Utformningen av effektiva solceller, som utnyttjar energi för att generera el eller producera väte genom att klyva vatten, har fått stor uppmärksamhet globalt. En annan väg för att utnyttja riklig, gratis solenergi:använda den som en pumpkälla för lasrar. Högeffektlasrar är öronmärkta för flera applikationer, inklusive rymdkommunikation, atmosfärisk avkänning, materialbearbetning vid hög temperatur och väteproduktion. Men de är ofta dyra och lider av prestandanedsättningar till följd av termiska stresseffekter.

I en nyligen publicerad studie publicerad i Journal of Photonics for Energy , rapporterar forskare från Algeriet och Portugal en ny soldriven laserdesign som framgångsrikt tar itu med dessa problem. Denna laser har en förbättrad laserkonverteringseffektivitet jämfört med de som pumpas med konventionella källor (som blixtlampor och lysdioder).

"Det tillvägagångssätt som vi använde i den här studien gjorde det möjligt för oss att utveckla en kraftfull soldriven laser som arbetar i TEM₀₀ läge, det grundläggande eller lägsta ordningens läget", förklarar docent Dawei Liang från Universidade Nova de Lisboa i Portugal, motsvarande författare till studien. "Var och en av dessa lägen (vår laser upprätthåller flera grundläggande lägen) kan kontrolleras exakt med minimalt värmetillförsel till pumpkaviteten. Detta gör det möjligt för oss att skräddarsy den applicerade energin till de specifika behoven för en applikation", tillägger han.

Forskarna utförde numeriska simuleringar för att optimera designparametrarna för en TEM₀₀ -läge Nd:YAG solar laserstråle. Vidare använde de fyra laserstavar inuti fyra 2V-formade pumphåligheter och pumpade dem med solljus med hjälp av fyra stora off-axis paraboliska speglar med en total uppsamlingsyta på 10 m ² .

"Laserhuvudet i vår design inkluderar också fyra sekundära asfäriska koncentratorer av smält kiseldioxid och fyra rektangulära ljusledare av smält kiseldioxid. Detta säkerställer en jämn fördelning av den absorberade pumpkraften inom varje stav och hjälper till att undvika värmeskador till följd av termisk linsning och termisk spänningar som uppstår i konventionella enstavssollasrar", utarbetar Liang.

Detta resulterade i en förbättrad prestanda hos sollasern. De numeriska beräkningarna uppskattade en total lasereffekt på 155,29 watt i TEM₀₀ läge. Detta resulterade i en tvåfaldig förbättring av insamlingseffektiviteten och en förbättring på 1,24 gånger i konverteringseffektiviteten jämfört med de som registrerats för tidigare konstruktioner med liknande konfiguration.

En av de stora potentiella tillämpningarna av denna design gäller rymdbaserad solenergi. Detta innebär att solenergi samlas in i rymden, omvandlas till en laserstråle och skickas ner till jorden där den kan användas för att generera elektricitet med hjälp av solceller. Eftersom denna process inte påverkas av jordens atmosfär är den mer stabil och kräver mindre överförings- och mottagningsutrustning än de som behövs för överföring av mikrovågskraft.

Liang noterar att även om en solcellsdriven diodpumpad laser fortfarande har större omvandlingseffektivitet från solenergi till laser än en sollaser, är den mycket mindre lämplig för långvariga rymdtillämpningar. Detta beror på att en diodpumpad laser har en begränsad livslängd för diodpumpens källa och ett mer komplext lasersystem. En soldriven laser har mycket större systemenkelhet och drar nytta av en nästan evig och gratis pumpkälla.

Sammantaget belyser denna studie ett sätt att ta soldrivna lasrar till nya höjder, med en tydlig plan för högeffektiva, rymdfärdiga sollasrar. + Utforska vidare

Non-stop-signal uppnås i högeffekts Erbium-dopade mellaninfraröda lasrar