Et nytt design for en laser som drives av sollys har blitt avduket av forskere i Algerie og Portugal. Sollaseren, som ennå ikke er bygget i laboratoriet, er spådd å fungere med høyere effektivitet enn eksisterende systemer og kan ha mange bruksområder – inkludert et rombårent system for høsting av solenergi for bruk på jorden.
Bruken av sollys som en pumpekilde for å produsere laserlys har blitt mye utforsket siden 1960-tallet. Nåværende teknologier kan brukes til å produsere kostnadseffektive lasersystemer med høy effekt og lysstyrke.
Tallrike fremskritt innen solenergilasere har blitt gjort i løpet av det siste tiåret - men eksisterende design kan begrenses ved bruk av en enkelt stor laserstav. Denne stangen er forsterkningsmaterialet som produserer laserlys gjennom energien den får fra pumpekilden. Enkeltstavs solcellesystemer har en tendens til å være dyre og lider av ujevne temperaturfordelinger i stangen, noe som reduserer kvaliteten på strålen den produserer.
Numeriske simuleringer
Dette siste arbeidet ble utført av Rabeh Boutaka ved Senter for utvikling av avansert teknologi i Alger, Dawei Liang ved NOVA University Lisboa og Abdelhamid Kellou ved University of Science and Technology Houari Boumediene. Trioen gjorde numeriske simuleringer for å hjelpe dem med å designe et mer optimalt sollaseroppsett. Deres foreslåtte system vil fungere i TEM00 optisk modus: den grunnleggende lasermodusen av laveste orden, der lysintensiteten som omgir strålens sentrum følger en enkel Gaussisk fordeling. Teamets design samler inn sollys ved hjelp av fire parabolske speil med et totalt areal på 10 m2.
Solcelle fortsetter etter solnedgang
Når dette lyset er høstet, ledes det til et laserhode, hvor det fordeles jevnt mellom fire smeltede silikakonsentratorer og lysledere. Til slutt brukes lyset til å pumpe fire laserstaver med liten diameter samtidig – med oppsettet som sikrer at pumpekraften fordeles jevnt mellom stengene. Som et resultat unngår designet begrensningene fra termisk linse - en uønsket effekt der temperatururegelmessigheter i et optisk materiale påvirker banene som lyset tar.
Til sammen beregnet Boutakas team at endringene deres doblet lysinnsamlingseffektiviteten til sollasere som opererer i TEM00 modus, noe som resulterer i 1.24 ganger sollys-til-laser-konverteringseffektiviteten fra tidligere design. Forskerne ser for seg en rekke potensielle bruksområder for deres design: inkludert bedre metoder for å overvåke jordens overflate og atmosfære ved hjelp av satellitter; sammen med fjerning av romrester og kommunikasjon i dypt rom.
Den kanskje mest fascinerende applikasjonen er utviklingen av nye former for solenergiproduksjon. Her foreslår Boutaka og kolleger at sollasere kan operere i verdensrommet, der sollys er rundt dobbelt så sterkt som det er på jorden. Laserstråler kan skytes tilbake til jorden, og samles opp av konsentrerte solceller – i en prosess som er mer effektiv enn bakkebasert solenergiinnsamling.
Forskningen er beskrevet i Journal of Photonics for Energy.
