Ένα νέο σχέδιο για ένα λέιζερ που τροφοδοτείται από το φως του ήλιου παρουσίασαν ερευνητές στην Αλγερία και την Πορτογαλία. Το ηλιακό λέιζερ, το οποίο δεν έχει κατασκευαστεί ακόμη στο εργαστήριο, προβλέπεται να λειτουργεί με υψηλότερη απόδοση από τα υπάρχοντα συστήματα και θα μπορούσε να έχει πολλές εφαρμογές - συμπεριλαμβανομένου ενός διαστημικού συστήματος συλλογής ηλιακής ενέργειας για χρήση στη Γη.
Η χρήση του ηλιακού φωτός ως πηγή άντλησης για την παραγωγή φωτός λέιζερ έχει διερευνηθεί ευρέως από τη δεκαετία του 1960. Οι τρέχουσες τεχνολογίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή οικονομικά αποδοτικών συστημάτων λέιζερ με υψηλή ισχύ και φωτεινότητα.
Πολυάριθμες πρόοδοι στα ηλιακά λέιζερ έχουν γίνει την τελευταία δεκαετία – αλλά τα υπάρχοντα σχέδια μπορούν να περιοριστούν με τη χρήση μιας μόνο μεγάλης ράβδου λέιζερ. Αυτή η ράβδος είναι το υλικό κέρδους που παράγει φως λέιζερ μέσω της ενέργειας που αποκτά από την πηγή της αντλίας. Τα ηλιακά συστήματα μιας ράβδου τείνουν να είναι ακριβά και υποφέρουν από άνιση κατανομή θερμοκρασίας μέσα στη ράβδο, γεγονός που μειώνει την ποιότητα της δέσμης που παράγει.
Αριθμητικές προσομοιώσεις
Αυτή η τελευταία δουλειά έγινε από τη Rabeh Boutaka στο Κέντρο Ανάπτυξης Προηγμένων Τεχνολογιών στο Αλγέρι, Dawei Liang στο Πανεπιστήμιο NOVA της Λισαβόνας και ο Abdelhamid Kellou στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Houari Boumediene. Το τρίο έκανε αριθμητικές προσομοιώσεις για να τους βοηθήσει να σχεδιάσουν μια πιο βέλτιστη διάταξη ηλιακού λέιζερ. Το προτεινόμενο σύστημά τους θα λειτουργούσε στο TEM00 οπτική λειτουργία: η θεμελιώδης λειτουργία λέιζερ χαμηλότερης τάξης, όπου η ένταση του φωτός που περιβάλλει το κέντρο της δέσμης ακολουθεί μια απλή κατανομή Gauss. Το σχέδιο της ομάδας συλλέγει το ηλιακό φως χρησιμοποιώντας τέσσερις παραβολικούς καθρέφτες συνολικής επιφάνειας 10 m2.
Η ηλιακή κυψέλη συνεχίζει να λειτουργεί μετά τη δύση του ηλίου
Μόλις συλλεχθεί αυτό το φως, κατευθύνεται σε μια κεφαλή λέιζερ, όπου κατανέμεται ομοιόμορφα μεταξύ τεσσάρων συμπυκνωτών συντηγμένου πυριτίου και οδηγών φωτός. Τέλος, το φως χρησιμοποιείται για την ταυτόχρονη άντληση τεσσάρων ράβδων λέιζερ μικρής διαμέτρου – με τη ρύθμιση να διασφαλίζει ότι η ισχύς της αντλίας κατανέμεται ομοιόμορφα μεταξύ των ράβδων. Ως αποτέλεσμα, ο σχεδιασμός αποφεύγει τους περιορισμούς που παρουσιάζει ο θερμικός φακός - ένα ανεπιθύμητο αποτέλεσμα όπου οι ανωμαλίες θερμοκρασίας σε ένα οπτικό υλικό επηρεάζουν τις διαδρομές που ακολουθεί το φως.
Συνολικά, η ομάδα του Μπούτακα υπολόγισε ότι οι αλλαγές τους διπλασίασαν την απόδοση συλλογής φωτός των ηλιακών λέιζερ που λειτουργούν στο TEM00 λειτουργία, με αποτέλεσμα 1.24 φορές την απόδοση μετατροπής ηλιακού φωτός σε λέιζερ από προηγούμενα σχέδια. Οι ερευνητές οραματίζονται πολλές πιθανές εφαρμογές για το σχεδιασμό τους: συμπεριλαμβανομένων καλύτερων μεθόδων για την παρακολούθηση της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας της Γης χρησιμοποιώντας δορυφόρους. μαζί με την απομάκρυνση των διαστημικών απορριμμάτων και τις επικοινωνίες στο βαθύ διάστημα.
Ίσως η πιο συναρπαστική εφαρμογή είναι η ανάπτυξη νέων μορφών παραγωγής ηλιακής ενέργειας. Εδώ, ο Boutaka και οι συνεργάτες του προτείνουν ότι τα ηλιακά λέιζερ θα μπορούσαν να λειτουργήσουν στο διάστημα, όπου το ηλιακό φως είναι περίπου διπλάσιο από αυτό στη Γη. Οι ακτίνες λέιζερ θα μπορούσαν να εκτοξευθούν πίσω στη Γη και να συλλεχθούν από συγκεντρωμένα ηλιακά κύτταρα - σε μια διαδικασία που είναι πιο αποτελεσματική από τη συλλογή ηλιακής ενέργειας στο έδαφος.
Η έρευνα περιγράφεται στο Journal of Photonics for Energy.
