עיצוב חדש ללייזר המופעל על ידי אור השמש נחשף על ידי חוקרים באלג'יריה ובפורטוגל. הלייזר הסולארי, שטרם נבנה במעבדה, צפוי לפעול ביעילות גבוהה יותר ממערכות קיימות ויכול להיות לו יישומים רבים - כולל מערכת הנישאת בחלל לקצירת אנרגיה סולארית לשימוש על פני כדור הארץ.
השימוש באור השמש כמקור שאיבה להפקת אור לייזר נחקר רבות מאז שנות ה-1960. ניתן להשתמש בטכנולוגיות הנוכחיות לייצור מערכות לייזר חסכוניות בעלות הספק ובהירות גבוהים.
התקדמויות רבות בלייזרים סולאריים בוצעו במהלך העשור האחרון - אך ניתן להגביל את העיצובים הקיימים על ידי שימוש במוט לייזר גדול יחיד. מוט זה הוא חומר הרווח המייצר אור לייזר באמצעות האנרגיה שהוא רוכש ממקור המשאבה. מערכות סולאריות חד-מוטות נוטות להיות יקרות ולסבול מחלוקת טמפרטורה לא אחידה בתוך המוט, מה שמפחית מאיכות האלומה שהיא מייצרת.
סימולציות מספריות
העבודה האחרונה נעשתה על ידי רב בוטקה במרכז לפיתוח טכנולוגיות מתקדמות באלג'יר, דאווי ליאנג באוניברסיטת NOVA ליסבון ועבד אלחמיד קלאו באוניברסיטה למדע וטכנולוגיה Houari Boumediene. השלישייה עשתה סימולציות מספריות כדי לעזור להם לתכנן מערך לייזר סולארי אופטימלי יותר. המערכת המוצעת שלהם תפעל ב-TEM00 מצב אופטי: מצב הלייזר הבסיסי, מהסדר הנמוך ביותר, שבו עוצמת האור המקיפה את מרכז הקרן עוקבת אחר התפלגות גאוסית פשוטה. העיצוב של הצוות אוסף אור שמש באמצעות ארבע מראות פרבוליות בשטח כולל של 10 מ'2.
תא סולארי ממשיך לפעול לאחר השקיעה
לאחר שאור זה נקצר, הוא מופנה לראש לייזר, שם הוא מופץ באופן שווה בין ארבעה רכזי סיליקה ממוזגים ומובילי אור. לבסוף, האור משמש לשאוב בו-זמנית של ארבעה מוטות לייזר בקוטר קטן - כאשר המערך מבטיח שכוח המשאבה מפוזר באופן שווה בין המוטות. כתוצאה מכך, העיצוב נמנע מהמגבלות שמציגה העדשה התרמית - אפקט לא רצוי לפיו אי-סדירות בטמפרטורה בחומר אופטי משפיעה על הנתיבים שעובר האור.
בסך הכל, הצוות של בוטקה חישב שהשינויים שלהם הכפילו את יעילות איסוף האור של לייזרים סולאריים הפועלים ב-TEM00 מצב, וכתוצאה מכך יעילות המרת אור שמש ללייזר פי 1.24 בהשוואה לעיצובים קודמים. החוקרים צופים יישומים פוטנציאליים רבים לתכנון שלהם: כולל שיטות טובות יותר לניטור פני השטח והאטמוספירה של כדור הארץ באמצעות לוויינים; יחד עם פינוי פסולת חלל, ותקשורת בחלל העמוק.
אולי היישום המרתק ביותר הוא פיתוח צורות חדשות של ייצור אנרגיה סולארית. כאן, בוטקה ועמיתיו מציעים כי לייזרים סולאריים יכולים לפעול בחלל, שבו אור השמש חזק בערך פי שניים מאשר על כדור הארץ. ניתן לירות את קרני הלייזר בחזרה לכדור הארץ, ולאסוף אותם על ידי תאים סולאריים מרוכזים - בתהליך יעיל יותר מאיסוף אנרגיית שמש מבוססת קרקע.
המחקר מתואר ב- Journal of Photonics for Energy.
