Et nyt design til en laser, der drives af sollys, er blevet afsløret af forskere i Algeriet og Portugal. Sollaseren, som endnu ikke er bygget i laboratoriet, forventes at fungere med en højere effektivitet end eksisterende systemer og kan have adskillige anvendelser - herunder et rumbåret system til høst af solenergi til brug på Jorden.
Brugen af sollys som en pumpekilde til fremstilling af laserlys er blevet udforsket bredt siden 1960'erne. Nuværende teknologier kan bruges til at producere omkostningseffektive lasersystemer med høj effekt og lysstyrke.
Adskillige fremskridt inden for sollasere er blevet gjort i løbet af det sidste årti - men eksisterende design kan begrænses af deres brug af en enkelt stor laserstang. Denne stang er forstærkningsmaterialet, der producerer laserlys gennem den energi, den får fra pumpekilden. Enkeltstavs solcellesystemer har tendens til at være dyre og lider af ujævne temperaturfordelinger i stangen, hvilket forringer kvaliteten af den stråle, den producerer.
Numeriske simuleringer
Dette seneste arbejde blev udført af Rabeh Boutaka ved Center for udvikling af avancerede teknologier i Algier, Dawei Liang ved NOVA University Lissabon og Abdelhamid Kellou ved University of Science and Technology Houari Boumediene. Trioen lavede numeriske simuleringer for at hjælpe dem med at designe en mere optimal sollaseropsætning. Deres foreslåede system vil fungere i TEM00 optisk tilstand: den grundlæggende, laveste ordens lasertilstand, hvor lysintensiteten, der omgiver strålens centrum, følger en simpel Gauss-fordeling. Teamets design samler sollys ved hjælp af fire parabolske spejle med et samlet areal på 10 m2.
Solcelle fortsætter efter solnedgang
Når dette lys er blevet høstet, ledes det til et laserhoved, hvor det fordeles jævnt mellem fire fusionerede silica-koncentratorer og lysledere. Endelig bruges lyset til samtidig at pumpe fire laserstænger med lille diameter – med opsætningen, der sikrer, at pumpekraften fordeles jævnt mellem stængerne. Som et resultat undgår designet de begrænsninger, som termisk linse giver - en uønsket effekt, hvor temperatururegelmæssigheder i et optisk materiale påvirker lysets veje.
Alt i alt beregnede Boutakas team, at deres ændringer fordoblede lysindsamlingseffektiviteten for sollasere, der opererer i TEM00 tilstand, hvilket resulterer i 1.24 gange sollys-til-laser-konverteringseffektiviteten i forhold til tidligere designs. Forskerne forestiller sig adskillige potentielle anvendelser for deres design: herunder bedre metoder til at overvåge jordens overflade og atmosfære ved hjælp af satellitter; sammen med fjernelse af rumaffald og kommunikation i det dybe rum.
Den måske mest fascinerende anvendelse er udviklingen af nye former for solenergiproduktion. Her foreslår Boutaka og kolleger, at sollasere kan fungere i rummet, hvor sollys er omkring dobbelt så stærkt, som det er på Jorden. Laserstråler kunne affyres tilbage til Jorden og opsamles af koncentrerede solceller - i en proces, der er mere effektiv end jordbaseret solenergiindsamling.
Forskningen er beskrevet i Journal of Photonics for Energy.
