Un nou design pentru un laser care este alimentat de lumina soarelui a fost dezvăluit de cercetători din Algeria și Portugalia. Laserul solar, care nu a fost încă construit în laborator, se preconizează că va funcționa cu o eficiență mai mare decât sistemele existente și ar putea avea numeroase aplicații - inclusiv un sistem spațial pentru colectarea energiei solare pentru utilizare pe Pământ.
Utilizarea luminii solare ca sursă de pompare pentru producerea luminii laser a fost explorată pe scară largă încă din anii 1960. Tehnologiile actuale pot fi folosite pentru a produce sisteme laser rentabile, cu putere și luminozitate ridicate.
În ultimul deceniu s-au făcut numeroase progrese în domeniul laserelor solare – dar modelele existente pot fi limitate prin utilizarea unei singure tije laser mari. Această tijă este materialul de câștig care produce lumină laser prin energia pe care o dobândește de la sursa pompei. Sistemele solare cu o singură tijă tind să fie scumpe și suferă de distribuții neuniforme ale temperaturii în interiorul tijei, ceea ce scade calitatea fasciculului pe care îl produce.
Simulări numerice
Această ultimă activitate a fost realizată de Rabeh Boutaka la Centrul pentru Dezvoltarea Tehnologiilor Avansate din Alger, Dawei Liang la Universitatea NOVA din Lisabona și Abdelhamid Kellou la Universitatea de Știință și Tehnologie Houari Boumediene. Trio-ul a făcut simulări numerice pentru a-i ajuta să proiecteze o configurație optimă a laserului solar. Sistemul lor propus ar funcționa în TEM00 modul optic: modul laser fundamental, de ordinul cel mai jos, în care intensitatea luminii care înconjoară centrul fasciculului urmează o distribuție Gaussiană simplă. Designul echipei colectează lumina soarelui folosind patru oglinzi parabolice cu o suprafață totală de 10 m2.
Celula solară continuă să funcționeze după apusul soarelui
Odată ce această lumină a fost recoltată, este direcționată către un cap laser, unde este distribuită uniform între patru concentratoare de silice topită și ghiduri de lumină. În cele din urmă, lumina este utilizată pentru a pompa simultan patru tije laser cu diametru mic - configurația asigurând că puterea pompei este distribuită uniform între tije. Drept urmare, designul evită limitările prezentate de lentilele termice – un efect nedorit prin care neregularitățile de temperatură dintr-un material optic afectează căile parcurse de lumină.
În total, echipa lui Boutaka a calculat că modificările lor au dublat eficiența de colectare a luminii a laserelor solare care funcționează în TEM.00 modul, rezultând o eficiență de conversie a luminii solare în laser de 1.24 ori mai mare decât a modelelor anterioare. Cercetătorii au în vedere numeroase aplicații potențiale pentru proiectarea lor: inclusiv metode mai bune de monitorizare a suprafeței și atmosferei Pământului folosind sateliți; împreună cu îndepărtarea resturilor spațiale și a comunicațiilor în spațiul adânc.
Poate cea mai fascinantă aplicație este dezvoltarea de noi forme de producere a energiei solare. Aici, Boutaka și colegii săi propun că laserele solare ar putea funcționa în spațiu, unde lumina soarelui este de aproximativ două ori mai puternică decât este pe Pământ. Fasciculele laser ar putea fi trimise înapoi pe Pământ și colectate de celule solare concentrate – într-un proces care este mai eficient decât colectarea energiei solare la sol.
Cercetarea este descrisă în Journal of Photonics for Energy.
