科技新知｜用空气替手机、平板电脑进行无线充电　实验正在进行中

有一天，我们可以透过空气，无线地对手机与平板电脑充电，这归功于新发展的科技。

▼▼▼用空气进行无线充电指日可待！▼▼▼

空气中无线充电

研究人员们使用了红外线雷射光，来发射功率 400 毫瓦的光到至少 30 公尺的距离处。这足够对小型感测器进行充电，虽然随著时间演进下去，它也能被研发成，能够对例如智慧型手机等较大的设备进行充电。

这些都是在一个非常安全的方式之下完成的。当没有在使用时，雷射会降回低功率模式。

这项科技的专业术语是分布式雷射充电（distributed laser charging），而在此所研发的特别类型，比起过去有著相似类型的无线电力传输技术的实验而言，设法变得更为安全、且传输得更远。

南韩世宗大学（Sejong University）的电机工程师河镇英教授（Jinyong Ha，音译）说：“当大部分的其他方法，都需要将接收设备放于特别的充电座或是保持固定，分布式雷射充电能够在没有追踪过程下自动对准（self-alignment），只要传输器与接收器在彼此的视线范围内。”

实验设置

一般而言，组成雷射腔的、让光反射的组件会一起在同一个设备当中。在此，它们被分成传输器与接收器，而这代表说，只要传输器与接收器在彼此的视线范围内，那么就会在这之间形成雷射腔。

在实验设置当中，一台用银白色的铒（erbium）金属特别处理过的放大传输器，被设置于距离接收器 30 公尺远。这台接收器配备有光伏电池，来将光讯号转成电力。

在大小只有 10mm x 10mm 之下，这台接收器够小来装入紧实的装置，例如感测器。比方说，较小的智慧型家用设备，例如动作或温度感测器，就能够用这个方式来无线地充电。

设备最佳化

有一天，你就能够走进机场，并且在使用手机时进行充电，而不需要缆线或是插座。虽然，在那件事发生之前，研究团队必须要将系统能够传输的能量等级扩大。

扩大过程的部分可能包括对接收器中的光伏电池进行升级，如此一来才能够将更多雷射光转变成电力。另一个可以改善的地方在于，让装置可以在同时与多个接收器一同运作。

雷射光的中心波长为 1550 奈米，是红外线光谱中最安全的部分，而不会伤害到人类皮肤或眼睛。科学家们进行了很多进一步的改进，来改善系统的效率，以确保尽可能地传输越多能量越好。

河教授说：“在接收器单元部分，我们合并了一个球面球镜复归反射器，以便于传输器与接收器间能 360 度对齐。这能够最大化能量传输效率。我们在实验中观察到，系统整体的表现是取决于球镜的折射率，其中以折射率 2.003 最为有效。”

研究优点

对这项技术而言，现在还是早期阶段，但无线能量传输不仅只会对个人电子仪器有益，还会对缆线难以组装在一起或维护的工业环境产生很大的差异。

河教授说：“使用雷射充电系统来取代工厂中的电源线，可以节省维护与替换的成本。这可能会对艰困的环境特别有用，因为在那些环境当中，电气连接可能会造成干扰或是导致火灾。”

参考资料：

Nield, D., (2022, September 2). Researchers Just Wirelessly Transmitted Power Over 98 Feet of Thin Air. ScienceAlert

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

图片来源：https://www.sciencealert.com/researchers-just-wirelessly-transmitted-power-over-98-feet-of-thin-air（图：Jinyong Ha, Sejong University）

延伸阅读：新研发纸电池媲美 AA 电池　由水活化而成　期望与环境取得平衡

【本文获“明日科学”授权转载。】