Onderzoekers kunnen stroom over 30 meter verzenden

Nieuw laser oplaadsysteem kan veilige draadloze stroom bieden voor mobiele apparaten en sensoren

Stel u voor dat u een luchthaven of supermarkt binnenloopt en uw laptop of smartphone begint automatisch op te laden. Dit zou ooit werkelijkheid kunnen worden, dankzij een nieuw draadloos laser oplaadsysteem. Dat een aantal van de uitdagingen overwint die eerdere pogingen om veilige en handige oplaadsystemen voor onderweg te ontwikkelen, hebben belemmerd.

Gebruik infrarood voor draadloos stroom
Onderzoekers hebben een nieuw systeem gemaakt dat infrarood licht gebruikt om veilig hoge niveaus van vermogen over afstanden tot 30 meter over te dragen. Dit type optisch draadloos energie overdrachtssysteem met groot bereik kan realtime stroomoverdracht naar vaste en mobiele ontvangers mogelijk maken. Bron afbeelding: Jinyong Ha, Sejong-universiteit

De mogelijkheid om apparaten draadloos van stroom te voorzien, zou de noodzaak wegnemen om stroomkabels voor onze telefoons of tablets mee te nemen,

zegt onderzoeksteamleider Jinyong Ha van de Sejong University in Zuid-Korea. 

Het kan ook verschillende sensoren aandrijven, zoals die in Internet of Things (IoT) apparaten en sensoren die worden gebruikt voor het bewaken van processen in fabrieken.

In het Optica Publishing Group-tijdschrift Optics Express beschrijven de onderzoekers hun nieuwe systeem, dat infrarood licht gebruikt om hoge energieniveaus veilig over te dragen. Laboratoriumtests toonden aan dat het 400 mW lichtvermogen over afstanden tot 30 meter kon overbrengen. Dit vermogen is voldoende voor het opladen van sensoren. Met verdere ontwikkeling zou het kunnen worden verhoogd tot het niveau dat nodig is om mobiele apparaten op te laden.

Technieken

Er zijn verschillende technieken bestudeerd voor draadloze energieoverdracht over lange afstanden. Het was echter moeilijk om voldoende vermogen veilig over afstanden op meterniveau te verzenden. Om deze uitdaging te overwinnen, optimaliseerden de onderzoekers een methode genaamd gedistribueerd laserladen. Die onlangs meer aandacht heeft gekregen voor deze toepassing omdat het veilige krachtige verlichting biedt met minder lichtverlies.

Terwijl de meeste andere benaderingen vereisen dat het ontvangende apparaat zich in een speciaal laadstation bevindt of stilstaat. Maakt gedistribueerd laserladen zelf uitlijning mogelijk zonder volgprocessen. Zolang de zender en ontvanger zich in elkaars zichtlijn bevinden.

Zo zei één van de onderzoekers.

Het schakelt ook automatisch over naar een veilige modus voor laag vermogen als een object of een persoon de gezichtslijn blokkeert.

Zo stelt een andere onderzoeker.

Nog een afstand te gaan

Gebruik infrarood voor draadloos stroom
Het nieuwe systeem omvat een zender die bestaat uit een optische stroombron van een met erbium gedoteerde vezelversterker en een ontvanger met een retroreflector met kogellens die de prestaties verbetert. Bron: Jinyong Ha, Sejong-universiteit

Gedistribueerd laserladen werkt enigszins als een traditionele laser. Maar in plaats van dat de optische componenten van de laserholte in één apparaat worden geïntegreerd, zijn ze gescheiden in een zender en ontvanger. Wanneer de zender en ontvanger zich binnen een gezichtslijn bevinden, wordt er een laserholte tussen hen gevormd over de lucht, of vrije ruimte. Waardoor het systeem op licht gebaseerd vermogen kan leveren. Als een obstakel de zichtlijn van de zender en ontvanger doorsnijdt, schakelt het systeem automatisch over naar een stroomveilige modus. Waardoor een gevaarlijke stroomafgifte in de lucht wordt bereikt.

Gebruik infrarood voor draadloos stroom
De test-setup, waarin een transmitter met een erbium-gebaseerde optische versterker en een receiver met een bolle retroreflector gebruikt zijn. Bron: Jinyong Ha, Sejong-universiteit

In het nieuwe systeem gebruikten de onderzoekers een met erbium gedoteerde vezelversterker optische krachtbron met een centrale golflengte van 1550 nm. Dit golflengtebereik bevindt zich in het veiligste deel van het spectrum. Het vormt bij het gebruikte vermogen geen gevaar voor menselijke ogen of huid. Een ander belangrijk onderdeel was een multiplexfilter met golflengteverdeling. Dat een smal bandige straal creëerde met optisch vermogen binnen de veiligheidslimieten voor voortplanting in de vrije ruimte.

“In de ontvanger eenheid hebben we een retroreflector met sferische bollens opgenomen. Om de uitlijning van zender en ontvanger over 360 graden te vergemakkelijken, wat de efficiëntie van de krachtoverdracht maximaliseerde,” zei Ha. 

“We hebben experimenteel vastgesteld dat de algehele prestatie van het systeem afhing van de brekingsindex van de bollens. Waarbij een brekingsindex van 2,003 het meest effectief was.”