TOKJO - 17 ta' Settembru, 2025 -NTT, Inc. (Kwartieri Ġenerali: Chiyoda, Tokyo; President u CEO: Akira Shimada; minn hawn 'il quddiem "NTT") u Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (Kwartieri Ġenerali: Chiyoda, Tokyo; President u CEO: Eisaku Ito; minn hawn 'il quddiem "MHI") wettqu esperiment ta' trażmissjoni ta 'enerġija ottika mingħajr fili bl-użu ta' raġġ tal-laser 1 kilometru biex jittrasmetti enerġija bla fili bogħod. Billi irradja raġġ tal-lejżer b'qawwa ottika ta '1 kW, irnexxielna nirċievu 152 W ta' enerġija elettrika 1 kilometru 'l bogħod. Dan jimmarka l-ogħla effiċjenza fid-dinja ta 'trasmissjoni ta' enerġija mingħajr fili ottika bl-użu ta 'element ta' konverżjoni fotoelettrika tas-silikon (Nota2) f'ambjent b'turbolenza atmosferika qawwija.
Dan ir-riżultat juri l-fattibilità li titwassal l-enerġija f'siti imbiegħda. Fil-futur, huwa mistenni li jiġi applikat għal-trażmissjoni tal-enerġija fuq talba lejn gżejjer remoti u żoni milquta minn diżastri- fejn ma jistgħux jiġu installati kejbils tal-enerġija.
Din il-kisba ġiet ippubblikata fir-rivista Ingliża Electronics Letters fil-5 ta’ Awwissu, 2025.
Sfond
F'dawn l-aħħar snin, it-teknoloġiji tat-trażmissjoni tal-enerġija mingħajr fili għal apparati bħal smartphones, apparat li jintlibes, drones, u vetturi elettriċi, li jistgħu jfornu l-elettriku mingħajr ma jużaw kejbils, ġabru attenzjoni dejjem akbar. Hemm żewġ tipi ta 'sistemi ta' trasmissjoni ta 'enerġija mingħajr fili: wieħed juża microwaves u l-ieħor juża raġġi tal-lejżer. It-trażmissjoni tal-qawwa mingħajr fili tal-microwave hija diġà fl-użu prattiku u l-użu tagħha qed jespandi. Min-naħa l-oħra, it-trasmissjoni tal-qawwa mingħajr fili ottika bl-użu ta 'raġġ tal-lejżer ma ġietx imqiegħda f'użu prattiku, iżda huwa mistenni li tirrealizza trasmissjoni ta' qawwa mingħajr fili ta 'distanza twila -kompatta fuq l-ordni ta' kilometri billi tieħu vantaġġ mid-direttività għolja tar-raġġ tal-lejżer (Figura 1).
Prospetti futuri jipprevedu l-iżvilupp ta'-infrastruttura tal-ġenerazzjoni li jmiss kapaċi li tforni l-enerġija u tespandi l-kopertura tal-komunikazzjoni f'sitwazzjonijiet u reġjuni fejn in-netwerks tal-elettriku jew tal-komunikazzjoni ma jkunux disponibbli, bħal waqt diżastri, fi gżejjer remoti, żoni muntanjużi, jew fuq il-baħar. Dan jinkludi t-twassil tal-enerġija b'mod preċiż għal żoni speċifiċi jew pjattaformi li jiċċaqalqu bħal drones. Il-kisba ta' tali konsenja ta' enerġija preċiża ħafna u-distanza twila teħtieġ trasmissjoni ta' enerġija mingħajr fili bbażata fuq-lejżer li tieħu vantaġġ mid-direzzjonalità qawwija tagħha.
Sfidi ta 'teknoloġiji eżistenti u kisbiet ta' dan l-esperiment
L-effiċjenza tat-teknoloġija tat-trażmissjoni tal-enerġija ottika mingħajr fili hija ġeneralment baxxa, u t-titjib tal-effiċjenza huwa kwistjoni għal użu prattiku. Waħda mir-raġunijiet għal dan hija li meta-raġġ tal-lejżer fuq distanza twila jinfirex, speċjalment fl-atmosfera, id-distribuzzjoni tal-intensità ssir irregolari, u l-effiċjenza tal-konverżjoni tar-raġġ tal-lejżer f'enerġija elettrika fl-element ta 'konverżjoni fotoelettrika ssir baxxa.
