电系统取代工厂中的电线可以节省维护和更换成本。在电线连接可能造成干扰或火灾的恶劣环境下，这可能尤其有用。”
在报道中，还附上了科研团队负责人何津永，对该技术的介绍：
“以无线方式为设备供电的能力可以消除为我们的手机或平板电脑供电时把电线移来移去的必要。它还可以为各种传感器供电，例如物联网设备中的传感器和用于监测制造厂生产过程的传感器。”
之后，另一家美国媒体《光学快讯》，也对此次研究表现出相当的兴趣，并派遣媒体记者对科研团队进行了新一轮采访。
原来，该科研团队所研发的远程输电系统，是依靠红外线媒介来进行输电的，研究人员还特地强调这是一种安全稳定，且能支持高功率的传输手段。
在最后的实验中，科研人员完成了远达30米的输电实验，让目标手机成功充上了电，突破了原先各国的研究记录，堪称远程输电的新一轮突破，令人大受震撼。
不过，本次实验的电功率仅有0.4瓦，与目前普遍的手机充电功率仍有差距，但科研人员表示，本次实验主要是针对可行性和距离的测试，随着后期科研的推进，电功率将会提高至可用水平。
除此之外，研究负责人何津永还进一步阐述了该系统的优势：
“尽管大多数其他方法均要求接收装置放在一个特殊的充电座内或处于静止状态，但分布式激光充电系统能够在无需进行相关追踪的情况下自动耦合，只要发射器和接收器处于彼此‘视线’内即可。如果一个物体或人阻挡‘视线’，系统还会自动转向安全的低功率传输模式。”
何津永的介绍，简单来说，就是该系统需要在充电器和被充电器上安装一个红外线装置，以保证两者能够使用红外线进行联通。
但这种红外线系统是散射的，只要充电器和被充电器处于同一空间，那充电就能继续，若是红外线被物体阻断，那系统就会智能地转为低功率模式，以确保人体不会因此受到影响。
另外，在针对一些较为复杂的充电环境时，何津永表示：“在接收器单元中，我们加入了一个球面透镜后向反射器，以帮助发射器与接收器进行360度耦合，这使得电能传输效率最大化。我们在实验中观察到，该系统的整体性能依赖于球面透镜的折射率，其中2.003的折射率最有效。”
这种球面透镜的改装，意味着充电器和被充电器的联通，并不是呆板的一条线式接连，而是灵活且多连线式的衔接。
这也使得该系统，能够适应各种复杂环境下的远程输电，进一步体现出该系统的高精尖性能。
远程输电：站在巨人肩膀的实验
但值得一提的是，来自韩国世宗大学的何津永及其团队，所研发的远程输电系统，并非是“前无古人后无来者”的项目。
早在2021年时，我国小米科技就已经实现了隔空充电。根据当时所播放的视频资料，我们可以看出小米的隔空充电设备稍显庞大，类似于今日的空气净化器大小。
但设备的庞大，也意味着功能的强大，只见该设备能够完成5米远的设备充电，而且还能同时连接数个设备，堪称居家充电的“神器”。
而与之相似的，还有俄罗斯一家名为“能源”的火箭航天公司做的一项远程输电实验，他们利用激光为 1.5 公里以外的手机充电 1 小时。
又如2015 年时，微软亚洲研究院也曾做过相关的光线充电实验，尽管该实验也取得成功，但最终因光线形成过于苛刻，而只能停留于实验室研究中。
不过，无论是韩国团队的红外线输电，还是小米的相控阵技术输电，又或是微软亚洲研究院的光线输电，他们这些远程输电项目，其实都是站在一位巨人的肩膀上实现的，而这位巨人便就是特斯拉。
这个特斯拉并不是马斯克所创立的公司，而是该公司名称的由来---------生活在百年前的科学家尼古拉·特斯拉。
因为在1901年时，特斯拉就曾建造了一座大型高压无线电站，他希望利用一种全球性的电磁共振，来完成远距离输电。
但最终因制造成本过高，而致使该实验无疾而终，直至特斯拉逝世，这也就成为了历史书上的一笔遗憾。
