Investigadores de Argelia y Portugal han presentado un nuevo diseño para un láser que funciona con la luz solar. Se prevé que el láser solar, que aún no se ha construido en el laboratorio, funcionará con una mayor eficiencia que los sistemas existentes y podría tener numerosas aplicaciones, incluido un sistema espacial para recolectar energía solar para usar en la Tierra.
El uso de la luz solar como fuente de bombeo para producir luz láser se ha explorado ampliamente desde la década de 1960. Las tecnologías actuales se pueden utilizar para producir sistemas láser rentables con alta potencia y brillo.
Se han realizado numerosos avances en los láseres solares durante la última década, pero los diseños existentes pueden verse limitados por el uso de una sola barra láser grande. Esta varilla es el material de ganancia que produce luz láser a través de la energía que adquiere de la fuente de bombeo. Los sistemas solares de una sola barra tienden a ser costosos y sufren distribuciones de temperatura desiguales dentro de la barra, lo que disminuye la calidad del haz que produce.
Simulaciones numéricas
Este último trabajo fue realizado por Rabeh Boutaka en el Centro para el Desarrollo de Tecnologías Avanzadas en Argel, dawei liang en la Universidad NOVA de Lisboa y Abdelhamid Kellou en la Universidad de Ciencia y Tecnología Houari Boumediene. El trío realizó simulaciones numéricas para ayudarlos a diseñar una configuración de láser solar más óptima. Su sistema propuesto operaría en el TEM00 modo óptico: el modo láser fundamental de orden más bajo, donde la intensidad de la luz que rodea el centro del haz sigue una distribución gaussiana simple. El diseño del equipo recoge la luz solar mediante cuatro espejos parabólicos con una superficie total de 10 m2.
La celda solar sigue funcionando después del atardecer
Una vez que se ha recolectado esta luz, se dirige a un cabezal láser, donde se distribuye uniformemente entre cuatro concentradores de sílice fundida y guías de luz. Finalmente, la luz se usa para bombear simultáneamente cuatro varillas láser de pequeño diámetro, y la configuración garantiza que la potencia de bombeo se distribuya uniformemente entre las varillas. Como resultado, el diseño evita las limitaciones que presentan las lentes térmicas, un efecto no deseado por el cual las irregularidades de temperatura en un material óptico afectan los caminos tomados por la luz.
En conjunto, el equipo de Boutaka calculó que sus alteraciones duplicaron la eficiencia de recolección de luz de los láseres solares que operan en el TEM.00 modo, lo que da como resultado 1.24 veces la eficiencia de conversión de luz solar a láser de los diseños anteriores. Los investigadores prevén numerosas aplicaciones potenciales para su diseño: incluidos mejores métodos para monitorear la superficie y la atmósfera de la Tierra usando satélites; junto con la eliminación de desechos espaciales y las comunicaciones en el espacio profundo.
Quizás la aplicación más fascinante sea el desarrollo de nuevas formas de producción de energía solar. Aquí, Boutaka y sus colegas proponen que los láseres solares podrían operar en el espacio, donde la luz solar es aproximadamente el doble de fuerte que en la Tierra. Los rayos láser podrían dispararse de regreso a la Tierra y recolectarse mediante células solares concentradas, en un proceso que es más eficiente que la recolección de energía solar en tierra.
La investigación se describe en el Revista de Fotónica para la Energía.