F'dan l-esperiment, għaqqadna t-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġ ta 'NTT mat-teknoloġija li tirċievi d-dawl ta' MHI biex ittejjeb l-effiċjenza tat-trażmissjoni tal-qawwa mingħajr fili tal-lejżer. Aħna wettaqna esperiment ta' trażmissjoni ta 'enerġija ottika mingħajr fili fuq distanza twila-f'ambjent ta' barra bl-użu ta 'teknoloġija tal-iffurmar ta' raġġ ċatt ta 'distanza twila-li tifforma r-raġġ fin-naħa tat-trażmissjoni biex tinkiseb intensità tar-raġġ uniformi wara propagazzjoni ta' kilometru 1, u t-teknoloġija tal-livellar tal-kurrent tal-ħruġ li trażżan l-influwenza tal-varjazzjonijiet atmosferiċi b'omoġenizzatur u ċirkwiti ta 'livellar fuq in-naħa li tirċievi.
Minn Jannar sa Frar 2025, għamilna esperiment ta’ trażmissjoni ta’ enerġija mingħajr fili ottika fuq ir-runway fl-Ajruport ta’ Nanki-Shirahama fil-Belt ta’ Shirahama, Distrett ta’ Nishimuro, Prefettura ta’ Wakayama (Figura 2). Kabina tat-trażmissjoni mgħammra b'sistema ottika biex tarmi raġġ tal-lejżer ġiet installata f'tarf wieħed tar-runway, u kabina ta' riċeviment li kien fiha panel ta' riċeviment tad-dawl-tqiegħdet kilometru 'l bogħod.
Matul it-trażmissjoni, l-assi ottiku tal-lejżer kien issettjat f'għoli baxx ta 'madwar 1 metru 'l fuq mill-art u allinjat orizzontalment. Bħala riżultat, ir-raġġ kien affettwat b'mod qawwi mit-tisħin tal-art u r-riħ, u l-esperiment sar taħt kundizzjonijiet b'turbolenza atmosferika qawwija.
Ġewwa l-kabina tat-trasmissjoni, ġie ġġenerat raġġ tal-lejżer b'qawwa ottika ta '1035 W. Bl-użu ta 'element ottiku diffrattiv (DOE) (Nota 3), ir-raġġ kien iffurmat biex joħloq distribuzzjoni ta' intensità uniformi f'distanza ta 'kilometru 1. Barra minn hekk, intużat mera ta 'l-istering tar-raġġ biex tidderieġi b'mod preċiż ir-raġġ iffurmat lejn il-pannell li jirċievi. Ir-raġġ ħareġ mill-apertura tal-kabina tat-trasmissjoni u mxerred fuq kilometru 1 ta 'spazju miftuħ, u fl-aħħar wasal il-kabina tar-riċeviment.
Matul il-propagazzjoni, it-taqlib atmosferiku kkawża varjazzjonijiet fl-intensità tar-raġġ, u ħoloq hot spots. Dawn ġew imxerrda b'omoġenizzatur fil-kabina tar-riċeviment, li rriżulta f'raġġ uniformi jiġi irradjat fuq il-pannell li jirċievi. Ir-raġġ tal-lejżer imbagħad ġie kkonvertit b'mod effiċjenti f'enerġija elettrika (Figura 3). Ġie adottat element ta' konverżjoni fotoelettrika bbażat fuq is-silikon-għall-pannell li jirċievi, b'kont meħud kemm tal-ispiża kif ukoll tad-disponibbiltà.
F'dan l-esperiment, il-qawwa elettrika medja estratta mill-pannell li jirċievi kienet ta '152 W (Figura 4), li tikkorrispondi għal effiċjenza ta' trasmissjoni ta 'enerġija mingħajr fili ta' 15%, definita bħala l-proporzjon ta 'enerġija elettrika riċevuta għal qawwa ottika trażmessa. Dan ir-riżultat jimmarka l-ogħla effiċjenza tat-trażmissjoni tal-enerġija mingħajr fili ottika fid-dinja li qatt intweriet bl-użu ta' element ta' konverżjoni fotoelettrika bbażat fuq is-silikon- taħt kundizzjonijiet ta' turbolenza atmosferika qawwija. Barra minn hekk, it-twassil kontinwu tal-enerġija inżamm b'suċċess għal 30 minuta, u dan ikkonferma l-fattibilità ta' trażmissjoni tal-enerġija ta'-tul twil bl-użu ta' din it-teknoloġija.
