Algerian ja Portugalin tutkijat ovat julkistaneet uuden suunnittelun auringonvalolla toimivalle laserille. Aurinkolaserin, jota ei ole vielä rakennettava laboratoriossa, ennustetaan toimivan tehokkaammin kuin olemassa olevat järjestelmät, ja sillä voi olla useita sovelluksia – mukaan lukien avaruudessa sijaitseva järjestelmä aurinkoenergian keräämiseksi käytettäväksi maan päällä.
Auringonvalon käyttöä pumppauslähteenä laservalon tuottamiseen on tutkittu laajalti 1960-luvulta lähtien. Nykytekniikoilla voidaan tuottaa kustannustehokkaita laserjärjestelmiä, joilla on suuri teho ja kirkkaus.
Viime vuosikymmenen aikana aurinkolasereissa on edistytty lukuisia, mutta olemassa olevia malleja voidaan rajoittaa käyttämällä yhtä suurta lasersauvaa. Tämä sauva on vahvistusmateriaali, joka tuottaa laservaloa pumpun lähteestä saamansa energian kautta. Yksisauvaiset aurinkosähköjärjestelmät ovat yleensä kalliita ja kärsivät epätasaisesta lämpötilan jakautumisesta sauvan sisällä, mikä heikentää sen tuottaman säteen laatua.
Numeeriset simulaatiot
Tämän viimeisimmän työn teki Rabeh Boutaka Kehittyneiden teknologioiden kehittämiskeskuksessa Algerissa, Dawei Liang NOVA-yliopistossa Lissabonissa ja Abdelhamid Kellou tiede- ja teknologiayliopistossa Houari Boumediene. Kolmikko teki numeerisia simulaatioita auttaakseen heitä suunnittelemaan optimaalisemman aurinkolaser-kokoonpanon. Heidän ehdottamansa järjestelmä toimisi TEM:ssä00 optinen tila: perustavanlaatuinen, alimman kertaluvun lasertila, jossa säteen keskustaa ympäröivän valon intensiteetti noudattaa yksinkertaista Gaussin jakaumaa. Tiimin suunnittelu kerää auringonvaloa neljällä parabolisella peilillä, joiden kokonaispinta-ala on 10 m2.
Aurinkokenno jatkaa toimintaansa auringonlaskun jälkeen
Kun tämä valo on kerätty, se ohjataan laserpäähän, jossa se jakautuu tasaisesti neljän sulatetun piidioksidikeskittimen ja valonohjainten kesken. Lopuksi valoa käytetään samanaikaisesti neljän halkaisijaltaan pienen lasersauvan pumppaamiseen – kokoonpano varmistaa, että pumpun teho jakautuu tasaisesti sauvojen kesken. Tämän seurauksena suunnittelussa vältetään lämpölinssien aiheuttamat rajoitukset – ei-toivottu vaikutus, jolloin optisen materiaalin lämpötilaepäsäännöllisyydet vaikuttavat valon kulkemiin reitteihin.
Kaiken kaikkiaan Boutakan tiimi laski, että heidän tekemänsä muutokset kaksinkertaistivat TEM:ssä toimivien aurinkolaserien valonkeräystehokkuuden.00 -tilassa, mikä johtaa 1.24 kertaa aiempiin malleihin verrattuna auringonvalon ja laserin muunnostehokkuuteen. Tutkijat näkevät suunnittelulleen lukuisia mahdollisia sovelluksia: muun muassa parempia menetelmiä maapallon pinnan ja ilmakehän seurantaan satelliittien avulla; sekä avaruusromun poistaminen ja syväavaruusviestintä.
Ehkä kiehtovin sovellus on uusien aurinkoenergian tuotantomuotojen kehittäminen. Tässä Boutaka ja kollegat ehdottavat, että aurinkolaserit voisivat toimia avaruudessa, jossa auringonvalo on noin kaksi kertaa voimakkaampaa kuin maan päällä. Lasersäteet voitaisiin laukaista takaisin Maahan ja kerätä tiivistetyillä aurinkokennoilla – prosessissa, joka on tehokkaampi kuin maapohjainen aurinkoenergian kerääminen.
Tutkimus on kuvattu Journal of Photonics for Energy.
