Плоский лазер⁠⁠

Устройство, которое может быть идеальной базой для орбитальных солнечных электростанций:

Плоский лазер с накачкой от не концентрированного солнечного света на основе люминесцентного солнечного коллектора

https://www.nature.com/articles/s42005-020-0326-2

В текущем виде это просто плоская чашка с зеркальными дном и стенками, в которую налит 1.5мм слой люминесцирующего красителя (раствор родамина в метаноле) и положен моток световолокна, легированного ниобием. Все это накрыто диэлектрическим зеркалом, отражающим излучение с длиной волны люминесценции красителя (590 нм), но пропускающее более коротковолновое излучение.

Солнечный свет проходит сквозь диэлектрическое зеркало, возбуждает люминесценцию красителя. Получившееся излучение захватывается в зеркальной области, в результате его интенсивность возрастает в число раз порядка отношения толщины слоя к средней длине пробега луча в красителе. Частота люминесценции подобрана совпадающей с частотой накачки ниобиевого волоконного лазера. Волоконный лазер возбуждается и светит. Максимальный КПД такой схемы - 8% (от исходного потока солнечного света).

Ничего в принципе не мешает заменить жидкость на люминесцирующую пленку.

Минимально возможная толщина панели определяется минимально возможной толщиной диэлектрического зеркала и волокна лазера. В обоих случаях они порядка нескольких длин волн соответственно излучения накачки и излучения лазера. Для длин волн порядка 1 мкм поверхностная плотность панели может составлять всего десятки грамм/м2.

Подобные лазеры были бы идеальной основой для орбитальных солнечных станций, передающих энергию на Землю лазерным лучом или питающих космические аппараты. Преимущества по сравнению со схемой "солнечные батареи, питающие лазер на электричестве" и лазерами с накачкой от концентрированного зеркалами света типа https://antihydrogen.livejournal.com/42635.html:

1. Панели могут работать сами себе радиаторами. В схеме же с концентратором, равно и в схеме "солнечные батареи + лазер на электричестве" к лазеру нужны большие радиаторы для сброса тепла.

2. Отсутствие движущихся частей. В других схемах требуется передача тепла с лазера на радиатор, а значит циркуляция теплоносителя.

3. Плоские панели гораздо проще раскладывать/собирать, чем параболическое зеркало.

4. Станцию из панелей можно наращивать постепенно.

В отличии от солнечных станций, передающих энергию радиоволнами, лазерным станциям не требуется огромная антенна для создания слабо расходящегося пучка. Скажем, при длине волны порядка 1 мкм и диаметре фокусирующего зеркала порядка 1 м диаметр пятна света на поверхности Земли от станции на геостационарной орбите будет порядка 30 метров.

Но, конечно, конкретно реализация из статьи для космических применений малопригодна. Недостатком являются не только использование жидкого органического теплоносителя, который легко испаряется, а также скорее всего не очень стоек к ультрафиолету. В данной схеме еще требуется охлаждение до -15С, чтобы тепловое возбуждение ионов ниобия не мешало работе лазера. А чтобы быть самой себе радиатором, панель на земной орбите должна быть нагрета до 60С (в предположении, что она излучает с обоих сторон одинаково).