Влияние особенностей структуры боковой поверхности активной среды на эффективность солнечного лазера



Download 9,9 Mb.
Sana24.02.2022
Hajmi9,9 Mb.
#222846
Bog'liq
Доклад на конференции Камолиддинов 28 04 2021


ВЛИЯНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРУКТУРЫ БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ АКТИВНОЙ СРЕДЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНОГО ЛАЗЕРА

Ф. М. Камолиддинов, А.А. Шерниёзов, А.Г. Каххоров, Ф. А. Шерматова, А.Г. Алибоев, Ш.А. Бегимкулов


Институт ионно-плазменных и лазерных технологий АН РУз, 100125, Дурмон йули -33, Ташкент, Узбекистан


f_kamoliddinov@yahoo.com




Аннотация: Численной симуляцией на основе методов трассировки фотонов и Монте-Карло исследованы влияние особенностей структуры боковой поверхности активной среды на основе кристалла Nd:YAG на эффективность солнечного лазера. Проведенные исследования показали, использование активных сред с гравированной боковой поверхностью увеличивает эффективность солнечных лазеров на 30%.
Ключевые слова: Nd:YAG, солнечный лазер, линза Френеля, гравированная боковая поверхность


Введение
Одной из областей использования солнечной энергии является преобразование солнечного излучения в лазерное излучение с помощью солнечных лазеров. В ряде исследований эффективности солнечных лазеров не превышала 5%, что, в свою очередь, препятствует их широкому практическому применению.
Общая эффективность зависит от ряда параметров и факторов, которые представляют практические и фундаментальные проблемы, связанные с оптическими свойствами, типом, формой и структурой поверхности активной среды лазера, системы охлаждения, первичного концентратора, вторичных концентраторов в солнечных лазерах.
В экспериментальной работе [1] утверждается, общая эффективность для трех кристаллов с различной структурой поверхности составила 3,96%, 6,13% и 8,34% соответственно. На основании своих результатов авторы заявляют, поверхность с рифленой формой работает лучше, чем полированная. Они объясняют, поверхность с рифленой формой может очень эффективно охлаждаться, следовательно, работает лучше. Однако мы полагаем, объяснение того, что только эффективное охлаждение и/или низкая тепловая нагрузка на лазерный стержень является причиной значительного улучшения характеристик, не является полной картиной.
В данной работе мы исследовали влияние структуры боковой поверхности лазерного стержня в солнечных лазерах на Nd: YAG с торцевой накачкой. Боковая поверхность первого кристалла отполирована, а второго - гравирована. В качестве первичного концентратора использовалась линза Френеля [2]. Модель солнечного лазера для двух случаев была разработана на основе методов трассировки фотонов и Монте-Карло [3].


Результаты и обсуждения
Использованная в исследованиях схема лазерной установки показана на рисунке 1. Площадь поверхности первичного концентратора составляет 1 м2.



Рисунок 1. 1-Общий вид лазерной системы, 2-Увеличенный вид вторичного концентратора в виде усеченного конуса с кварцевым входным окном

Длина вторичного концентратора 40 мм, диаметр входной апертуры 15 мм, выходной 7 мм, а внутри вторичного конического концентратора находится активная среда с размерами 5 мм в диаметре и 5 см в длину. Предполагалась, что активная среда охлаждается дистиллированной водой. На следующем рисунке показаны два типа активных сред.



Рисунок 2. Расположение и внешний вид двух типов активных сред

Солнечный фотон, исходящий от линзы Френеля, может многократно отражаться внутри вторичного концентратора и поглощаться в активной среде. Поскольку боковая поверхность второй активной среды выгравирована, внутри нее проходит больше солнечного света, чем в первой активной среде (рис. 2).


Проведенные симуляционные исследования показали, что эффективность поглощения первой активной среды с гладкой боковой поверхностью составляет 9,5%, а второй активной среды с гравированной – 12%, что в 1.4 раза превышает результаты [1]. На рисунке 3 представлены полученные зависимости выходной лазерной мощности от мощности солнечного излучения, падающего на поверхность концентратора на основе линзы Френеля. Как видно из рисунка, использование активных сред с гравированной поверхностью может увеличить эффективность лазера с солнечной накачкой примерно на 30% по сравнению с активной средой с гладкой поверхностью.

Рисунок 3. Зависимость выходной мощности от падающей мощности солнечного излучения


Заключение
Методом моделирования исследованы влияние особенностей структуры боковых поверхностей активных сред для двух типов поверхности кристалла Nd:YAG на эффективность солнечного лазера. Разработана симуляционная модель на основе методов трассировки фотонов и Монте-Карло. В результате проведенных исследований показано, что использование активных сред с гравированной боковой поверхностью может увеличить эффективность лазера с солнечной накачкой примерно на 30% по сравнению с активной средой с гладкой поверхностью. Этот результат демонстрирует, что рифленые или гравированные поверхности не только обеспечивают эффективное охлаждение, как заявлено в [1], они также улучшают эффективность поглощения, увеличивая общую эффективность преобразования мощности солнечных лазеров.
Литература

  1. Xu, P., Yang, S., Zhao, C., Guan, Z., Wang, H., Zhang, Y., Zhang, H. and He, T., 2014. High-efficiency solar-pumped laser with a grooved Nd: YAG rod. Applied optics, 53(18), pp.3941-3944.

  2. Sherniyozov, A., & Payziyev, S. (2019). Focal spot structure of fresnel lens and its homogenization. “Uzbek Journal of Physics”, 21(4), 245–249. Retrieved from http://ufj.uz/index.php/ufj/article/view/113

  3. Sh. Payziyev, Kh. Makhmudov, “Solar pumped Nd:YAG laser efficiency enhancement using Cr:LiCAF frequency down-shifter”, Optics Communications 380 (2016) 57–60.

Download 9,9 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish