据路德社·报道：美国初创公司 Star Catcher创纪录完成地面激光无线供能测试，迈向“太空电网”商业化又进了一步。
按照该公司披露的路线，发射端将聚光后的太阳能转换为多束相干光，远距定向照射至“现成”的卫星太阳能板，无需改造接收端即可并入卫星现有电源系统，支持多接收目标并行供电。此前在三月的杰克逊维尔恒久银行体育场（EverBank）演示中，Star Catcher 已完成跨越约一百米的地面验证，证明方案可与标准卫星电池板兼容，并实现“足球场长度”的稳定供能。
一道红外激光穿越大气层，30秒内将800瓦电力送达8.6公里外的接收器，科学家们用这些能量现场制作了爆米花——这不再是科幻场景，而是美国军方实验室的最新突破。
美国新墨西哥州的白沙导弹靶场，一道看不见的红外激光束悄然穿越8.6公里的大气空间。30秒内，800瓦电力被精确传输到地面接收站，创下激光无线输电的最远距离纪录。
这是美国国防高级研究计划局（DARPA）在2025年6月15日完成的突破性实验，直到7月21日才由科技媒体披露。整个系统从设计到建成仅用了不到三个月:cite[1]:cite[2]:cite[3]。
"试验中传输的总能量超过1兆焦耳，足够运行一台微波炉或小型冰箱，"IEEE Spectrum在报道中透露，"研究人员甚至用部分能量制作了爆米花，致敬电影《天才反击》中的经典场景。"
这项成就属于DARPA的"持续光学无线能量中继"（POWER）项目的第一阶段成果。该项目由美国海军研究实验室（NRL）主导实施，旨在突破无线能源传输的技术瓶颈:cite[1]:cite[4]。
DARPA POWER项目激光输电系统示意图（图片来源：网络）
实验系统核心由两部分组成：发射端使用精确聚焦的红外激光束，接收端则采用特制的抛物面镜将激光聚焦到高效光伏电池阵列上。大气湍流曾经是长距离激光传输的噩梦，会使光束发散失效:cite[3]:cite[9]。
DARPA工程师团队通过两项关键技术攻克了这一难题：自适应光学系统实时调整镜面形状，补偿大气扰动；光束引导机制则确保激光束持续精准锁定目标。这些技术让激光在8.6公里距离上保持了足够的相干性和功率密度:cite[1]:cite[5]。
DARPA激光无线输电技术进展对比
特别研发的光伏电池针对特定激光波长进行了优化，实现了约20%的能量转换效率——在长距离传输和激光安全限制条件下，这一效率堪称突破。该项目曾在2024年底实现1.7公里传输230瓦的成果，如今在不到一年内将距离提升五倍，功率增加三倍以上:cite[3]:cite[4]:cite[9]。
DARPA的突破并非孤例，全球科研机构正竞相攻克激光无线输电技术瓶颈。
在商业领域，美国PowerLight公司已实现1公里距离传输400瓦电力，并持续运行12小时的成绩；新西兰Emrod公司则专注于微波无线输电技术，在更短距离上实现了更高效率 。
安全问题是激光输电商业化的关键门槛。2023年11月，WI-Charge公司申请了一项突破性专利——"用于在具有不同人类存在水平的区域中使用的无线电力系统"。
该技术能智能感知场所人流量，自动切换工作模式：当检测到无人状态时，系统进入 "下班后模式" ，安全执行设备充电、信息更新和维护任务:cite[7]。
POWER项目规划清晰的三个阶段，目前的第一阶段只是起点。DARPA设定的中期目标是到2027年实现10千瓦功率、200公里距离的激光输电能力。
未来激光输电可能的应用场景（概念图）
为实现这一跨越，研究人员正在探索空中中继平台——在高空部署能量中转站，形成接力传输链。这种架构将克服地球曲率限制，实现超视距能量传输:cite[10]。
未来应用场景明确而广阔：为高空无人机提供无限续航能力；为偏远军事前哨和灾区供应紧急电力；甚至为小型至中型数据中心提供清洁能源。
