基于分布式耦合腔激光器的无线供电安全性分析
光学
2025-07-30 v1
摘要
腔内激光系统正成为下一代无线通信、定位和无线供电（WPT）的关键使能技术。分布式耦合腔激光器（DCCL）系统作为一种代表性配置，被提出以扩大场视角（FoV）并提升安全性。本文通过三个案例研究（皮肤安全性、眼安全性、小物体侵入灵敏度）考察 DCCL-WPT 系统的安全评估。首先，我们建立安全分析模型以量化光束路径中照射对象的水平，通过在特定边界条件下模拟腔内光束传播的衍射建模和增益损耗动力学。接着，我们针对 DCCL-WPT 系统构建眼安全评估模型，利用人类头部模型识别潜在暴露角度和距离。光线追迹确认腔内光束不会聚焦在视网膜上，从而以角膜暴露为主要考虑因素（照射强度低于 0.1 W/cm2）。数值结果表明，DCCL-WPT 实现：i）在皮肤安全条件下（5 m 距离）实现 600 mW 充电功率（100 mW 覆盖 16° FoV），几乎比单腔系统实现 50% 更低的侵入物照射强度；ii）在眼安全条件下实现 150 mW 充电功率，输出 650 mW 1064 nm 激光束功率，远高于典型约 10 mW 的眼安全阈值；iii）对小物体侵入高度敏感，实现危险缓解。这些发现凸显了 DCCL-WPT 系统在移动、远距离和安全能源传输中的实用性，为未来在实际部署中的安全感知优化奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2507.21891,
title = {Safety Analysis for Distributed Coupled-Cavity Laser based Wireless Power Transfer},
author = {Mingqing Liu and Hao Deng and Iman Tavakkolnia and Qingwen Liu and Bin He and Harald Haas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.21891},
year = {2025}
}