值得一提的是，在经典战略游戏《红色警戒2》中，制作者还特别设计了一个名为“磁暴线圈”的电塔，在虚拟游戏的背景下，致敬了特斯拉的这一尝试和壮举。
可虚拟游戏终究不是现实，特斯拉所引领的这种远程输电，在现实生活中，除去为设备充电外，还能有何作为呢？
远程高压电输送：大有可为
针对这一问题，答案是肯定的，而且远程输电在现代背景下，可谓是大有可为。
因为，远程输电完全可以作用于高压电的远程输送中。
以我国南方的高压电输送为例，许多高压传输线路为了不影响城市和公路建设，大多都是建立在人迹罕至的高山之上。
这虽然保证了人民生活不受影响，但同时也加大了这些电塔的维护成本。
首先是电塔巡检时，电力维护人员都要跋山涉水，增大了时间成本，如果遇到电塔故障，那维修物资的运输，还会成为一大问题，令无数检修人员倍感头疼。
另外，这些电塔地处偏远，这使得一旦发生故障，往往难以准确发现和定位，因为高山上的极端环境，经常会让监控设备失灵失效，加大了检修的难度。
因此，若能实现远程高压电输送，那不仅能让电塔的选址“下沉”，还能使故障能更早、更准确地被发现。
虽然，这听起来与我们有些遥远，但令人震惊的是，其实我国很早以前，就已经开始了相关项目的研究。
在2016年时，武汉大学的一个科研团队，就成功研制出高压电的远程传输装置，还完成了一次长达3米的高压输送实验。结果十分圆满。
而该实验的原理，就正是先前特斯拉未完成的磁共振式无线供电技术。
尽管，该装置仍存在着耗损大、成本高的弱点，但相信在无数科学家的努力下，这一技术难关定然能被攻破，进而让大众享受到真正的无线供电技术。
参考资料
《美媒：红外线输电试验获得成功》--------参考消息
《是否可以实现电能的无线传播》-------电工之家
《黑科技走出实验室，小米首发隔空充电，五米范围隔空充电》---------充电头网
《隔空充电？当科幻电影成真》---------千家智能家居网
《高压电无线输送成功运行 武大首创传输距离大于3米》--------湖北日报
想象你走进机场或杂货店时，你的智能手机开始自动充电。由于一种新型无线激光充电系统，这有朝一日可能会成为现实。该系统克服了此前阻碍开发安全便捷充电系统的一些挑战。
相关研究团队负责人、来自韩国世宗大学的何津永（音）说：“以无线方式为设备供电的能力可以消除为我们的手机或平板电脑供电时把电线移来移去的必要。它还可以为各种传感器供电，例如物联网设备中的传感器和用于监测制造厂生产过程的传感器。”
在光学出版集团的《光学快讯》杂志中，研究人员描述了他们的新系统，该系统利用红外线安全传输高水平功率。实验室测试显示，它可以将400毫瓦的光功率传输远达30米的距离。这一功率足以给传感器充电。随着研发工作推进，其可能被提高至为移动设备充电所必需的水平。
为以无线方式远程传输电能，人们已经对多种技术进行了研究。不过，此前很难安全地在“米”级距离上传输足够电能。为克服这一挑战，上述研究人员对一种名为分布式激光充电的方法进行了优化，该方法最近因其应用赢得更多关注，因为它提供了安全的高功率照明，减少了光损失。
何津永说：“尽管大多数其他方法均要求接收装置放在一个特殊的充电座内或处于静止状态，但分布式激光充电系统能够在无需进行相关追踪的情况下自动耦合，只要发射器和接收器处于彼此‘视线’内即可。如果一个物体或人阻挡‘视线’，系统还会自动转向安全的低功率传输模式。”
当发射器和接收器在彼此“视线”内时，就会在发射器和接收器之间的空中形成一个激光谐振腔，使得该系统能够输出基于光的电能。如果一个障碍物切断发射器与接收器之间的“视线”，系统就会自动切换至安全供电模式，实现空中无危险供电。
