中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院研究人員合作，首次提出一種基于全固態(tài)激光器的諧振光束實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)充電的新方案，實(shí)現(xiàn)2瓦電功率、2.6米無(wú)線(xiàn)能量傳輸。相關(guān)成果發(fā)表于《IEEE INTERNET OF THINGS JOURNAL》。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電量供給成為了制約物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的障礙之一。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池容量和供電之間的矛盾也愈加顯著。因此，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供隨時(shí)隨地?zé)o線(xiàn)能量傳輸?shù)募夹g(shù)受到了研究者的廣泛關(guān)注。現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)能量傳輸技術(shù)主要有兩種：近場(chǎng)無(wú)線(xiàn)能量傳輸與遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)能量傳輸。近場(chǎng)無(wú)線(xiàn)能量傳輸技術(shù)主要有磁感應(yīng)和磁共振。遠(yuǎn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)能量傳輸技術(shù)主要有射頻、超聲波、激光等。但是由于技術(shù)限制，現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)傳能技術(shù)均無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)安全、遠(yuǎn)距離、高功率的無(wú)線(xiàn)能量傳輸。

在該項(xiàng)研究中，研究人員提出利用全固態(tài)激光的腔內(nèi)光作為無(wú)線(xiàn)能量傳輸媒介的諧振光束充電技術(shù)，可以安全的傳輸數(shù)瓦的無(wú)線(xiàn)功率到數(shù)米的距離。諧振光束充電技術(shù)具有本征安全性，一方面，傳輸通道內(nèi)一旦有異物遮擋可以自動(dòng)切斷能量的傳輸；另一方面，傳輸通道外的生物不會(huì)受到能量泄露的影響。此外，諧振光束充電系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)和同時(shí)多路輸出。研究人員提出了諧振光束充電能量傳輸通道的解析模型，并分析了諧振光束充電系統(tǒng)的連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)條件以及工作距離內(nèi)的能量傳輸效率；建立了諧振光束系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)，在輸出光功率為10.18W的條件下，實(shí)現(xiàn)了2W的電功率傳輸?shù)阶钸h(yuǎn)2.6m的距離；在實(shí)驗(yàn)和理論上對(duì)諧振光束充電系統(tǒng)的傳輸距離、傳輸效率、輸出電功率等性能進(jìn)行了評(píng)估。通過(guò)進(jìn)一步提升諧振腔的可移動(dòng)性，該技術(shù)有望廣泛應(yīng)用于手機(jī)等電子器件的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)充電中。

圖1 諧振光束充電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。

圖2  (a) 最遠(yuǎn)的能量傳輸距離與M1曲率的關(guān)系；(b) 增益介質(zhì)上的光斑尺寸與傳輸距離的關(guān)系。

圖3 輸出功率和輸入電功率的關(guān)系（紅色實(shí)線(xiàn)）；傳輸效率（藍(lán)色虛線(xiàn)）。