Tar solcelledrevne lasere til nye højder med fire-spejlpumpning

Designet af effektive solceller, som udnytter energi til at generere elektricitet eller producere brint ved at spalte vand, har fået stor opmærksomhed globalt. En anden vej til at udnytte rigelig, gratis solenergi:Brug den som en pumpekilde til lasere. Højeffektlasere er øremærket til adskillige applikationer, herunder kommunikation i dybt rum, atmosfærisk sansning, højtemperaturmaterialebehandling og brintproduktion. Men de er ofte dyre og lider af præstationsforstyrrelser som følge af termiske stresseffekter.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Journal of Photonics for Energy , rapporterer forskere fra Algeriet og Portugal om et nyt solcelledrevet laserdesign, der med succes løser disse problemer. Denne laser har en forbedret laserkonverteringseffektivitet sammenlignet med dem, der pumpes med konventionelle kilder (såsom blitzlamper og LED'er).

"Den tilgang, vi valgte i denne undersøgelse, gjorde det muligt for os at udvikle en kraftig solcelledrevet laser, der opererer i TEM₀₀ mode, den fundamentale eller laveste ordens tilstand," forklarer lektor Dawei Liang fra Universidade Nova de Lisboa i Portugal, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Hver af disse tilstande (vores laser opretholder flere fundamentale tilstande) kan styres præcist med minimalt varmetilførsel til pumpehulrummet. Dette gør os i stand til at skræddersy den anvendte energi til de specifikke behov for en applikation," tilføjer han.

Forskerne udførte numeriske simuleringer for at optimere designparametrene for en TEM₀₀ -tilstand Nd:YAG solar laserstråle. Yderligere brugte de fire laserstænger inde i fire 2V-formede pumpehulrum og pumpede dem med sollys ved hjælp af fire store off-akse parabolske spejle med et samlet opsamlingsområde på 10 m ² .

"Laserhovedet i vores design inkluderer også fire sekundære asfæriske koncentratorer af smeltet silica og fire rektangulære lysledere af smeltet silica. Dette sikrer en jævn fordeling af den absorberede pumpekraft inden for hver stang og hjælper med at undgå varmeskader som følge af termisk linse og termisk spændinger, der forekommer i konventionelle solcellelasere med én stang," uddyber Liang.

Dette resulterede i en forbedret ydeevne af sollaseren. De numeriske beregninger estimerede en samlet lasereffekt på 155,29 watt i TEM₀₀ mode. Dette resulterede i en dobbelt forbedring af indsamlingseffektiviteten og en forbedring på 1,24 gange i konverteringseffektiviteten sammenlignet med dem, der blev registreret for tidligere designs med lignende konfiguration.

En af de største potentielle anvendelser af dette design vedrører rumbaseret solenergiproduktion. Dette involverer indsamling af solenergi i det ydre rum, omdannelse af den til en laserstråle og sende den ned til Jorden, hvor den kan bruges til at generere elektricitet ved hjælp af solceller. Da denne proces ikke er påvirket af jordens atmosfære, er den mere stabil og kræver mindre transmissions- og modtageudstyr end dem, der er nødvendige for transmission af mikrobølgekraft.

Liang bemærker, at mens en fotovoltaisk drevet diodepumpet laser stadig har større sol-til-laser-konverteringseffektivitet end en sol-laser, er den meget mindre egnet til langsigtede rumapplikationer. Dette skyldes, at en diodepumpet laser har en begrænset diodepumpekildelevetid og et mere komplekst lasersystem. En solcelledrevet laser har langt større systemenkelhed og nyder godt af en næsten evig og gratis pumpekilde.

Samlet set belyser denne undersøgelse en måde at tage solcelledrevne lasere til nye højder med en klar plan for højeffektive, pladsklare solcellelasere. + Udforsk yderligere

Non-stop signal opnået i højeffekt Erbium-doterede mid-infrarøde lasere