Imaginez que vous entrez dans un aéroport ou une épicerie et que votre smartphone commence automatiquement à se recharger. Cela pourrait devenir une réalité un jour, grâce à un nouveau système de charge laser sans fil qui surmonte certains des défis qui ont entravé les tentatives précédentes de développement de systèmes de charge sûrs et pratiques en déplacement.

"La possibilité d'alimenter des appareils sans fil pourrait éliminer le besoin de transporter des câbles d'alimentation pour nos téléphones ou tablettes", a déclaré le chef de l'équipe de recherche Jinyong Ha de l'Université Sejong en Corée du Sud. "Il pourrait également alimenter divers capteurs tels que ceux des appareils de l'Internet des objets (IoT) et des capteurs utilisés pour surveiller les processus dans les usines de fabrication."

Dans Optics Express , les chercheurs décrivent leur nouveau système, qui utilise la lumière infrarouge pour transférer en toute sécurité des niveaux élevés de puissance. Des tests en laboratoire ont montré qu'il pouvait transférer une puissance lumineuse de 400 mW sur des distances allant jusqu'à 30 mètres. Cette puissance est suffisante pour charger les capteurs, et avec un développement ultérieur, elle pourrait être augmentée aux niveaux nécessaires pour charger les appareils mobiles.

Plusieurs techniques ont été étudiées pour le transfert de puissance sans fil à longue portée. Cependant, il a été difficile d'envoyer en toute sécurité suffisamment de puissance sur des distances au niveau du mètre. Pour surmonter ce défi, les chercheurs ont optimisé une méthode appelée charge laser distribuée, qui a récemment attiré plus d'attention pour cette application car elle fournit un éclairage haute puissance sûr avec moins de perte de lumière.

"Alors que la plupart des autres approches nécessitent que le dispositif de réception soit dans un berceau de charge spécial ou qu'il soit stationnaire, la charge laser distribuée permet l'auto-alignement sans processus de suivi tant que l'émetteur et le récepteur sont dans la ligne de mire l'un de l'autre", a déclaré Ha. "Il passe également automatiquement à un mode de livraison à faible puissance sécurisé si un objet ou une personne bloque la ligne de mire."

Tenir la distance

La charge laser distribuée fonctionne un peu comme un laser traditionnel, mais au lieu que les composants optiques de la cavité laser soient intégrés dans un seul appareil, ils sont séparés en un émetteur et un récepteur. Lorsque l'émetteur et le récepteur se trouvent dans une ligne de visée, une cavité laser se forme entre eux au-dessus de l'air - ou de l'espace libre - ce qui permet au système de fournir une puissance basée sur la lumière. Si un obstacle coupe la ligne de visée de l'émetteur-récepteur, le système passe automatiquement en mode d'alimentation sans danger, ce qui permet d'obtenir une alimentation électrique sans danger dans les airs.

Dans le nouveau système, les chercheurs ont utilisé une source d'alimentation optique à amplificateur à fibre dopée à l'erbium avec une longueur d'onde centrale de 1550 nm. Cette gamme de longueurs d'onde se situe dans la région la plus sûre du spectre et ne présente aucun danger pour les yeux ou la peau humaine à la puissance utilisée. Un autre composant clé était un filtre de multiplexage par répartition en longueur d'onde qui créait un faisceau à bande étroite avec une puissance optique dans les limites de sécurité pour la propagation en espace libre.

"Dans le récepteur, nous avons incorporé un rétroréflecteur à lentille sphérique sphérique pour faciliter l'alignement émetteur-récepteur à 360 degrés, ce qui a maximisé l'efficacité du transfert de puissance", a déclaré Ha. "Nous avons observé expérimentalement que les performances globales du système dépendaient de l'indice de réfraction de la lentille sphérique, un indice de réfraction de 2,003 étant le plus efficace."

Tests en laboratoire

Pour démontrer le système, les chercheurs ont mis en place une séparation de 30 mètres entre un émetteur et un récepteur. L'émetteur était composé de la source optique de l'amplificateur à fibre dopée à l'erbium et le récepteur comprenait un rétroréflecteur, une cellule photovoltaïque qui convertit le signal optique en énergie électrique et une LED qui s'allume lorsque l'alimentation est délivrée. Ce récepteur, qui mesure environ 10 m sur 10 millimètres, pourrait facilement être intégré dans des appareils et des capteurs.

Les résultats expérimentaux ont montré qu'un système de transfert de puissance optique sans fil monocanal pouvait fournir une puissance optique de 400 mW avec une largeur de raie de canal de 1 nm sur une distance de 30 mètres. Le photovoltaïque l'a converti en une puissance électrique de 85 mW. Les chercheurs ont également montré que le système passait automatiquement en mode de transfert de puissance sécurisé lorsque la ligne de visée était interrompue par une main humaine. Dans ce mode, l'émetteur produisait une lumière d'une intensité incroyablement faible qui ne présentait aucun risque pour les personnes.

"L'utilisation du système de charge laser pour remplacer les cordons d'alimentation dans les usines pourrait permettre d'économiser sur les coûts de maintenance et de remplacement", a déclaré Ha. "Cela pourrait être particulièrement utile dans les environnements difficiles où les connexions électriques peuvent provoquer des interférences ou présenter un risque d'incendie."

Maintenant qu'ils ont démontré le système, les chercheurs travaillent à le rendre plus pratique. Par exemple, l'efficacité de la cellule photovoltaïque pourrait être augmentée pour mieux convertir la lumière en énergie électrique. Ils prévoient également de développer un moyen d'utiliser le système pour charger plusieurs récepteurs simultanément. + Explorer plus loin

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