Hãy tưởng tượng bạn đang bước vào sân bay hoặc cửa hàng tạp hóa và điện thoại thông minh của bạn tự động bắt đầu sạc. Điều này có thể trở thành hiện thực vào một ngày không xa nhờ hệ thống sạc laser không dây mới sau khi các nhà nghiên cứu vượt qua một số thách thức đã cản trở những nỗ lực trước đây nhằm phát triển hệ thống sạc khi di chuyển an toàn và tiện lợi.

Trên tạp chí Optics Express, các nhà nghiên cứu mô tả hệ thống mới của họ sử dụng ánh sáng hồng ngoại để truyền tải mức năng lượng cao một cách an toàn. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy có thể truyền công suất ánh sáng 400 mW ở khoảng cách lên đến 30 mét. Nguồn điện này đủ để sạc các cảm biến và khi được phát triển thêm nữa, hoàn toàn có thể tăng lên đến mức cần thiết để sạc các thiết bị di động.

Một số kỹ thuật đã được nghiên cứu để truyền điện năng không dây tầm xa. Tuy nhiên, rất khó để gửi đủ năng lượng điện một cách an toàn qua khoảng cách cỡ mét. Để vượt qua thách thức này, các nhà nghiên cứu đã tối ưu hóa một phương pháp gọi là sạc laser phân tán, phương pháp này gần đây đã thu hút nhiều sự chú ý vì nó cung cấp khả năng chiếu sáng công suất cao an toàn và ít bị mất mát ánh sáng hơn.

Trong khi hầu hết các phương pháp tiếp cận khác yêu cầu thiết bị nhận phải ở trong đế sạc đặc biệt hoặc ở trạng thái tĩnh, sạc bằng tia laser phân tán cho phép tự căn chỉnh mà không cần theo dõi các quá trình miễn là thiết bị phát và thiết bị thu nằm trong tầm nhìn của nhau.

Sạc laser phân tán hoạt động giống như laser truyền thống nhưng thay vì các thành phần quang học của khoang laser được tích hợp vào một thiết bị, chúng được tách thành bộ phát và bộ thu. Khi máy phát và máy thu nằm trong một tầm nhìn, một liên kết laser được hình thành giữa chúng trong không khí, cho phép hệ thống cung cấp năng lượng dựa trên ánh sáng. Nếu một chướng ngại vật chắn ngang tầm nhìn của máy phát đến máy thu, hệ thống sẽ tự động chuyển sang chế độ an toàn về điện, giúp cung cấp điện trong không khí không gây nguy hiểm.

Trong hệ thống mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nguồn khuếch đại sợi quang pha tạp erbium với bước sóng trung tâm 1550 nm. Dải bước sóng này nằm trong vùng an toàn nhất của quang phổ hồng ngoại và không gây nguy hiểm cho mắt hoặc da người ở nguồn điện được sử dụng. Một thành phần quan trọng khác là bộ lọc ghép kênh phân chia bước sóng tạo ra chùm tia băng hẹp có công suất quang học trong giới hạn an toàn cho sự lan truyền trong không gian tự do.

Trong bộ thu, các nhà nghiên cứu đã kết hợp một bộ phản xạ thấu kính hình cầu để tạo điều kiện thuận lợi cho việc căn chỉnh bộ phát - bộ thu 360^o, giúp tối đa hóa hiệu quả truyền tải điện năng.

Để chứng minh hệ thống, các nhà nghiên cứu đã thiết lập khoảng cách 30 mét giữa máy phát và máy thu. Bộ phát được làm bằng nguồn khuếch đại sợi quang pha tạp erbium và bộ thu bao gồm một bộ phản xạ ngược, một tế bào quang điện giúp chuyển đổi tín hiệu quang thành công suất điện và một đèn LED chiếu sáng khi nguồn điện đang được phân phối. Bộ thu này có kích thước khoảng 10x10 mm và có thể dễ dàng được tích hợp vào các thiết bị và cảm biến.

Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống truyền tải điện quang không dây đơn kênh có thể cung cấp công suất quang 400 mW với đường truyền kênh 1 nm trên khoảng cách 30 mét. Quang năng đã biến đổi công suất này thành công suất điện 85 mW. Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hệ thống tự động chuyển sang chế độ truyền điện an toàn khi tầm nhìn bị gián đoạn bởi con người che chắn. Ở chế độ này, máy phát tạo ra ánh sáng cường độ cực thấp không gây rủi ro cho người. Chi tiết tham khảo tại:

Nadeem Javed, Ngoc-Luu Nguyen, Syed Farhan Ali Naqvi, Jinyong Ha. Long-range wireless optical power transfer system using an EDFA. Optics Express, 2022; 30 (19): 33767 DOI: 10.1364/OE.468766

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn