Raziskovalci v Alžiriji in na Portugalskem so razkrili novo zasnovo laserja, ki ga poganja sončna svetloba. Sončni laser, ki ga je treba šele zgraditi v laboratoriju, naj bi deloval z višjo učinkovitostjo kot obstoječi sistemi in bi lahko imel številne aplikacije – vključno s sistemom v vesolju za pridobivanje sončne energije za uporabo na Zemlji.
Uporaba sončne svetlobe kot vira črpanja za proizvodnjo laserske svetlobe je bila široko raziskana od leta 1960. Trenutne tehnologije je mogoče uporabiti za izdelavo stroškovno učinkovitih laserskih sistemov z visoko močjo in svetlostjo.
V zadnjem desetletju so bili solarni laserji doseženi številni napredki – vendar so obstoječe zasnove lahko omejene z uporabo ene same velike laserske palice. Ta palica je pridobilni material, ki proizvaja lasersko svetlobo z energijo, ki jo pridobi iz vira črpalke. Solarni sistemi z eno palico so ponavadi dragi in trpijo zaradi neenakomerne porazdelitve temperature znotraj palice, kar zmanjšuje kakovost žarka, ki ga proizvaja.
Numerične simulacije
To zadnje delo je opravil Rabeh Boutaka iz Centra za razvoj naprednih tehnologij v Alžiru, Dawei Liang na Univerzi NOVA Lizbona in Abdelhamid Kellou na Univerzi za znanost in tehnologijo Houari Boumediene. Trojica je izvedla numerične simulacije, ki so jim pomagale oblikovati bolj optimalno nastavitev sončnega laserja. Njihov predlagani sistem bi deloval v TEM00 optični način: osnovni laserski način najnižjega reda, kjer intenzivnost svetlobe, ki obdaja središče žarka, sledi preprosti Gaussovi porazdelitvi. Zasnova ekipe zbira sončno svetlobo s štirimi paraboličnimi ogledali s skupno površino 10 m2.
Sončna celica deluje tudi po sončnem zahodu
Ko je ta svetloba pobrana, se usmeri v lasersko glavo, kjer se enakomerno porazdeli med štiri koncentratorje iz staljenega silicijevega dioksida in svetlobne vodnike. Nazadnje se svetloba uporablja za sočasno črpanje štirih laserskih palic majhnega premera – pri čemer nastavitev zagotavlja, da je moč črpalke enakomerno porazdeljena med palicami. Posledično se zasnova izogne omejitvam, ki jih predstavljajo termične leče – neželen učinek, pri katerem temperaturne nepravilnosti v optičnem materialu vplivajo na pot svetlobe.
Skupaj je Boutakina ekipa izračunala, da so njihove spremembe podvojile učinkovitost zbiranja svetlobe sončnih laserjev, ki delujejo v TEM00 način, kar ima za posledico 1.24-kratno učinkovitost pretvorbe sončne svetlobe v laser v primerjavi s prejšnjimi modeli. Raziskovalci predvidevajo številne možne aplikacije za njihovo zasnovo: vključno z boljšimi metodami za spremljanje zemeljskega površja in ozračja s pomočjo satelitov; skupaj z odstranjevanjem vesoljskih odpadkov in komunikacijami v globokem vesolju.
Morda najbolj fascinantna uporaba je razvoj novih oblik proizvodnje sončne energije. Tu Boutaka in sodelavci predlagajo, da bi solarni laserji lahko delovali v vesolju, kjer je sončna svetloba približno dvakrat močnejša kot na Zemlji. Laserske žarke bi lahko izstrelili nazaj na Zemljo in jih zbrali s koncentriranimi sončnimi celicami – v procesu, ki je učinkovitejši od zemeljskega zbiranja sončne energije.
Raziskava je opisana v Journal of Photonics for Energy.