Nota: Mill-perspettiva tas-sikurezza, is-sistema ta 'trażmissjoni ottika u l-pannell li jirċievi ġew installati kull wieħed ġewwa kabini biex jipprevjenu espożizzjoni aċċidentali għal raġġi tal-lejżer ta'-qawwa għolja u t-tixrid ta 'dawl rifless.
Punti ewlenin tekniċi
Teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġ ċatt fuq distanza twila-
Biex tittejjeb l-effiċjenza tal-konverżjoni fotoelettrika, huwa meħtieġ li d-distribuzzjoni tal-intensità tal-inċident tar-raġġ fuq l-element ta 'konverżjoni fotoelettrika ssir uniformi.
F'dan l-istudju, ipproponejna metodu tal-iffurmar tar-raġġ li jippermetti uniformità tal-intensità wara propagazzjoni ta'-distanza twila. F'dan l-approċċ, il-parti ta' barra tar-raġġ tiġi trasformata f'mudell ta' forma ta' ċirku-bl-użu ta' lenti ta' axicon (Nota4). Il-parti ċentrali tar-raġġ hija fażi-modulata biex tespandi permezz tal-effett ta' lenti konkava. Hekk kif ir-raġġ jippropaga, ir-raġġ b'forma ta' ċirku-u r-raġġ ċentrali estiż jikkoinċidu gradwalment, u dan jirriżulta f'distribuzzjoni ta' intensità uniformi fil-post fil-mira, kif muri fil-Figura 5.
Għall-esperiment, ottimizzajna d-disinn tar-raġġ biex niksbu l-profil ta 'intensità mixtieqa f'distanza ta' kilometru 1. L-iffurmar tar-raġġ ġie implimentat bl-użu ta 'element ottiku diffrattiv, li tejjeb l-uniformità tal-intensità tar-raġġ fil-pożizzjoni fil-mira li tinsab 1 kilometru 'l bogħod.
Teknoloġija tal-livellar tal-kurrent tal-ħruġ
Hekk kif ir-raġġ tal-lejżer jinfirex fl-atmosfera, huwa affettwat minn turbolenza atmosferika, li tfixkel id-distribuzzjoni tal-intensità. Għalkemm it-teknika tal-iffurmar tar-raġġ ċatt-deskritta hawn fuq tista' uniformi d-distribuzzjoni tal-intensità, turbolenza qawwija xorta tista' tikkawża l-formazzjoni ta' spots ta'-intensità għolja, kif muri fil-Figura 6.
Biex nindirizzaw din il-kwistjoni, poġġiejna omoġenizzatur tar-raġġ quddiem il-pannell li jirċievi d-dawl-. L-omoġenizzatur ixerred tikek ta'-intensità għolja sabiex ir-raġġ jiġi irradjat b'mod uniformi fuq il-pannell. Barra minn hekk, ċirkwiti ta 'livellar kienu konnessi ma' kull element ta 'konverżjoni fotoelettrika fuq il-pannell li jirċievi. Dawn iċ-ċirkwiti jgħinu jrażżnu l-varjazzjonijiet fil-kurrent tal-ħruġ ikkawżati minn taqlib atmosferiku u jikkontribwixxu għall-istabbilizzazzjoni tal-produzzjoni ġenerali tal-enerġija.
Dawn iż-żewġ teknoloġiji jagħmluha possibbli li tinkiseb uniformità tar-raġġ fit-trażmissjoni tal-ordni tal-kilometri-, li kienet diffiċli bil-metodi konvenzjonali tal-iffurmar tar-raġġ, u li tiġi stabbilizzata l-output f'ambjenti ta 'barra. Bħala riżultat, provvista stabbli tal-enerġija għal postijiet remoti bħal gżejjer iżolati u żoni milquta minn diżastru-hija mistennija li ssir fattibbli.
