Dasjenige Konzeption effizienter Solarzellen, die Leistungsfähigkeit nutzen, um Strom zu erzeugen oder durch Trennung von Wasser Wasserstoff zu produzieren, hat weltweit viel Mitbringsel erhalten. Ein weiterer Weg, um die reichlich vorhandene, kostenlose Sonnenenergie zu nutzen: sie qua Pumpquelle z. Hd. Laser zu nutzen. Hochleistungslaser sind z. Hd. mehrere Anwendungen vorgesehen, darunter Weltraumkommunikation, Atmosphärensensorik, Hochtemperatur-Materialverarbeitung und Wasserstoffproduktion. Sie sind jedoch oft teuer und leiden unter Leistungseinbußen, die durch thermische Belastungseffekte entstehen.
In einer kürzlich im SPIE Journal of Photonics for Energy veröffentlichten Studie berichten Forscher aus Algerien und Portugal hoch ein neues solarbetriebenes Laserdesign, dies solche Probleme triumphierend angeht. Dieser Laser hat eine verbesserte Laserumwandlungseffizienz im Vergleich zu solchen, die mit herkömmlichen Quellen (wie Blitzlampen und LEDs) gepumpt werden.
„Welcher Herangehensweise, den wir in dieser Studie gewählt nach sich ziehen, ermöglichte es uns, zusammensetzen leistungsstarken solarbetriebenen Laser zu prosperieren, dieser im TEM00-Modus arbeitet, dem Grundmodus oder Modus niedrigster Ordnungsprinzip“, erklärt außerordentlicher Professor Dawei Liang von dieser Universidade Nova de Lisboa in Portugal, dieser korrespondierende Verfasser dieser lernen. „Jeder dieser Moden (unser Laser unterstützt mehrere Grundmoden) kann mit minimaler Wärmezufuhr zum Pumphohlraum präzise gesteuert werden. In Folge dessen können wir die zugeführte Leistungsfähigkeit an die spezifischen Anforderungen einer Verwendung verbiegen“, fügt er hinzu.
Die Forscher führten numerische Simulationen durch, um die Designparameter eines Nd:YAG-Solarlaserstrahls im TEM00-Modus zu optimieren. Außerdem verwendeten sie vier Laserstäbe in vier 2V-förmigen Pumphohlräumen und pumpten sie mit Sonnenlicht unter Verwendung von vier großen außeraxialen Parabolspiegeln mit einer Gesamtsammelfläche von 10 m2.
„Welcher Laserkopf in unserem Konzeption umfasst nebensächlich vier sekundäre asphärische Konzentratoren aus Quarzglas und vier rechteckige Lichtleiter aus Quarzglas. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung dieser absorbierten Pumpleistung intrinsisch jedes Stabs und hilft, Hitzeschäden durch thermische Linsenbildung und Thermik zu vermeiden Belastungen, die zwischen konventionellen Einstab-Solarlasern zu Tage treten“, führt Liang aus.
Dies führte zu einer verbesserten Leistung des Solarlasers. Die numerischen Berechnungen schätzten eine Gesamtlaserleistung von 155,29 Wattenmeer im TEM00-Modus. Dies führte zu einer zweifachen Verbesserung dieser Sammeleffizienz und einer 1,24-fachen Verbesserung dieser Umwandlungseffizienz im Vergleich zu denen, die z. Hd. frühere Konstruktionen mit ähnlicher Konfiguration aufgezeichnet wurden.
Eine dieser wichtigsten potenziellen Anwendungen dieses Designs betrifft die weltraumgestützte Solarstromerzeugung. Dieserfalls wird Sonnenenergie im Weltraum gesammelt, in zusammensetzen Laserstrahl umgewandelt und zur Muttererde geschickt, wo sie mithilfe von Solarzellen zur Stromproduktion genutzt werden kann. Da dieser Prozess nicht von dieser Erdatmosphäre geprägt wird, ist er stabiler und erfordert kleinere Sende- und Empfangsgeräte qua zwischen dieser Mikrowellen-Leistungsübertragung.
Liang merkt an, dass ein photovoltaisch betriebener diodengepumpter Laser zwar immer noch eine höhere Solar-zu-Laser-Umwandlungseffizienz qua ein Solarlaser hat, im Gegensatz dazu z. Hd. langfristige Weltraumanwendungen viel weniger probat ist. Dies liegt daran, dass ein diodengepumpter Laser eine begrenzte Nutzungsdauer dieser Diodenpumpquelle und ein komplexeres Lasersystem hat. Ein solarbetriebener Laser genießt eine viel größere Systemeinfachheit und profitiert von einer nahezu ewigen und kostenlosen Pumpquelle.
Insgesamt beleuchtet solche Studie zusammensetzen Weg, um solarbetriebene Laser zu neuen Höhen zu resultieren, mit einem klaren Layout z. Hd. hocheffiziente, weltraumtaugliche Solarlaser.
Forschungsbericht: Effizienter Solarlaser im TEM00-Modus mit Pumpansatz aus vier Nd:YAG-Stäben/vier außeraxialen Parabolspiegeln
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