Un nuovo design per un laser alimentato dalla luce solare è stato svelato da ricercatori in Algeria e Portogallo. Si prevede che il laser solare, che deve ancora essere costruito in laboratorio, operi con un'efficienza maggiore rispetto ai sistemi esistenti e potrebbe avere numerose applicazioni, incluso un sistema spaziale per la raccolta dell'energia solare da utilizzare sulla Terra.
L'uso della luce solare come fonte di pompaggio per la produzione di luce laser è stato ampiamente esplorato dagli anni '1960. Le attuali tecnologie possono essere utilizzate per produrre sistemi laser convenienti con potenza e luminosità elevate.
Negli ultimi dieci anni sono stati fatti numerosi progressi nei laser solari, ma i progetti esistenti possono essere limitati dall'uso di un'unica grande barra laser. Questa barra è il materiale di guadagno che produce luce laser attraverso l'energia che acquisisce dalla sorgente della pompa. I sistemi solari ad asta singola tendono ad essere costosi e soffrono di distribuzioni di temperatura irregolari all'interno dell'asta, il che diminuisce la qualità del raggio che produce.
Simulazioni numeriche
Quest'ultimo lavoro è stato svolto da Rabeh Boutaka presso il Center for the Development of Advanced Technologies di Algeri, Dawei Liang presso l'Università NOVA di Lisbona e Abdelhamid Kellou presso l'Università di Scienza e Tecnologia Houari Boumediene. Il trio ha eseguito simulazioni numeriche per aiutarli a progettare una configurazione del laser solare più ottimale. Il loro sistema proposto opererebbe nel TEM00 modalità ottica: la modalità laser fondamentale, di ordine più basso, in cui l'intensità della luce che circonda il centro del raggio segue una semplice distribuzione gaussiana. Il design del team raccoglie la luce solare utilizzando quattro specchi parabolici con un'area totale di 10 m2.
La cella solare continua a funzionare dopo il tramonto
Una volta che questa luce è stata raccolta, viene diretta a una testa laser, dove viene distribuita uniformemente tra quattro concentratori di silice fusa e guide di luce. Infine, la luce viene utilizzata per pompare simultaneamente quattro barre laser di piccolo diametro, con la configurazione che garantisce che la potenza della pompa sia distribuita uniformemente tra le barre. Di conseguenza, il design evita i limiti presentati dalle lenti termiche, un effetto indesiderato per cui le irregolarità della temperatura in un materiale ottico influenzano i percorsi della luce.
Complessivamente, il team di Boutaka ha calcolato che le loro alterazioni hanno raddoppiato l'efficienza di raccolta della luce dei laser solari operanti nel TEM00 modalità, risultando in 1.24 volte l'efficienza di conversione da luce solare a laser rispetto ai progetti precedenti. I ricercatori prevedono numerose potenziali applicazioni per la loro progettazione: compresi metodi migliori per monitorare la superficie terrestre e l'atmosfera utilizzando i satelliti; insieme alla rimozione dei detriti spaziali e alle comunicazioni nello spazio profondo.
Forse l'applicazione più affascinante è lo sviluppo di nuove forme di produzione di energia solare. Qui, Boutaka e colleghi propongono che i laser solari potrebbero operare nello spazio, dove la luce solare è circa il doppio di quella terrestre. I raggi laser potrebbero essere rimandati sulla Terra e raccolti da celle solari concentrate, in un processo più efficiente della raccolta di energia solare da terra.
La ricerca è descritta nel Giornale di fotonica per l'energia.
