كشف باحثون في الجزائر والبرتغال عن تصميم جديد لليزر يعمل بضوء الشمس. من المتوقع أن يعمل الليزر الشمسي ، الذي لم يتم بناؤه في المختبر بعد ، بكفاءة أعلى من الأنظمة الحالية ويمكن أن يكون له العديد من التطبيقات - بما في ذلك نظام محمول في الفضاء لحصاد الطاقة الشمسية لاستخدامها على الأرض.
تم استكشاف استخدام ضوء الشمس كمصدر ضخ لإنتاج ضوء الليزر على نطاق واسع منذ الستينيات. يمكن استخدام التقنيات الحالية لإنتاج أنظمة ليزر منخفضة التكلفة ذات قدرة عالية وسطوع.
تم إحراز العديد من التطورات في مجال الليزر الشمسي خلال العقد الماضي - ولكن يمكن تقييد التصميمات الحالية من خلال استخدامها لقضيب ليزر كبير واحد. هذا القضيب هو مادة الكسب التي تنتج ضوء الليزر من خلال الطاقة التي يكتسبها من مصدر المضخة. تميل الأنظمة الشمسية أحادية القضيب إلى أن تكون باهظة الثمن وتعاني من توزيعات غير متساوية لدرجة الحرارة داخل القضيب ، مما يقلل من جودة الحزمة التي ينتجها.
المحاكاة العددية
هذا العمل الأخير قام به رابح بوتقة في مركز تطوير التقنيات المتقدمة في الجزائر العاصمة ، داوي ليانغ في جامعة نوفا لشبونة وعبد الحميد كلو في جامعة العلوم والتكنولوجيا هواري بومدين. أجرى الثلاثي عمليات محاكاة عددية لمساعدتهم على تصميم إعداد ليزر شمسي مثالي. سيعمل نظامهم المقترح في TEM00 الوضع البصري: وضع الليزر الأساسي من الدرجة الأدنى ، حيث تتبع شدة الضوء المحيط بمركز الحزمة توزيعًا غاوسيًا بسيطًا. يجمع تصميم الفريق ضوء الشمس باستخدام أربع مرايا مكافئة بمساحة إجمالية تبلغ 10 أمتار2.
الخلايا الشمسية تستمر في العمل بعد غروب الشمس
بمجرد حصاد هذا الضوء ، يتم توجيهه إلى رأس الليزر ، حيث يتم توزيعه بالتساوي بين أربعة مكثفات السيليكا المنصهرة وموجهات الضوء. أخيرًا ، يتم استخدام الضوء لضخ أربعة قضبان ليزر ذات قطر صغير في وقت واحد - مع الإعداد الذي يضمن توزيع طاقة المضخة بالتساوي بين القضبان. نتيجة لذلك ، يتجنب التصميم القيود التي تفرضها العدسات الحرارية - وهو تأثير غير مرغوب فيه حيث تؤثر عدم انتظام درجة الحرارة في مادة بصرية على المسارات التي يتخذها الضوء.
إجمالاً ، حسب فريق بوتقة أن تعديلاتهم ضاعفت من كفاءة جمع الضوء لليزر الشمسي الذي يعمل في TEM.00 الوضع ، مما أدى إلى كفاءة تحويل أشعة الشمس إلى الليزر بمقدار 1.24 مرة عن التصميمات السابقة. يتصور الباحثون العديد من التطبيقات المحتملة لتصميمهم: بما في ذلك طرق أفضل لمراقبة سطح الأرض والغلاف الجوي باستخدام الأقمار الصناعية. إلى جانب إزالة الحطام الفضائي والاتصالات في الفضاء السحيق.
ربما يكون التطبيق الأكثر روعة هو تطوير أشكال جديدة لإنتاج الطاقة الشمسية. هنا ، يقترح بوتقة وزملاؤه أن الليزر الشمسي يمكن أن يعمل في الفضاء ، حيث تكون قوة ضوء الشمس حوالي ضعف قوتها على الأرض. يمكن إعادة إطلاق أشعة الليزر إلى الأرض ، وجمعها بواسطة الخلايا الشمسية المركزة - في عملية أكثر كفاءة من تجميع الطاقة الشمسية الأرضية.
تم وصف البحث في مجلة الضوئيات للطاقة.