在新系统中，研究人员使用配有掺铒光纤放大器的光功率源，中心波长为1550纳米。这种波长区间处于光谱中最安全的范围，在所使用的功率下对人眼或皮肤不会造成任何危险。
何津永说：“在接收器单元中，我们加入了一个球面透镜后向反射器，以帮助发射器与接收器进行360度耦合，这使得电能传输效率最大化。我们在实验中观察到，该系统的整体性能依赖于球面透镜的折射率，其中2.003的折射率最有效。”
为验证这一系统，研究人员把一个发射器和一个接收器相隔30米放置。发射器由配有掺铒光纤放大器的光源组成，接收器单元包括一个后向反射器、一个将光学信号转化为电能的光伏电池以及一个会在电能传输过程中亮起的发光二极管。这种约10乘10毫米的接收器可以被轻松整合至设备和传感器中。
实验结果显示，在谱线宽度为1纳米的情况下，单通道无线光功率传输系统能够在30米距离内提供400毫瓦的光功率。光电装置将其转化为85毫瓦的电源功率。
研究人员的实验还表明，当发射器和接收器之间的“视线”被人手切断时，该系统会自动转向一种安全的功率传输模式。在这种模式下，发射器会产生强度极低的光，不会对人构成任何风险。
何津永说：“使用这种激光充电系统取代工厂中的电线可以节省维护和更换成本。在电线连接可能造成干扰或火灾的恶劣环境下，这可能尤其有用。”
在报道中，还附上了科研团队负责人何津永，对该技术的介绍：
“以无线方式为设备供电的能力可以消除为我们的手机或平板电脑供电时把电线移来移去的必要。它还可以为各种传感器供电，例如物联网设备中的传感器和用于监测制造厂生产过程的传感器。”
之后，另一家美国媒体《光学快讯》，也对此次研究表现出相当的兴趣，并派遣媒体记者对科研团队进行了新一轮采访。
原来，该科研团队所研发的远程输电系统，是依靠红外线媒介来进行输电的，研究人员还特地强调这是一种安全稳定，且能支持高功率的传输手段。
在最后的实验中，科研人员完成了远达30米的输电实验，让目标手机成功充上了电，突破了原先各国的研究记录，堪称远程输电的新一轮突破，令人大受震撼。
不过，本次实验的电功率仅有0.4瓦，与目前普遍的手机充电功率仍有差距，但科研人员表示，本次实验主要是针对可行性和距离的测试，随着后期科研的推进，电功率将会提高至可用水平。
除此之外，研究负责人何津永还进一步阐述了该系统的优势：
“尽管大多数其他方法均要求接收装置放在一个特殊的充电座内或处于静止状态，但分布式激光充电系统能够在无需进行相关追踪的情况下自动耦合，只要发射器和接收器处于彼此‘视线’内即可。如果一个物体或人阻挡‘视线’，系统还会自动转向安全的低功率传输模式。”
何津永的介绍，简单来说，就是该系统需要在充电器和被充电器上安装一个红外线装置，以保证两者能够使用红外线进行联通。
但这种红外线系统是散射的，只要充电器和被充电器处于同一空间，那充电就能继续，若是红外线被物体阻断，那系统就会智能地转为低功率模式，以确保人体不会因此受到影响。
另外，在针对一些较为复杂的充电环境时，何津永表示：“在接收器单元中，我们加入了一个球面透镜后向反射器，以帮助发射器与接收器进行360度耦合，这使得电能传输效率最大化。我们在实验中观察到，该系统的整体性能依赖于球面透镜的折射率，其中2.003的折射率最有效。”
这种球面透镜的改装，意味着充电器和被充电器的联通，并不是呆板的一条线式接连，而是灵活且多连线式的衔接。
这也使得该系统，能够适应各种复杂环境下的远程输电，进一步体现出该系统的高精尖性能。
远程输电：站在巨人肩膀的实验
但值得一提的是，来自韩国世宗大学的何津永及其团队，所研发的远程输电系统，并非是“前无古人后无来者”的项目。
