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推荐单位：北京科学技术期刊学会
成果来源：中国科学院力学研究所
科研代表：吴臣武
转化作者：张颖
在生活中，充电和吃饭、睡觉一样，几乎成了一项必须的基本活动。目前，移动设备的充电方式主要以有线充电和电磁感应无线充电为主，这些充电方式受到距离的限制。电磁感应技术已经较好地实现了厘米级和分米级的无线充电，但在实现十米级、百米级无线充电方面还存在难以克服的困难。近年来，随着激光技术和光电池制造技术的发展，使用激光充电技术进行无线充电成为可能，并且其能实现更远程的无线充电。
针对当前移动设备充电领域使用距离范围小、激光充电系统稳定性和能力转换效率低等问题，中国科学院力学研究所研究团队建立了从激光输入到电能输出的耦合模型，发展了光能吸收分布求解的数学格式，阐明了光能向电能、热能、应变能转化的耦合机制。
什么是激光充電
百度百科显示，激光充电技术是利用光纤进行远距离能量传输的一种技术，由洛克希德·马丁公司与美国激光动力公司共同研发。其研发的激光充电系统采用比铜线更轻的光纤进行能量传输，可为无人机不间断地安全提供能量。从本质上看，激光充电实际上是利用激光束和电池，通过光能向电能的转化实现远距离、无线充电，其通常可应用于无人机续航和便携式电器充电等。激光远程充电系统主要由激光发射端和激光接收端两部分组成。
激光充电的大致过程如下：首先，以激光发射器作为发射端，把电能转化成激光的光能;然后，光能沿着无线的光路传播，直到它照射到接收端光电池上;最后，作为接收端的光电池接收到光能后，把光能转化成电能。这样就完成了给蓄电池或负载充电。激光充电在无人机中使用得比较广泛，无人机的续航时间影响其任务的执行时间，无人机动力系统技术是提高续航能力的关键。激光在给飞行中的无人机电池充电方面具有理论可能性，这可以使其飞行时间无限长，无需着陆重新充电。
激光充电的优势
与电磁感应无线充电技术相比，激光充电技术具有以下3个特点。第一，由于激光的准直性较好，可以实现较远距离的充电;第二，由于激光的功率密度较高，加之光电池高达50%的光电转换效率，一束激光可以产生较大的功率;第三，激光拥有较低的空间传输损耗，光功率集中，远距离传输的功率损失较少。
据中国科学院力学研究所研究人员介绍，激光充电技术的优势在于高效、远程、无干扰。从数据上看，中国科学院力学研究所研究团队可以在1平方厘米的面积上稳定获取电功率。直观地讲，如果该激光充电技术能够成功应用到新能源汽车上，和有线充电相比，其可以压缩40%左右的充电时间。此外，中国科学院力学研究所研究团队的初步研究结果显示，该激光充电技术还可以较大程度地延长蓄电池的寿命。
激光充电效率陷阱
研究发现，激光充电的过程中总是会存在效率陷阱现象。简单来讲，即当工作参数趋近于某个临界点时，即使增加投入，产出也不会增加，可能反而会下降，甚至还可能导致系统崩溃。激光充电技术的关键在于高亮度激光辐照环境的光电转换效率和稳定性，因为激光辐照光电池的光电转换过程总是伴随着热耗散，热耗散引起的材料升温又会通过若干机制（改变材料带隙、缩短载流子寿命等）降低光电效率，使更多光能耗散成热能的情况进一步加剧，其甚至会导致光电池暂时或永久失效。
为了避免落入效率陷阱，中国科学院力学研究所研究团队做了很多基础研究，发现了临界转变规律，并进行优化设计。同时，其还建立了一系列系统参数匹配准则。在此基础上，其研制实现了实验样基，并进行了测试。测试结果显示，在所希望的参数水平上，系统的效率衰减始终小于30%。
激光充电的安全性
在激光充电技术大规模应用之前，其安全性是人们关注的重点。据研究人员介绍，激光充电对人体并没有伤害，其进行激光充电相关研究时特别关注安全性问题，安全性是强制性的标准。激光充电技术的基本原则，即一定要用低功率的探测光先探测整个光路，待收到探测光的反馈信号，确保其安全性后，再发射和传播能量光光束。
激光充电技术可能会创造一个更大的市场需求
激光充电技术如果真正落地应用、实现产品化，还需大量的资金投入。例如，实现一个10米级的激光充电系统，需要在激光发生系统、光束整形系统、指示探测系统和接收转换系统进行研发投入，大约需要研发费用共500万元。此外，将其制成全套产品的产品造价约为每套900元。无线充电的市场有多大呢？根据M&M2020年发布的市场调研报告，无线充电的市场规模将超过8000亿美元，其中远程无线充电的市场规模将占到一半以上。
