引言：激光技术点亮能源新未来
在科技迅猛发展的今天，能源传输方式的革新正悄然改变人们的生活。近日，一项技术突破引发关注：通过激光束实现了一公里距离的无线电力传输，成功将1千瓦的激光功率转化为152瓦的电能，创下全球最高的光学无线输电效率。这一成果展现了激光技术在远距离能源传输中的潜力，为偏远岛屿、灾区等特殊场景的电力供应打开了全新可能。
图1 一种光无线电力传输系统示意图
实验突破：1公里高效输电创纪录
2025年初，日本研究团队在一处跑道上进行了一场具有里程碑意义的实验。他们在一端设置了发射激光束的传输舱，另一端放置了接收光能的面板，两者相距一公里。在实验中，发射舱生成功率为1035瓦的激光束，通过衍射光学元件（DOE）进行光束整形，确保在一公里传播后光束强度分布均匀。同时，接收端通过匀光器和电流平滑电路，成功应对了大气湍流的干扰，最终实现了152瓦的平均电能输出，传输效率高达15%，成为全球使用硅基光电转换元件在强大气湍流环境下实现的最高效率。
图2 在机场跑道上进行了光无线电力传输实验
这项实验的成功之处在于，它不仅实现了长距离的电力传输，还能在强大气湍流等复杂环境下保持稳定的能量输出。实验持续了30分钟的连续供电，验证了该技术在长时间运行中的可靠性。此外，为确保安全，激光发射系统与接收面板均被安置在封闭舱内，避免了高功率激光束的意外泄露。
技术亮点：攻克长距离输电难题
1.长距离平坦光束整形技术
传统光学无线输电技术在长距离传输中面临一个难题：激光束在大气中传播时，强度分布容易变得不均匀，导致光电转换效率低下。研究团队提出了一种创新的光束整形技术，通过轴锥透镜效应将光束外侧转化为环形图案，同时对光束中心进行相位调制，使其在传播过程中逐渐与环形光束重叠，最终在一公里处形成均匀的强度分布。这一技术通过衍射光学元件实现，确保了光束在远距离传播后的均匀性，大幅提升了光电转换效率。
图3 实验系统示意图
2.输出电流平滑技术
大气湍流会导致激光束在传播过程中产生强度波动，形成高强度“热点”。为解决这个问题，接收端在光电面板前设置了匀光器，有效扩散高强度光点，使光束均匀照射到接收面板上。同时，接收面板的每个光电转换元件均连接了平滑电路，进一步抑制了由大气湍流引起的输出电流波动，从而保证了稳定的电力输出。
图4 来自受光面板的电源
这两项技术的结合，使得激光无线输电在公里级距离下实现了前所未有的光束均匀性和输出稳定性，为远距离电力传输的实际应用奠定了技术基础。
图5 光束整形图像
图6 均质机大气传播和扩散效应后的光束模式图像
无线输电的前景：从地面到太空的能源革命
与传统的微波无线输电技术相比，激光无线输电凭借其高方向性和低发散性，能够实现更紧凑、更远距离的能量传输。尽管目前尚未实现广泛的商业化应用，但其潜在的应用场景令人期待：
1.地面应用：在偏远岛屿、山区或灾区等难以铺设电缆的地区，激光无线输电可以实现按需、快速的电力供应。例如，在自然灾害发生时，该技术可为受灾区域提供紧急电力支持，保障通信和救援设备的运行。
2.空中应用：结合光束转向技术，激光无线输电可为飞行中的无人机提供持续电力，摆脱电池更换或有线供电的限制。这将显著提升无人机在灾害监测、通信中继等任务中的续航能力和覆盖范围。
3.太空应用：未来，这项技术有望应用于高空平台站（HAPS）、月球探测车甚至太空数据中心的电力供应。通过激光束从地球或卫星向太空设备传输电力，可以实现高效、轻量化的能源解决方案，为太空探索和开发提供新的可能性。
图7 技术用例
展望：能源传输的未来图景
随着光电转换元件与激光波长的进一步优化，以及更高功率激光光源的引入，传输效率和输出功率有望进一步提升。这将为激光无线输电的商业化应用铺平道路，助力构建覆盖地面、空中乃至太空的下一代能源基础设施。
该成果已于2025年8月5日发表在英国《Electronics Letters》杂志上，引起了全球科技界的广泛关注。未来，随着技术的进一步成熟，激光无线输电有望成为能源领域的新星，为人类社会带来更多可能性。
原文链接：https://www.powermag.com/laser-wireless-power-transmission-breakthrough-could-transform-remote-energy-delivery/
作者：MHI
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