Дослідники з Алжиру та Португалії оприлюднили нову конструкцію лазера, що працює від сонячного світла. Передбачається, що сонячний лазер, який ще належить створити в лабораторії, працюватиме з вищою ефективністю, ніж існуючі системи, і може мати численні застосування, включаючи систему космічного базування для збору сонячної енергії для використання на Землі.
Використання сонячного світла як джерела накачування для виробництва лазерного світла широко досліджувалося з 1960-х років. Сучасні технології можна використовувати для виробництва економічно ефективних лазерних систем з високою потужністю та яскравістю.
За останнє десятиліття було досягнуто численних успіхів у сонячних лазерах, але існуючі конструкції можуть бути обмежені використанням одного великого лазерного стрижня. Цей стрижень є матеріалом посилення, який виробляє лазерне світло за рахунок енергії, яку він отримує від джерела накачування. Однострижневі сонячні системи, як правило, дорогі та страждають від нерівномірного розподілу температури всередині стрижня, що знижує якість виробленого променя.
Числове моделювання
Цю останню роботу виконав Рабех Бутака з Центру розвитку передових технологій в Алжирі, Давей Лян в Лісабонському університеті NOVA та Абдельхамід Келлоу в Університеті науки і технологій Уарі Бумедьєна. Тріо провело чисельне моделювання, щоб допомогти їм розробити більш оптимальну установку сонячного лазера. Запропонована ними система працюватиме в ТЕМ00 оптичний режим: основний лазерний режим найнижчого порядку, де інтенсивність світла, що оточує центр променя, відповідає простому розподілу Гаусса. Розробка команди збирає сонячне світло за допомогою чотирьох параболічних дзеркал загальною площею 10 м2.
Сонячна батарея продовжує працювати після заходу сонця
Після того, як це світло зібрано, воно спрямовується на лазерну головку, де воно рівномірно розподіляється між чотирма концентраторами з плавленого кремнезему та світловодами. Нарешті, світло використовується для одночасного накачування чотирма лазерними стрижнями малого діаметра – при цьому налаштування забезпечують рівномірний розподіл потужності накачування між стрижнями. Як наслідок, конструкція уникає обмежень, пов’язаних із термолінзами – небажаного ефекту, через який температурні нерівності в оптичному матеріалі впливають на шляхи світла.
Загалом команда Бутаки підрахувала, що їхні зміни подвоїли ефективність збору світла сонячних лазерів, що працюють у ТЕМ.00 режимі, в результаті чого ефективність перетворення сонячного світла в лазер в 1.24 рази вища, ніж у попередніх конструкціях. Дослідники передбачають численні потенційні застосування для їх розробки: включаючи кращі методи моніторингу поверхні Землі та атмосфери за допомогою супутників; поряд із видаленням космічного сміття та дальнім космосом.
Мабуть, найцікавішим застосуванням є розробка нових форм виробництва сонячної енергії. Тут Бутака та його колеги припускають, що сонячні лазери можуть працювати в космосі, де сонячне світло приблизно вдвічі сильніше, ніж на Землі. Лазерні промені можна відправити назад на Землю та зібрати концентрованими сонячними елементами – процес, який є більш ефективним, ніж наземний збір сонячної енергії.
Дослідження описано в Журнал фотоніки для енергетики.
