科學家利用太陽能泵浦技術(shù)實現(xiàn)4.64%激光轉(zhuǎn)化效率

2022-10-10 09:11:00來源：OFweek激光網(wǎng) 關(guān)鍵詞：太陽能泵浦激光器固體激光器閱讀量：25663

導讀：該研究的創(chuàng)新之處在于不再采用半導體激光陣列，而是采用固體激光器的直接太陽能泵浦技術(shù)克服了目前的性能限制，使空間激光器能夠穩(wěn)定可靠地運行多年。

　　近日，由葡萄牙新里斯本大學(NOVA University of Lisbon)副教授Dawei Liang領導的一個研究團隊宣布，他們利用一種新型的Ce：Nd：YAG棒狀太陽能泵浦激光器實現(xiàn)了4.64%的太陽能到激光的能量轉(zhuǎn)換效率。

　　據(jù)悉，該研究的創(chuàng)新之處在于不再采用半導體激光陣列，而是采用固體激光器的直接太陽能泵浦技術(shù)克服了目前的性能限制，使空間激光器(spaceborne lasers)能夠穩(wěn)定可靠地運行多年。

　　具體來看，該團隊的太陽能收集和集中方法使用了NOVA定日鏡-拋物面鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一個大的平面鏡和兩個平面部分安裝在一個兩軸定日鏡上組成，該裝置不斷地旋轉(zhuǎn)以保持陽光反射到安裝在太陽激光實驗室內(nèi)的固定拋物面鏡。

　　他們的定日鏡具有93.5%的反射率，并將入射的太陽輻射重定向到直徑1.5米、輪輞角60°、焦距660毫米的固定拋物面鏡。拋物面鏡背面鍍銀，主鏡的反射率為80%。

　　該太陽能激光頭組件是由一個大的熔融硅非球面透鏡和三個直徑2.5 mm、長度25 mm的Ce：Nd：YAG棒(安裝在單個錐形泵腔內(nèi)組成)，之后三個小的1064 nm部分反射輸出鏡會分別與相應的激光棒對齊，最后用上反射率達94%的鍍銀鋁箔來保護泵腔內(nèi)壁。

　　測試結(jié)果表明，該方法提供了三束連續(xù)波1064 nm光束的高效同步發(fā)射，具有4.64%的太陽能-激光功率轉(zhuǎn)換效率，41.25 W/m2的太陽能激光收集效率，以及計算出的7.64%的太陽能激光斜率效率(Slope Efficiency)。

　　研究團隊指出，寬帶陽光(broadband sunlight)可以通過太陽能泵浦轉(zhuǎn)換成激光，這是一種窄帶、準直、快速脈沖輻射源，可能具有極高的亮度和強度。Dawei Liang表示：“由于太陽能是太空中最豐富、最可靠的能源，比地球上多10倍，天基激光發(fā)電將是滿足能源需求的重要一步。而且由于不存在云層的遮擋，太空中陽光的強度幾乎是地球上的兩倍，有陽光的時間是地球上的4-5倍。”

　　半導體激光陣列有兩個明顯缺點：一是隨著時間的推移性能出現(xiàn)下降，二是其壽命有限，而且這兩方面的漏洞會隨著平均輸出功率的水平而擴大。

　　如今，上述研究團隊指出，用直接的太陽能泵浦固態(tài)激光器來取代半導體激光陣列，將有望幫助克服這些限制。未來，如果這種高效、低成本的可再生激光器成功應用于激光材料加工，其在地面場景中的應用(Terrestrial Applications)將會越來越凸顯。

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