Sebuah desain baru untuk laser yang ditenagai oleh sinar matahari telah diungkapkan oleh para peneliti di Aljazair dan Portugal. Laser surya, yang belum dibangun di laboratorium, diprediksi beroperasi pada efisiensi yang lebih tinggi daripada sistem yang ada dan dapat memiliki banyak aplikasi – termasuk sistem ruang angkasa untuk memanen energi matahari untuk digunakan di Bumi.
Penggunaan sinar matahari sebagai sumber pemompaan untuk menghasilkan sinar laser telah banyak dieksplorasi sejak tahun 1960-an. Teknologi saat ini dapat digunakan untuk menghasilkan sistem laser hemat biaya dengan daya dan kecerahan tinggi.
Banyak kemajuan dalam laser surya telah dibuat selama dekade terakhir - tetapi desain yang ada dapat dibatasi oleh penggunaan batang laser tunggal yang besar. Batang ini adalah bahan penguatan yang menghasilkan sinar laser melalui energi yang diperolehnya dari sumber pompa. Tata surya batang tunggal cenderung mahal dan menderita distribusi suhu yang tidak merata di dalam batang, yang mengurangi kualitas sinar yang dihasilkannya.
Simulasi numerik
Karya terbaru ini dilakukan oleh Rabeh Boutaka di Pusat Pengembangan Teknologi Canggih di Aljir, Dawei Liang di NOVA University Lisbon dan Abdelhamid Kellou di University of Science and Technology Houari Boumediene. Ketiganya melakukan simulasi numerik untuk membantu mereka merancang pengaturan laser surya yang lebih optimal. Sistem yang mereka usulkan akan beroperasi di TEM00 mode optik: mode laser orde terendah yang mendasar, di mana intensitas cahaya yang mengelilingi pusat berkas mengikuti distribusi Gaussian sederhana. Desain tim mengumpulkan sinar matahari menggunakan empat cermin parabola dengan luas total 10 m2.
Sel surya terus berjalan setelah matahari terbenam
Setelah cahaya ini dipanen, cahaya tersebut diarahkan ke kepala laser, di mana cahaya tersebut didistribusikan secara merata antara empat konsentrator silika leburan dan pemandu cahaya. Terakhir, cahaya digunakan untuk memompa empat batang laser berdiameter kecil secara bersamaan – dengan pengaturan yang memastikan bahwa daya pompa didistribusikan secara merata di antara batang. Akibatnya, desain menghindari batasan yang disajikan oleh lensa termal – efek yang tidak diinginkan dimana ketidakteraturan suhu dalam bahan optik mempengaruhi jalur yang diambil oleh cahaya.
Secara keseluruhan, tim Boutaka menghitung bahwa perubahan mereka menggandakan efisiensi pengumpulan cahaya laser surya yang beroperasi di TEM00 mode, menghasilkan 1.24 kali efisiensi konversi sinar matahari ke laser dari desain sebelumnya. Para peneliti membayangkan banyak aplikasi potensial untuk desain mereka: termasuk metode yang lebih baik untuk memantau permukaan dan atmosfer bumi menggunakan satelit; bersama dengan penghapusan puing-puing ruang angkasa, dan komunikasi luar angkasa.
Mungkin aplikasi yang paling menarik adalah pengembangan bentuk baru produksi energi surya. Di sini, Boutaka dan rekannya mengusulkan bahwa laser surya dapat beroperasi di ruang angkasa, di mana sinar matahari sekitar dua kali lebih kuat daripada di Bumi. Sinar laser dapat ditembakkan kembali ke Bumi, dan dikumpulkan oleh sel surya terkonsentrasi – dalam proses yang lebih efisien daripada pengumpulan energi surya berbasis darat.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Jurnal Photonics untuk Energi.
