La progettazione di celle solari efficienti, che sfruttano l'energia per generare elettricità o produrre idrogeno scindendo l'acqua, ha ricevuto molta attenzione a livello globale. Un'altra strada per sfruttare l'energia solare abbondante e gratuita:utilizzarla come fonte di pompaggio per i laser. I laser ad alta potenza sono destinati a diverse applicazioni, tra cui la comunicazione nello spazio profondo, il rilevamento atmosferico, la lavorazione di materiali ad alta temperatura e la produzione di idrogeno. Tuttavia, sono spesso costosi e soffrono di battute d'arresto delle prestazioni dovute agli effetti dello stress termico.

In un recente studio pubblicato sul Journal of Photonics for Energy , ricercatori dell'Algeria e del Portogallo riferiscono di un nuovo progetto di laser a energia solare che affronta con successo questi problemi. Questo laser ha un'efficienza di conversione laser migliorata rispetto a quelli pompati con sorgenti convenzionali (come lampade flash e LED).

"L'approccio che abbiamo adottato in questo studio ci ha permesso di sviluppare un potente laser a energia solare operante in TEM₀₀ modalità, la modalità fondamentale o di ordine più basso", spiega il Professore Associato Dawei Liang dell'Universidade Nova de Lisboa in Portogallo, l'autore corrispondente dello studio. "Ciascuna di queste modalità (il nostro laser supporta più modalità fondamentali) può essere controllata con precisione con il minimo apporto di calore alla cavità della pompa. Questo ci consente di adattare l'energia applicata alle esigenze specifiche di un'applicazione", aggiunge.

I ricercatori hanno eseguito simulazioni numeriche per ottimizzare i parametri di progettazione di un TEM₀₀ -modalità Nd:YAG raggio laser solare. Inoltre, hanno utilizzato quattro barre laser all'interno di quattro cavità della pompa a forma di 2V e le hanno pompate con la luce solare utilizzando quattro grandi specchi parabolici fuori asse con un'area di raccolta totale di 10 m ² .

"La testa laser nel nostro design include anche quattro concentratori asferici in silice fusa secondari e quattro guide di luce rettangolari in silice fusa. Ciò garantisce una distribuzione uniforme della potenza della pompa assorbita all'interno di ciascuna stelo e aiuta a evitare danni da riscaldamento derivanti da lenti termiche e termiche sollecitazioni che si verificano nei tradizionali laser solari ad asta singola", spiega Liang.

Ciò ha comportato un miglioramento delle prestazioni del laser solare. I calcoli numerici hanno stimato una potenza laser totale di 155,29 watt nel TEM₀₀ modalità. Ciò ha comportato un duplice miglioramento dell'efficienza di raccolta e un miglioramento di 1,24 volte nell'efficienza di conversione rispetto a quelli registrati per modelli precedenti con configurazione simile.

Una delle principali potenziali applicazioni di questo progetto riguarda la generazione di energia solare basata sullo spazio. Ciò comporta la raccolta di energia solare nello spazio, la sua conversione in un raggio laser e l'invio sulla Terra, dove può essere utilizzata per generare elettricità utilizzando le celle solari. Poiché questo processo non è influenzato dall'atmosfera terrestre, è più stabile e richiede apparecchiature di trasmissione e ricezione più piccole rispetto a quelle necessarie per la trasmissione di potenza a microonde.

Liang osserva che mentre un laser pompato a diodi alimentato da fotovoltaico ha ancora una maggiore efficienza di conversione da solare a laser rispetto a quello di un laser solare, è molto meno adatto per applicazioni spaziali a lungo termine. Questo perché un laser pompato a diodi ha una durata limitata della sorgente della pompa a diodi e un sistema laser più complesso. Un laser a energia solare gode di una semplicità di sistema molto maggiore e beneficia di una sorgente di pompaggio quasi eterna e gratuita.

Nel complesso, questo studio illustra un modo per portare i laser a energia solare a nuovi livelli, con un progetto chiaro per laser solari ad alta efficienza e pronti per lo spazio. + Esplora ulteriormente

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