NTT&三菱重工、レーザ無線給電で世界最高効率達成。次世代ワイヤレス送電に大きく前進

　NTTと三菱重工業は、大気の影響が強い環境下でのレーザ無線給電実験において、世界最高効率となる給電に成功したと、2025年9月17日に発表した。この成果は、被災地や離島、宇宙といった遠隔地への安定した電力供給の実現に向けた大きな一歩となる。

近年、スマートフォンやドローンなどの普及に伴い、無線給電技術への関心が高まっている。レーザ光を用いた光無線給電は、高い指向性を持ち、小型かつkmオーダーの長距離無線給電が可能であることから、次世代インフラとしての期待が寄せられている。特に、災害時や離島、山間部、海上などで電力や通信が届かない地域へのピンポイントかつオンデマンドな電力供給が構想されている。
しかし、従来のレーザ無線給電技術は効率が低く、実用化には効率向上が課題となっていた。長距離伝搬中にレーザ光の強度分布が不均一になり、光電変換素子での変換効率が低下するという問題があったためだ。

今回の実験で、NTTと三菱重工はこの課題を克服し、世界最高効率の実証に成功した。両社は、NTTの「長距離フラットビーム整形技術」と、三菱重工の「出力電流平準化技術」を組み合わせた。実験は2025年1月から2月にかけて、和歌山県西牟婁郡白浜町の南紀白浜空港の旧滑走路で実施。地面から約1mという低い光軸で、地面の熱や風の影響を強く受ける大気の揺らぎが強い環境下で行われた。

図2. 実験の様子
安全上の観点から、高出力レーザ光の誤照射や反射光の拡散を防ぐために、送光光学系および受光パネルはそれぞれブース内に設置

実験では、出力1kWのレーザ光を1km先に照射し、平均152Wの電力受電に成功した。これは、送光パワーに対する受電パワーの割合で15%の効率を達成したことを意味する。シリコン製の光電変換素子を用い、かつ大気の揺らぎが強い環境下での光無線給電としては、この効率が世界最高となる。30分間の連続給電にも成功し、長時間にわたる安定供給の可能性も確認された。この成果は、2025年8月5日に英国英文誌「Electronics Letters」に掲載された。

この技術の核となるのは二つの要素技術である。一つはNTTが開発した長距離フラットビーム整形技術だ。光電変換効率を高めるためには、光電変換素子に照射されるビームの強度分布を均一にする必要がある。この技術では、アキシコンレンズと凹レンズの効果を組み合わせ、長距離伝搬後にビーム強度を均一化する。回折光学素子を用いてビームの形状や位相を制御し、1km先で強度分布がフラットになるように最適化された。

図5. ビーム整形イメージ

もう一つは三菱重工が開発した出力電流平準化技術である。大気中を伝搬するレーザ光は、大気の揺らぎによって強度分布が乱れ、強度の高いスポットが発生することがある。これに対処するため、受光パネル手前にビームホモジナイザを設置し、スポットを拡散させて受光パネルに均一に照射されるようにした。さらに、受光パネルの各光電変換素子に平準化回路を接続することで、大気の揺らぎによる電流変動を抑制し、出力の安定化を実現している。
これらの技術により、数kmオーダーの長距離伝送におけるビームの均一化と屋外環境での出力安定化が可能となり、遠隔拠点への安定した電力供給が期待される。

図6. 大気伝搬後のビームパターンとホモジナイザによる拡散効果のイメージ

今後の展開として、高効率な光電変換素子や高出力レーザ光源を用いることで、さらに大電力の供給が可能になる。地上では、電力ケーブルの敷設が困難な離島や被災地への柔軟かつ迅速な電力供給が期待される。 また、レーザ光の高い指向性と、それに伴う受光装置の小型・軽量化というメリットを活かし、様々なアプリケーションが想定される。例えば、飛行中のドローンへの給電は、バッテリー交換などの制約を回避し、長時間・長距離の連続運用を可能にする。これにより、災害時の被災地モニタリングや山間部・海上における広域通信の中継など、常時モニタリングや通信カバレッジの向上が実現する。 さらに、NTTグループの宇宙ビジネスブランド「NTT C89」のHAPS（高高度プラットフォーム）への給電をはじめ、将来的には宇宙データセンターや月面ローバへの電力供給、宇宙太陽光発電への応用など、宇宙分野での市場拡大も期待されている。

図7. 技術のユースケース

NTTと三菱重工の今回の連携は、大気の影響が強い環境下での長距離ワイヤレス給電技術を飛躍的に向上させ、災害対応から宇宙開発まで、幅広い社会ニーズに応える革新的な技術基盤の確立に向けた重要な一歩となるだろう。

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