Ученые ПНИПУ повысили эффективность передачи энергии по оптоволокну в 7 раз с помощью импульсного режима

Специалисты Пермского политеха предложили способ увеличить КПД систем передачи энергии по оптоволокну (Power over Fiber) в 6–7 раз — с 2% до 12–14% на малых мощностях.

Передача энергии по оптоволокну (Power over Fiber, PoF) безопасна: она исключает искрообразование и устойчива к электромагнитным помехам. Лазер преобразует электричество в свет, свет идет по волокну, а на выходе фотоприемник возвращает его в электричество. Это идеально для шахт, химических производств, авиации и космоса.

Но у технологии есть слабое место — низкая эффективность. При динамической нагрузке (например, когда датчики работают импульсно) традиционные системы теряют до 98% энергии в виде тепла. До потребителя доходит всего 1–15%.

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) нашли решение. Они предложили отказаться от непрерывной работы лазера и перейти в импульсный режим с широтно-импульсной модуляцией. Энергия передается короткими включениями, длительность которых регулируется под потребности устройства. Лазер работает в своей оптимальной зоне мощности.

Дополнительно в систему ввели конденсатор, который накапливает энергию во время импульса и равномерно отдает нагрузке, сглаживая колебания.

Результаты компьютерного моделирования впечатляют. При малой мощности (менее 1 ватта) КПД вырос с 2% до 12–14%. В среднем диапазоне мощностей прирост достиг 6%. Кандидат технических наук Алексей Гаркушин пояснил: даже небольшой рост КПД дает заметный эффект — конечное устройство получает до 20% больше полезной энергии за счет снижения потерь и тепловыделения.

Новый подход также повышает надежность: лазер и фотоприемник меньше перегреваются, увеличивая срок службы оборудования.