Современный мир окружён бесконечным количеством электронных устройств и горами кабелей и зарядных аксессуаров. Однако люди, живущие в отдалённых или региональных районах, сталкиваются с трудностями при обеспечении доступа к телекоммуникационной инфраструктуре.
Тем не менее исследователи из Университета Оттавы разрабатывают новый лазерный преобразователь мощности, который может передавать электричество в удалённые места на большие расстояния, даже в самых суровых условиях.
Устройства в настоящее время могут работать от питания через волоконно-оптические системы. Эти системы включают в себя волоконно-оптический кабель, который преобразует оптическую мощность в электрическую.
«В традиционных системах питания через волоконно-оптические кабели большая часть лазерного излучения теряется», — говорит профессор Карин Хинцер из SUNLAB Университета Оттавы, одного из ведущих исследовательских центров Канады по изучению солнечных элементов.
Это может ограничивать длину волоконно-оптических кабелей, что может быть проблемой для отдалённых мест в экстремальных условиях окружающей среды. «С помощью этих новых устройств волокно может быть намного длиннее», — отмечает Хинцер.
В сотрудничестве с Институтом солнечных энергетических систем Фраунгофера в Германии исследователи SUNLAB создали имитационную модель для фотонных преобразователей мощности на инфракрасных длинах волн, используемых в телекоммуникациях.
Фотонные преобразователи мощности — это устройства, которые преобразуют лазерный свет в электрическую мощность через волоконно-оптический кабель.
«Изготовленное устройство демонстрирует значительное улучшение в передаче мощности и данных на расстояния более километра, где традиционные системы неприменимы», — говорит первый автор статьи Гэвин Форкейд.
Ключом к их открытиям стало использование многопереходных преобразователей. Эти преобразователи накладывают несколько полупроводниковых переходов друг на друга.
Полупроводниковый переход — это граница, где встречаются положительно и отрицательно заряженные полупроводники. Этот переход контролирует поток электричества, поглощая лазерный свет и преобразуя его в электрическую мощность.
Используя многопереходную конструкцию, исследовательская группа смогла получить 2 вольта электричества в максимальной точке с эффективностью более 53%.
В предыдущих исследованиях однопереходные преобразователи, фотонные преобразователи мощности с одним слоем, достигали эффективности до 52,8%, но производили только 0,6 вольта.
Команда надеется, что эти разработки помогут создать более надёжные телекоммуникационные сети, но также видит и другие преимущества.
«Это может улучшить питание высоковольтных и мониторинговых датчиков для интеллектуальных сетей без риска возникновения неисправностей из-за молний», — говорит Хинцер.
«Это может снизить риски искрения во взрывоопасных средах и потенциально передавать питание и данные одновременно на удалённые устройства по существующей волоконно-оптической инфраструктуре».
Исследователи также говорят, что эта технология может найти дальнейшее применение в космосе для питания таких устройств, как дроны, спутники и луноходы.
Разработка команды SUNLAB и их коллеги опубликованы в журнале Cell Reports Physical Science.