Упрощенная схема солнечной лазерной системы с боковой накачкой и четырьмя внеосевыми параболическими зеркалами: (слева) вид спереди и (справа) вид сбоку; (вставка) лазерная головка установлена в общей центральной точке четырех внеосевых параболических зеркал. Авторы и права: Рабех Бутака и др., Журнал фотоники для энергетики (2022). DOI: 10.1117/1.JPE.12.038002
Разработка эффективных солнечных элементов, которые используют энергию для производства электроэнергии или водорода путем расщепления воды, привлекла большое внимание во всем мире. Еще один способ использовать обильную бесплатную солнечную энергию: использовать ее в качестве источника накачки для лазеров. Мощные лазеры предназначены для нескольких приложений, включая связь в дальнем космосе, зондирование атмосферы, высокотемпературную обработку материалов и производство водорода. Но они часто дороги и страдают от снижения производительности из-за эффектов теплового стресса.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Журнал фотоники для энергетики, исследователи из Алжира и Португалии сообщают о новой конструкции лазера на солнечной энергии, которая успешно решает эти проблемы. Этот лазер имеет повышенную эффективность преобразования лазера по сравнению с лазерами с накачкой из обычных источников (таких как лампы-вспышки и светодиоды).
«Подход, который мы приняли в этом исследовании, позволил нам разработать мощный лазер на солнечной энергии, работающий в ПЭМ.00 режим, основной режим или режим низшего порядка», — объясняет доцент Давэй Лян из Университета Нова-де-Лиссабон в Португалии, соответствующий автор исследования. «Каждый из этих режимов (наш лазер поддерживает несколько основных режимов) можно точно контролировать с минимальными затратами. подвод тепла к полости насоса. Это позволяет нам адаптировать подаваемую энергию к конкретным потребностям приложения», — добавляет он.
Исследователи провели численное моделирование, чтобы оптимизировать конструктивные параметры ТЭМ.00солнечный лазерный луч Nd:YAG в модовом режиме. Кроме того, они использовали четыре лазерных стержня внутри четырех 2V-образных резонаторов накачки и накачивали их солнечным светом с помощью четырех больших внеосевых параболических зеркал с общей площадью сбора 10 м2.2.
«Лазерная головка в нашей конструкции также включает в себя четыре вторичных асферических концентратора из плавленого кварца и четыре прямоугольных световода из плавленого кварца. Это обеспечивает равномерное распределение поглощаемой мощности накачки внутри каждого стержня и помогает избежать теплового повреждения в результате теплового линзирования и теплового излучения. напряжения, возникающие в обычных одностержневых солнечных лазерах», — уточняет Лян.
Это привело к улучшению характеристик солнечного лазера. Численные расчеты оценили общую мощность лазера в ПЭМ в 155,29 Вт.00 режим. Это привело к двукратному повышению эффективности сбора и улучшению эффективности преобразования в 1,24 раза по сравнению с показателями, зарегистрированными для более ранних конструкций с аналогичной конфигурацией.
Одно из основных потенциальных применений этой конструкции касается производства солнечной энергии в космосе. Это включает в себя сбор солнечной энергии в космосе, преобразование ее в лазерный луч и отправку на Землю, где ее можно использовать для выработки электроэнергии с помощью солнечных элементов. Поскольку на этот процесс не влияет атмосфера Земли, он более стабилен и требует меньшего передающего и приемного оборудования, чем те, которые необходимы для передачи микроволновой энергии.
Лян отмечает, что хотя фотоэлектрический лазер с диодной накачкой по-прежнему имеет большую эффективность преобразования солнечной энергии в лазерную, чем у солнечного лазера, он гораздо менее подходит для долгосрочных космических приложений. Это связано с тем, что лазер с диодной накачкой имеет ограниченный срок службы источника диодной накачки и более сложную лазерную систему. Лазер на солнечной энергии отличается гораздо большей простотой системы и преимуществом почти вечного и бесплатного источника накачки.
В целом, это исследование проливает свет на то, как вывести лазеры на солнечной энергии на новую высоту, с четким планом создания высокоэффективных солнечных лазеров, готовых к использованию в космосе.
Непрерывный сигнал достигается в мощных лазерах среднего ИК-диапазона, легированных эрбием.
Рабе Бутака и др., Эффективный солнечный лазер TEM00 с использованием четырех стержней Nd:YAG/четырех внеосевых параболических зеркал с накачкой, Журнал фотоники для энергетики (2022). DOI: 10.1117/1.JPE.12.038002
Цитата: Подъем лазеров на солнечных батареях к новым высотам с помощью четырехзеркальной накачки (2022 г., 7 сентября), получено 8 сентября 2022 г. с https://phys.org/news/2022-09-solar-powered-lasers-heights-four-mirror. .html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