未来，激光充电技术可能会切割无线充电的市场份额，但其更加可能会创造一个更大的市场需求。
成果来源：中国科学院力学研究所
科研代表：吴臣武
转化作者：张颖
在生活中，充电和吃饭、睡觉一样，几乎成了一项必须的基本活动。目前，移动设备的充电方式主要以有线充电和电磁感应无线充电为主，这些充电方式受到距离的限制。电磁感应技术已经较好地实现了厘米级和分米级的无线充电，但在实现十米级、百米级无线充电方面还存在难以克服的困难。近年来，随着激光技术和光电池制造技术的发展，使用激光充电技术进行无线充电成为可能，并且其能实现更远程的无线充电。
针对当前移动设备充电领域使用距离范围小、激光充电系统稳定性和能力转换效率低等问题，中国科学院力学研究所研究团队建立了从激光输入到电能输出的耦合模型，发展了光能吸收分布求解的数学格式，阐明了光能向电能、热能、应变能转化的耦合机制。
什么是激光充電
百度百科显示，激光充电技术是利用光纤进行远距离能量传输的一种技术，由洛克希德·马丁公司与美国激光动力公司共同研发。其研发的激光充电系统采用比铜线更轻的光纤进行能量传输，可为无人机不间断地安全提供能量。从本质上看，激光充电实际上是利用激光束和电池，通过光能向电能的转化实现远距离、无线充电，其通常可应用于无人机续航和便携式电器充电等。激光远程充电系统主要由激光发射端和激光接收端两部分组成。
激光充电的大致过程如下：首先，以激光发射器作为发射端，把电能转化成激光的光能;然后，光能沿着无线的光路传播，直到它照射到接收端光电池上;最后，作为接收端的光电池接收到光能后，把光能转化成电能。这样就完成了给蓄电池或负载充电。激光充电在无人机中使用得比较广泛，无人机的续航时间影响其任务的执行时间，无人机动力系统技术是提高续航能力的关键。激光在给飞行中的无人机电池充电方面具有理论可能性，这可以使其飞行时间无限长，无需着陆重新充电。
激光充电的优势
与电磁感应无线充电技术相比，激光充电技术具有以下3个特点。第一，由于激光的准直性较好，可以实现较远距离的充电;第二，由于激光的功率密度较高，加之光电池高达50%的光电转换效率，一束激光可以产生较大的功率;第三，激光拥有较低的空间传输损耗，光功率集中，远距离传输的功率损失较少。
据中国科学院力学研究所研究人员介绍，激光充电技术的优势在于高效、远程、无干扰。从数据上看，中国科学院力学研究所研究团队可以在1平方厘米的面积上稳定获取电功率。直观地讲，如果该激光充电技术能够成功应用到新能源汽车上，和有线充电相比，其可以压缩40%左右的充电时间。此外，中国科学院力学研究所研究团队的初步研究结果显示，该激光充电技术还可以较大程度地延长蓄电池的寿命。
激光充电效率陷阱
研究发现，激光充电的过程中总是会存在效率陷阱现象。简单来讲，即当工作参数趋近于某个临界点时，即使增加投入，产出也不会增加，可能反而会下降，甚至还可能导致系统崩溃。激光充电技术的关键在于高亮度激光辐照环境的光电转换效率和稳定性，因为激光辐照光电池的光电转换过程总是伴随着热耗散，热耗散引起的材料升温又会通过若干机制（改变材料带隙、缩短载流子寿命等）降低光电效率，使更多光能耗散成热能的情况进一步加剧，其甚至会导致光电池暂时或永久失效。
为了避免落入效率陷阱，中国科学院力学研究所研究团队做了很多基础研究，发现了临界转变规律，并进行优化设计。同时，其还建立了一系列系统参数匹配准则。在此基础上，其研制实现了实验样基，并进行了测试。测试结果显示，在所希望的参数水平上，系统的效率衰减始终小于30%。
激光充电的安全性
在激光充电技术大规模应用之前，其安全性是人们关注的重点。据研究人员介绍，激光充电对人体并没有伤害，其进行激光充电相关研究时特别关注安全性问题，安全性是强制性的标准。激光充电技术的基本原则，即一定要用低功率的探测光先探测整个光路，待收到探测光的反馈信号，确保其安全性后，再发射和传播能量光光束。
激光充电技术可能会创造一个更大的市场需求
激光充电技术如果真正落地应用、实现产品化，还需大量的资金投入。例如，实现一个10米级的激光充电系统，需要在激光发生系统、光束整形系统、指示探测系统和接收转换系统进行研发投入，大约需要研发费用共500万元。此外，将其制成全套产品的产品造价约为每套900元。无线充电的市场有多大呢？根据M&M2020年发布的市场调研报告，无线充电的市场规模将超过8000亿美元，其中远程无线充电的市场规模将占到一半以上。
未来，激光充电技术可能会切割无线充电的市场份额，但其更加可能会创造一个更大的市场需求。