Прямая накачка использует солнечный свет в качестве источника для генерации лазерного луча. Для достижения требуемой плотности мощности для процесса инверсии населенности солнечный свет должен быть сконцентрирован от его естественного 1387 Вт/м2 до значений концентрации от 200 до нескольких тысяч в зависимости от среды генерации. Чтобы избежать очень больших собирающих и отражающих поверхностей (антенн или линз), существуют дополнительные ограничения к описанному выше процессу:
- низкая плотность энергии для инверсии населения, чтобы обеспечить практически достижимые коэффициенты концентрации солнечной энергии;
- высокотемпературные слои, которые могут быть объединены последовательно;
- высокоэффективные дистанционные чувствительные системы.
Слои могут быть изготовлены из различных материалов. Многие последние исследования были сосредоточены на использовании полупроводниковых материалов. Выходная мощность таких лазеров в основном зависит от перекрытия между стандартным спектром оптического излучения и лазерным поглощением. Предположительно, отличие эффективности этого типа накачки составит до 2-3% . Компонентами системы являются оптический коллектор, активная среда, а на приемной стороне - фотогальванические панели или система преобразования на основе тепла для преобразования лазерного луча обратно в электричество.
Лазеры, работающие в инфракрасной области длин волн, можно использовать для дальнейших исследований, чтобы непосредственно генерировать водород посредством процесса молекулярной диссоциации.
Одной из наиболее важных технических задач является создание эффективной системы отвода тепла от активной среды. Даже с учетом очень высокой эффективности преобразования только часть введенной оптической энергии превратиться в лазерное излучение. Оставшаяся энергия будет превращаться в тепло. Эта энергия только увеличивает внутреннюю энергию активной среды. Поэтому важно проектировать систему таким образом, чтобы те части оптического спектра, которые не вносят вклад в выходную мощность лазера, фильтровались и в первую очередь не попадали в активную среду. Одним из вариантов может быть использование полимерной пленки с коэффициентом отражения, зависящим от длины волны.
Лазеры с прямой накачкой представляют некоторые значительные преимущества для применения в космосе, что делает эту технологию в принципе более привлекательной для использования в космосе, чем на Земле:
- Поскольку в космосе энергия для накачки должна поступать от Солнца - эффективность фотоэлектрической солнечной системы для преобразования электроэнергии должна быть включена в анализ лазерной технологической системы. Предполагается, что эффективность систем космических фотоэлектрических элементов в диапазоне от 30 до 40% может быть достигнута в течение следующих 5 лет. Поэтому 15% -ые эффективные лазеры с прямой накачкой будут конкурировать с лазерными системами с 50% -ной эффективностью генерации лазера, не учитывая другие аспекты.
- Исключение процесса промежуточной конверсии из солнечной энергии в электричество в пространстве, что устраняет необходимость в большинстве электронных устройств. Устранение промежуточной ступени электроэнергии также решает один из потенциально ограничивающих факторов «традиционных» концепций спутников солнечной энергии, а именно проблем, связанных с высоким напряжением (например, выгибание, отклонение от первоначальной формы и т.д.). Волоконный лазер с оптимизированным солнечным коллектором может быть интересной альтернативой, но на сегодняшний день выполнено лишь очень небольшое число теоретических исследований, и в настоящее время трудно количественно оценить применение этого метода для прямой накачки.