Rwol ta' kull kumpanija
NTT: Disinn u implimentazzjoni ta 'ottika ta' trażmissjoni bħal tekniki ta 'formazzjoni ta' raġġi
MHI: Disinn u implimentazzjoni ta' ottiċi fotodetector bħal pannelli fotodetector, omoġenizzaturi, u ċirkwiti ta' livellar
Żviluppi futuri
Din it-teknoloġija tippermetti t-trażmissjoni effiċjenti u stabbli tal-enerġija fuq distanzi twal anke taħt turbolenza atmosferika. F'dan l-esperiment, is-silikon intuża bħala l-element ta 'konverżjoni fotovoltajka. Madankollu, billi tuża apparati fotovoltajċi ddisinjati speċifikament biex jaqblu mal-wavelength tad-dawl tal-lejżer, tista 'tiġi mistennija saħansitra ogħla effiċjenza tat-trasferiment tal-enerġija. Barra minn hekk, l-użu ta 'sorsi tad-dawl tal-lejżer b'qawwa ogħla tal-ħruġ jagħmilha possibbli li jiġu pprovduti ammonti akbar ta' elettriku.
Bħala riżultat, il-kunsinna tal-enerġija flessibbli u rapida tista' tinkiseb f'żoni remoti bħal reġjuni milquta minn diżastru-u gżejjer remoti, fejn l-installazzjoni tal-kejbils tal-enerġija tradizzjonalment kienet diffiċli. Lil hinn mill-applikazzjonijiet terrestri, firxa wiesgħa ta 'każijiet ta' użu ġodda tista 'wkoll tiġi prevista bbażata fuq din it-teknoloġija (Figura 7). Notevolment, id-direttività għolja u d-diverġenza baxxa tar-raġġi tal-lejżer jippermettu d-disinn ta 'apparati li jirċievu kompatti u ħfief. Dan huwa vantaġġ kbir għall-pjattaformi mobbli li jiffaċċjaw limitazzjonijiet stretti fil-piż u l-kapaċità tat-tagħbija.
Pereżempju, billi tgħaqqad din it-teknoloġija ma 'tekniki ta' l-isteering tar-raġġ, isir possibbli li tingħata qawwa mingħajr fili lil drones waqt it-titjira. Dan jevita restrizzjonijiet operattivi bħall-inżul għall-bdil tal-batterija jew l-użu ta' kejbils tal-provvista tal-enerġija marbutin, li jippermettu tħaddim kontinwu ta'-tul twil u-distanza twila. Tali kapaċitajiet jistgħu jtejbu l-monitoraġġ tal--żona tad-diżastri kif ukoll-relay ta' komunikazzjoni ta' żona wiesgħa f'reġjuni muntanjużi jew marittimi, applikazzjonijiet li qabel kienu diffiċli biex jiġu realizzati.
Barra minn hekk, applikazzjonijiet potenzjali fl-ispazju huma antiċipati, inkluż il-konsenja tal-enerġija għal pjattaformi mobbli bħal HAPS (High Altitude Platform Station) (Nota 5), li taqa 'fl-ambitu tal-marka spazjali ta' NTT, NTT C89 (Nota6). Meta wieħed iħares 'il quddiem, it-teknoloġija tista' tiġi applikata għal ċentri tad-dejta tal-ispazju tal-enerġija u rovers lunari, kif ukoll għal sistemi tal-enerġija solari spazjali li fihom l-elettriku jiġi trażmess minn satelliti ġeostazzjonarji għall-art permezz tal-laser. Dawn l-applikazzjonijiet jirrappreżentaw oqsma b'potenzjal qawwi għall-espansjoni tas-suq.
Permezz tal-kollaborazzjoni bejn NTT u MHI, aħna rrealizzajna l-aktar teknoloġija effiċjenti tad-dinja tat-trasferiment tal-enerġija mingħajr fili tal-laser taħt kundizzjonijiet affettwati b'mod qawwi mill-varjazzjonijiet atmosferiċi. Din il-kisba tirrappreżenta pass sinifikanti lejn il-bini ta’ bażi teknoloġika innovattiva li tista’ tissodisfa firxa wiesgħa ta’ ħtiġijiet tas-soċjetà, minn reazzjoni għad-diżastri sa żvilupp spazjali.