美国海军研究实验室在技术声明中展望："这为太空太阳能电站构想铺平了道路——在太空收集太阳能，通过激光传回地面接收站，提供24小时不间断的清洁能源。"
全球激光无线输电技术正从实验室快速走向市场应用。
2025年7月，中国招标市场出现多个激光相关项目：阜阳皖润电力公司发布激光传感器招标公告，面向全国供应商采购；浙能乐清发电公司采购清单中则包含多种激光设备及配套产品，如激光笔、光电转换器等:cite[6]。
特别值得注意的是，7月21日公布的水下无线光通信项目（ZNBX1977）由瓴深海洋科技有限公司中标，表明该技术在海洋领域的应用正在推进。
美国军方对此技术的战略定位远超民用范畴。NRL在官方声明中强调：该技术在极端天气或道路中断情况下，可快速构建"无线基础设施"，对军队部署、灾害救援具有颠覆性意义:cite[2]:cite[10]。
全球激光通信设备市场预测（2025-2030）
年复合增长率(CAGR): 25.1%
白沙试验场外，新墨西哥州的荒漠延伸到天际。DARPA的工程师们已在规划下一阶段实验：10千瓦功率传输200公里，足以支撑一个小型社区的电力需求。
激光输电技术正跨越军事与民用的边界。WI-Charge公司刚获得的新专利解决了公共场所激光供电的安全难题，中国阜阳的电力公司也开始招标激光传感器。
能源传输的未来，可能不再需要穿越山川大地的电缆网络。美国海军研究实验室的专家们已在构想更远大的图景：将激光中继站部署到近地轨道，接收从3.6万公里高空同步轨道空间电站发射的能源光束。
本文由激光每日说整理发布 转载请注明出处 2025年7月22日
美国国防高级研究计划局（DARPA）最近在远距离能量传输方面创下了一项新纪录。在新墨西哥州进行的测试中，“持久光学无线能量中继”（POWER，Persistent Optical Wireless Energy Relay）项目团队通过激光束，在8.6公里的距离上实现了超过800瓦功率的传输，持续时间约30秒。
在为 PRAD 设计的光能传输接收器中，激光从中心孔进入，照射到抛物面镜上，然后反射到装置内部排列的数十个光伏电池上，这些电池将能量重新转换为可用的电力
美国国防高级研究计划局（DARPA）最近在远距离能量传输方面创下了一项新纪录。在新墨西哥州进行的测试中，“持久光学无线能量中继”（POWER，Persistent Optical Wireless Energy Relay）项目团队通过激光束，在8.6公里的距离上实现了超过800瓦功率的传输，持续时间约30秒。
PowerLight 技术公司开发的一种能量传输系统在 2019 年于西雅图港的一次演示中传输了数百瓦的功率
此前的最远传输纪录为：在1.7公里距离上以230瓦的平均功率传输25秒，以及在3.7公里距离上传输了未公开的功率（https://spectrum.ieee.org/power-beaming?utm_medium=inbody_related）。
这一成就标志着这个三阶段项目的第一阶段圆满完成。
“功率接收阵列演示”（PRAD）系统在光功率传输的功率和传输距离方面创下了纪录；该图表展示了其与以往重要成果的对比情况
POWER项目团队负责人Paul Jaffe表示，接收器的预估效率约为20%。在其他研究中，一些工业激光器的插墙效率（指设备从电网获取能量到输出有用能量的转换效率）已超过50%。更高的接收器效率是可以实现的，尤其是当使用针对特定波长优化的光伏电池时 —— 但这类电池的生产通常成本高昂且耗时。
Jaffe称，本次项目并未采用这种高成本方案。团队在接收器中使用的是商用现成的太阳能电池。当接收器接收激光束时，锥形反射镜会将红外辐射反射到光伏电池上，而光伏电池则将光束转化为可用电力。Jaffe表示，在这个阶段，项目的目标并非效率，而是速度。“我们做出的多项设计决策，都是为了快速造出设备，而非追求高效率，” 他说道。