早在2021年时，我国小米科技就已经实现了隔空充电。根据当时所播放的视频资料，我们可以看出小米的隔空充电设备稍显庞大，类似于今日的空气净化器大小。
但设备的庞大，也意味着功能的强大，只见该设备能够完成5米远的设备充电，而且还能同时连接数个设备，堪称居家充电的“神器”。
而与之相似的，还有俄罗斯一家名为“能源”的火箭航天公司做的一项远程输电实验，他们利用激光为 1.5 公里以外的手机充电 1 小时。
又如2015 年时，微软亚洲研究院也曾做过相关的光线充电实验，尽管该实验也取得成功，但最终因光线形成过于苛刻，而只能停留于实验室研究中。
不过，无论是韩国团队的红外线输电，还是小米的相控阵技术输电，又或是微软亚洲研究院的光线输电，他们这些远程输电项目，其实都是站在一位巨人的肩膀上实现的，而这位巨人便就是特斯拉。
这个特斯拉并不是马斯克所创立的公司，而是该公司名称的由来---------生活在百年前的科学家尼古拉·特斯拉。
因为在1901年时，特斯拉就曾建造了一座大型高压无线电站，他希望利用一种全球性的电磁共振，来完成远距离输电。
但最终因制造成本过高，而致使该实验无疾而终，直至特斯拉逝世，这也就成为了历史书上的一笔遗憾。
值得一提的是，在经典战略游戏《红色警戒2》中，制作者还特别设计了一个名为“磁暴线圈”的电塔，在虚拟游戏的背景下，致敬了特斯拉的这一尝试和壮举。
可虚拟游戏终究不是现实，特斯拉所引领的这种远程输电，在现实生活中，除去为设备充电外，还能有何作为呢？
远程高压电输送：大有可为
针对这一问题，答案是肯定的，而且远程输电在现代背景下，可谓是大有可为。
因为，远程输电完全可以作用于高压电的远程输送中。
以我国南方的高压电输送为例，许多高压传输线路为了不影响城市和公路建设，大多都是建立在人迹罕至的高山之上。
这虽然保证了人民生活不受影响，但同时也加大了这些电塔的维护成本。
首先是电塔巡检时，电力维护人员都要跋山涉水，增大了时间成本，如果遇到电塔故障，那维修物资的运输，还会成为一大问题，令无数检修人员倍感头疼。
另外，这些电塔地处偏远，这使得一旦发生故障，往往难以准确发现和定位，因为高山上的极端环境，经常会让监控设备失灵失效，加大了检修的难度。
因此，若能实现远程高压电输送，那不仅能让电塔的选址“下沉”，还能使故障能更早、更准确地被发现。
虽然，这听起来与我们有些遥远，但令人震惊的是，其实我国很早以前，就已经开始了相关项目的研究。
在2016年时，武汉大学的一个科研团队，就成功研制出高压电的远程传输装置，还完成了一次长达3米的高压输送实验。结果十分圆满。
而该实验的原理，就正是先前特斯拉未完成的磁共振式无线供电技术。
尽管，该装置仍存在着耗损大、成本高的弱点，但相信在无数科学家的努力下，这一技术难关定然能被攻破，进而让大众享受到真正的无线供电技术。
参考资料
《美媒：红外线输电试验获得成功》--------参考消息
《是否可以实现电能的无线传播》-------电工之家
《黑科技走出实验室，小米首发隔空充电，五米范围隔空充电》---------充电头网
《隔空充电？当科幻电影成真》---------千家智能家居网
《高压电无线输送成功运行 武大首创传输距离大于3米》--------湖北日报
免责声明：来源标记为网络的文章其原创性及文中陈述文字和内容未经协会证实，对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺请读者仅作参考并请自行核实相关内容。
行业分析
光电新闻
010-84321456/1457
coema@coema.org.cn
北京市朝阳区酒仙桥路四号中国电科十一所园区
