بگذار بدرخشد! یک طراحی جدید برای لیزر خورشیدی به دنبال به حداقل رساندن اثر لنز حرارتی است.

طراحی جدیدی از یک لیزر که با نور خورشید کار میکند، توسط پژوهشگرانی از الجزایر و پرتغال رونمایی شده است. پیش بینی میشود این لیزر خورشیدی، که هنوز در آزمایشگاه ساخته نشده، با بازدهی بالاتری نسبت به سیستم های موجود عمل کند و بتواند کاربردهای بی شماری از جمله یک سیستم فضابُرد به منظور جمع آوری انرژی خورشیدی برای استفاده روی زمین داشته باشد.

استفاده از نور خورشید به عنوان یک منبع پمپ برای تولید کردن نور لیزر به طور گسترده ای از دهه 1960 بررسی شده است. فناوری های حال حاضر می توانند به منظور تولید سیستم های لیزریِ مقرون به صرفه، با توان و درخشندگی بالا به کار گرفته شوند.

طی دهه اخیر، پیشرفت های متعددی در زمینه لیزرهای خورشیدی حاصل شده اما طراحی های موجود می تواند به خاطر استفاده آن ها از یک تک میله بزرگ لیزر محدود شود. این میله، محیط بهره است که با انرژی ای که از منبع پمپ به دست می- آورد، نور لیزر تولید می کند. سیستم های خورشیدیِ تک میله، اغلب گران قیمت هستند و از توزیع دمایی غیریکنواخت در طول میله، که کیفیت باریکه نور تولیدی را کم میکند، رنج می برند.

شبیه سازی های عددی

این تازه ترین پژوهش، توسط رابه بوتاکا Rabeh Boutaka در مرکز توسعه فناوری های پیشرفته در شهر الجزیره، دائی لیانگ Dawei Liang از دانشگاه نووا لیسبون پرتغال و عبدالحمید کِلو Abdelhamid Kellou در دانشگاه علم و فناوری هواری بومِدین الجزایر انجام شده است. این گروه سه نفره، شبیه سازی های عددی انجام دادند تا به آنها کمک کند چیدمان لیزر خورشیدیِ بهینه تری را طراحی نمایند. سیستم پیشنهادی آنها در مُد نوری TEM₀₀ عمل می کند: مد لیزری پایه با کمترین مرتبه، که شدت نور حول مرکز باریکه از یک توزیع گاوسی ساده پیروی می کند. طراحی این گروه، نور خورشید را با استفاده از چهار آینه سهمی وار به مساحت مجموع m² 10 جمع آوری می کند.

هنگامی که این نور جمع آوری شد، به سر لیزر هدایت می شود؛ جایی که به طور یکنواخت بین چهار متمرکز کننده سیلیس-ذوب شده و هدایت کننده نور توزیع خواهد شد. در نهایت از این نور استفاده می شود تا چهار میله لیزری کم قطر به طور همزمان پمپاژ شوند- با چیدمانی که تضمین می کند توزیع توان پمپ بین میله ها یکنواخت است. در نتیجه، این طراحی محدودیت های ناشی از اثر لنز حرارتی (Thermal Lensing) را ندارد - لنز حرارتی اثر ناخواسته­ ای است که در آن بی نظمی های دمایی در ماده اپتیکی بر مسیر نور تاثیر می گذارد.

در مجموع، گروه بوتاکا برآورد کرده است که تغییرات آنها، بازدهی جمع آوری نور در لیزرهای خورشیدی به کار گرفته شده در مد TEM₀₀ را دو برابر می کند که به 1.24 برابر بازدهی تبدیل نور خورشید-به-لیزر در طراحی های قبلی منجر میشود. پژوهشگران، کاربردهای بالقوه فراوانی را برای طراحی خود پیش بینی میکنند: شامل روشهای بهتر برای پایش سطح زمین و اتمسفر با استفاده از ماهواره ها و همچنین حذف پسماندهای فضایی و ارتباطات در اعماق فضا.

شاید جذاب ترین کاربرد، توسعه روش های جدید تولید انرژی خورشیدی باشد. در اینجا بوتاکا و همکاران پیشنهاد می کنند که لیزرهای خورشیدی می توانند در فضا به کار گرفته شوند، جایی که نور خورشید تقریبا دو برابر قویتر از روی زمین است. باریکه های نور لیزرها می توانند به زمین برگردانده شوند و توسط سلولهای خورشیدی متمرکز جمع آوری گردند - در فرآیندی که پر بازده تر از جمع آوری انرژی خورشیدی در سطح زمین است.

این پژوهش در Journal of Photonics for Energy شرح داده شده است.

منبع خبر:

New design for solar laser could have applications in space