隨著便攜式電子產品、物聯網設備、電動汽車充電的需求不斷增長，對無線電力傳輸(WPT)系統的需求也在增加。此外，5G通信的出現催生了對遠程、低成本和低延遲無線電力傳輸技術的需求。無線電力傳輸的兩個主要分支是近場和遠場自由空間電力傳輸。近年來，盡管諸如基于諧振的磁感應和電容耦合功率傳輸方法等技術表現出高效率和多接收器充電，但它們僅限于從幾毫米到 5 米的短距離。

長距離WPT技術包括射頻/微波、單色激光束和超聲WPT技術。射頻無線電力傳輸 (RFWPT) 也已被廣泛研究用于遠程無線電力傳輸。已經使用 RFWPT 在自由空間中以900 MHz、2.4 GHz、5.8 GHz 和 24 GHz（毫米波）傳輸進行了各種研究。在之前的一項研究中，實驗證明了 915 MHz 的 RFWPT 系統在 15 m 處實現了 10% 的功率傳輸效率。相比之下，5.8 GHz 的射頻 WPT 在 5 m 處提供 0.24% 的功率傳輸效率，隨著與發射器距離的增加而降低。另一項研究報告說，使用 5-6 GHz 頻率，在 4 m 處發射功率為 32 W，接收功率為 100 mW 。此外，最近還演示了 2.4 GHz 和 24 GHz 系統。然而，2.4 GHz 系統在安全電力傳輸方面存在局限性，并且 24 GHz 系統導致設計更加龐大和昂貴。

使用射頻/微波功率傳輸的 WPT 要么受到安全限制的限制，要么無法在保持遠距離效率的同時提供足夠的功率水平。這些系統主要在天線/整流天線設計、衍射、干擾和環境問題方面面臨挑戰 。盡管 RFWPT 系統具有潛力，但這些系統中使用的 EM 波的色散特性往往會增加自由空間損耗、多徑衰落和有害輻射。所有這些因素都導致使用 RFWPT無法實現高能效。

此外，使用單色激光的光功率傳輸可以在高功率能量水平上實現遠距離無線傳輸。然而，達到國際電工委員會 (IEC) 規定的安全能量水平是基于激光的無線能量傳輸的失敗之一。

為了克服這些挑戰，研究人員優化了一種名為分布式激光充電的方法。發表在《Optics Express》的論文中，研究人員描述了他們的新系統，該系統使用紅外光安全地傳輸高強度的能量。實驗室測試表明，它可以在30米的距離內傳輸400mW的光功率。這種能量足以為傳感器充電，隨著進一步的發展，它可能會增加到為移動設備充電所需的水平。

分布式激光充電的工作原理有點像傳統的激光，但激光腔的光學組件不是集成到一個設備上，而是分離到發射器和接收器上。當發射機和接收機在視線范圍內時，在空中或自由空間上形成一個激光腔，使系統能夠傳輸基于光的能量。如果障礙物切斷了收發器的視線，系統會自動切換到電力安全模式，實現無危險的空中供電。

在新系統中，研究人員使用了一個中心波長為1550 nm的摻鉺光纖放大器光功率源。這個波長范圍是光譜中最安全的區域，在使用的功率下不會對人眼或皮膚造成危險。另一個關鍵組件是波分復用濾波器，它在自由空間傳播的安全范圍內產生光功率窄帶光束。

審核編輯：劉清

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