接收器的研发方Teravec技术公司创始人Raymond Hoheisel表示，这里所说的 “快速”，指的是从规划到执行仅用了三个月时间。“此次突破在于证明了这项技术能够具备经济性，” 他说。
尽管DARPA并未披露总传输功率的具体数值，但结果显示，最终输出的能量约为800瓦。Hoheisel表示：“而且我们成功完成了接收器长时间运行的测试（时长超过报告中提到的30秒）。”
高能激光系统测试设施的测试场地位于美国陆军的白沙导弹靶场内，正是在这一天，PRAD 团队创下了光功率传输距离的纪录
许多远距离无线电力传输项目侧重于无线电（或微波）频率，这意味着需要使用大型发射器来实现传输距离的提升。对于这类电力传输而言，一种名为 “波束成形” 的技术至关重要。
伦敦帝国理工学院控制与电力研究组的电能转换教授Paul Mitcheson是这样描述的：在广播电视或无线电广播中，目标是让信号尽可能广泛地传播，以便更多人能收听到特定频道。“但在进行电力传输时，我们恰恰不希望这样，” 他说。此时的目标是让信号直射接收器，且损耗尽可能小。“因此，我们需要一种不同的结构：天线需要具备我们所说的‘高增益’，以便能向特定方向传输，具有高度的指向性。” Mitcheson补充道，正是这种波束成形技术，让我们的手机能向基站发送信号，而非向四面八方广播。
2021年PowerLight 技术公司团队在华盛顿特区以南的美国陆军博斯沃姆点试验场进行了演示时使用的 5.4 米直径抛物面碟形天线的发射器（ 可发射9.7 千兆赫的微波）
但即便如此，仍存在信号损耗。格拉斯哥大学副校长兼科学与工程学院院长Eric Yeatman表示，在这方面，红外激光（或光波）束相比无线电频率具有一定优势。“与无线电相比，激光的可聚焦性强得多 —— 在理想条件下，几乎可以形成一束没有任何扩散的窄波束，” 他说。
但Jaffe表示，由于光频信号仍会因雾和云层发生散射，微波在大气传输中通常更具优势。不过，激光不需要无线电所必需的大型天线。Jaffe曾参与美国海军研究实验室的一项测试，他介绍说，在该测试中，通过微波频率在1公里距离上传输1.6千瓦功率时，需要用到5米长的发射器和2米长的接收器。
“POWER”团队通过利用部分传输过来的能量来制作爆米花，以此来庆祝其能量传输方面的创举，此举是对电影《真正的天才》中经典场景的一种致敬
无线电波的波长比红外线长得多，因此波束成形难度更大。Yeatman解释道：“我们需要的是一种柱状波。（在任何特定传输中）输出直径必须远大于波长，这决定了能否将信号聚焦。” 红外线的波长更短，这意味着形成聚焦波束要容易得多。
由于激光技术具有高精度、远距离传输能力，且所需设备更轻便小巧，因此更适合构建空中电力中继网络。Jaffe表示：“如果光学技术行不通，（对于DARPA的目标而言）那这项技术就根本行不通。”
“尽管激光传电的想法并不新鲜，但他们所取得的成就是令人瞩目的。” Yeatman说道。
2021年PowerLight 技术公司团队使用的2 米* 2 米的整流器
Jaffe表示，这一纪录的达成实属意外，因为这并非团队的目标。自2023年项目启动以来，意外之喜不止这一个。衍射光学的应用便是其中之一。他说：“人们想到改变激光束方向时，通常会想到镜子或透镜。但我们发现，衍射光学或许非常适合这项工作，尤其是因为它能高效处理单色光波长。这是我们一开始并不知道的，是在项目推进过程中才逐渐明晰的。”
此外，带有集成冷却系统的增材制造光学器件，也是项目启动时未列入计划的内容。Jaffe称，他们成功实现了这一点，“这揭示了一些新颖且有趣的方法来解决某些问题，而这些方法的应用很可能会远远超出我们在POWER项目中所做的工作。”
文章转自：IEEE电气电子工程师学会
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