Исследователи из Алжира и Португалии представили новую конструкцию лазера, работающего от солнечного света. Предполагается, что солнечный лазер, который еще предстоит построить в лаборатории, будет работать с более высокой эффективностью, чем существующие системы, и может иметь множество применений, включая космическую систему сбора солнечной энергии для использования на Земле.
Использование солнечного света в качестве источника накачки для производства лазерного излучения широко изучается с 1960-х годов. Современные технологии могут быть использованы для производства экономичных лазерных систем с высокой мощностью и яркостью.
За последнее десятилетие были достигнуты многочисленные успехи в области солнечных лазеров, но существующие конструкции могут быть ограничены использованием в них одного большого лазерного стержня. Этот стержень представляет собой усиливающий материал, который производит лазерный свет за счет энергии, которую он получает от источника накачки. Солнечные системы с одним стержнем, как правило, дороги и страдают от неравномерного распределения температуры внутри стержня, что снижает качество производимого им луча.
Численное моделирование
Эта последняя работа была выполнена Рабехом Бутакой в Центре развития передовых технологий в Алжире. Давэй Лян в Университете NOVA в Лиссабоне и Абдельхамид Келлоу в Университете науки и технологий Хуари Бумедьен. Трио провело численное моделирование, чтобы помочь им разработать более оптимальную установку солнечного лазера. Предлагаемая ими система будет работать в ТЕА.00 оптический режим: основной лазерный режим самого низкого порядка, в котором интенсивность света, окружающего центр луча, подчиняется простому распределению Гаусса. Дизайн команды собирает солнечный свет с помощью четырех параболических зеркал общей площадью 10 м.2.
Солнечная батарея продолжает работать после захода солнца
После того, как этот свет был собран, он направляется в лазерную головку, где он равномерно распределяется между четырьмя концентраторами из плавленого кварца и световодами. Наконец, свет используется для одновременной накачки четырех лазерных стержней малого диаметра, причем установка обеспечивает равномерное распределение мощности накачки между стержнями. В результате конструкция позволяет избежать ограничений, связанных с тепловыми линзами — нежелательным эффектом, когда температурные неравномерности в оптическом материале влияют на пути, по которым проходит свет.
В целом команда Бутаки подсчитала, что их изменения удвоили эффективность сбора света солнечными лазерами, работающими в ПЭМ.00 режиме, в результате чего эффективность преобразования солнечного света в лазер в 1.24 раза выше, чем в предыдущих конструкциях. Исследователи предполагают множество потенциальных применений своей конструкции: в том числе более совершенные методы мониторинга поверхности и атмосферы Земли с помощью спутников; наряду с удалением космического мусора и дальней космической связью.
Возможно, наиболее интересным применением является разработка новых форм производства солнечной энергии. Здесь Бутака и его коллеги предполагают, что солнечные лазеры могут работать в космосе, где солнечный свет примерно в два раза сильнее, чем на Земле. Лазерные лучи могут возвращаться на Землю и собираться концентрированными солнечными батареями — этот процесс более эффективен, чем наземный сбор солнечной энергии.
Исследование описано в Журнал фотоники для энергетики.
