La conception de cellules solaires efficaces, qui exploitent l'énergie pour générer de l'électricité ou produire de l'hydrogène en séparant l'eau, a suscité beaucoup d'attention dans le monde. Une autre voie pour exploiter l'énergie solaire abondante et gratuite :l'utiliser comme source de pompage pour les lasers. Les lasers haute puissance sont destinés à plusieurs applications, notamment la communication dans l'espace lointain, la détection atmosphérique, le traitement des matériaux à haute température et la production d'hydrogène. Mais, ils sont souvent coûteux et souffrent de baisses de performances dues aux effets des contraintes thermiques.

Dans une étude récente publiée dans le Journal of Photonics for Energy , des chercheurs algériens et portugais rapportent une nouvelle conception de laser à énergie solaire qui résout avec succès ces problèmes. Ce laser a une efficacité de conversion laser améliorée par rapport à ceux pompés avec des sources conventionnelles (telles que les lampes flash et les LED).

"L'approche que nous avons adoptée dans cette étude nous a permis de développer un puissant laser solaire fonctionnant en TEM₀₀ mode, le mode fondamental ou d'ordre le plus bas », explique le professeur agrégé Dawei Liang de l'Universidade Nova de Lisboa au Portugal, l'auteur correspondant de l'étude. « Chacun de ces modes (notre laser supporte plusieurs modes fondamentaux) peut être contrôlé avec précision avec un minimum apport de chaleur à la cavité de la pompe. Cela nous permet d'adapter l'énergie appliquée aux besoins spécifiques d'une application », ajoute-t-il.

Les chercheurs ont effectué des simulations numériques pour optimiser les paramètres de conception d'un TEM₀₀ -faisceau laser solaire Nd:YAG en mode. De plus, ils ont utilisé quatre barres laser à l'intérieur de quatre cavités de pompe en forme de 2 V et les ont pompées avec la lumière du soleil à l'aide de quatre grands miroirs paraboliques hors axe avec une zone de collecte totale de 10 m ² .

"La tête laser de notre conception comprend également quatre concentrateurs asphériques secondaires en silice fondue et quatre guides de lumière rectangulaires en silice fondue. Cela garantit une répartition uniforme de la puissance de pompe absorbée dans chaque tige et aide à éviter les dommages causés par la chaleur résultant de la lentille thermique et de la chaleur. contraintes qui se produisent dans les lasers solaires conventionnels à tige unique », explique Liang.

Il en est résulté une amélioration des performances du laser solaire. Les calculs numériques ont estimé une puissance laser totale de 155,29 watts dans le TEM₀₀ mode. Cela a entraîné une double amélioration de l'efficacité de la collecte et une amélioration de 1,24 fois de l'efficacité de la conversion par rapport à celles enregistrées pour les conceptions antérieures avec une configuration similaire.

L'une des principales applications potentielles de cette conception concerne la production d'énergie solaire dans l'espace. Cela implique la collecte de l'énergie solaire dans l'espace extra-atmosphérique, sa conversion en un faisceau laser et son envoi sur Terre où elle peut être utilisée pour générer de l'électricité à l'aide de cellules solaires. Étant donné que ce processus n'est pas influencé par l'atmosphère terrestre, il est plus stable et nécessite des équipements de transmission et de réception plus petits que ceux nécessaires à la transmission de puissance micro-ondes.

Liang note que même si un laser pompé par diode à alimentation photovoltaïque a toujours une plus grande efficacité de conversion solaire-laser que celle d'un laser solaire, il est beaucoup moins adapté aux applications spatiales à long terme. En effet, un laser pompé par diode a une durée de vie limitée de la source de pompe à diode et un système laser plus complexe. Un laser à énergie solaire bénéficie d'une simplicité de système beaucoup plus grande et bénéficie d'une source de pompage presque éternelle et gratuite.

Dans l'ensemble, cette étude éclaire un moyen d'amener les lasers à énergie solaire vers de nouveaux sommets, avec un plan clair pour des lasers solaires à haut rendement et prêts pour l'espace. + Explorer plus loin

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