Um novo design para um laser alimentado pela luz solar foi revelado por investigadores na Argélia e em Portugal. Prevê-se que o laser solar, que ainda não foi construído em laboratório, opere com maior eficiência do que os sistemas existentes e poderá ter inúmeras aplicações – incluindo um sistema espacial para recolha de energia solar para utilização na Terra.
O uso da luz solar como fonte de bombeamento para a produção de luz laser tem sido amplamente explorado desde a década de 1960. As tecnologias atuais podem ser usadas para produzir sistemas laser econômicos com alta potência e brilho.
Numerosos avanços em lasers solares foram feitos na última década – mas os projetos existentes podem ser limitados pelo uso de uma única haste de laser grande. Esta haste é o material de ganho que produz luz laser através da energia que adquire da fonte da bomba. Os sistemas solares de haste única tendem a ser caros e sofrem com distribuições desiguais de temperatura dentro da haste, o que diminui a qualidade do feixe que produz.
Simulações numéricas
Este último trabalho foi realizado por Rabeh Boutaka no Centro para o Desenvolvimento de Tecnologias Avançadas em Argel, Dawei Liang na Universidade NOVA de Lisboa e Abdelhamid Kellou na Universidade de Ciências e Tecnologia Houari Boumediene. O trio fez simulações numéricas para ajudá-los a projetar uma configuração de laser solar mais ideal. O sistema proposto funcionaria no TEM00 modo óptico: o modo laser fundamental de ordem mais baixa, onde a intensidade da luz ao redor do centro do feixe segue uma distribuição gaussiana simples. O projeto da equipe coleta a luz solar usando quatro espelhos parabólicos com uma área total de 10 m2.
Célula solar continua funcionando após o pôr do sol
Uma vez colhida esta luz, ela é direcionada para um cabeçote de laser, onde é distribuída uniformemente entre quatro concentradores de sílica fundida e guias de luz. Finalmente, a luz é usada para bombear simultaneamente quatro hastes de laser de pequeno diâmetro – com a configuração garantindo que a potência do bombeamento seja distribuída uniformemente entre as hastes. Como resultado, o design evita as limitações apresentadas pelas lentes térmicas – um efeito indesejado pelo qual as irregularidades de temperatura num material óptico afectam os caminhos percorridos pela luz.
Ao todo, a equipe de Boutaka calculou que suas alterações duplicaram a eficiência de coleta de luz dos lasers solares operando no TEM.00 modo, resultando em 1.24 vezes a eficiência de conversão de luz solar em laser dos designs anteriores. Os investigadores prevêem inúmeras aplicações potenciais para o seu design: incluindo melhores métodos para monitorizar a superfície e a atmosfera da Terra através de satélites; junto com a remoção de detritos espaciais e comunicações no espaço profundo.
Talvez a aplicação mais fascinante seja o desenvolvimento de novas formas de produção de energia solar. Aqui, Boutaka e colegas propõem que os lasers solares poderiam operar no espaço, onde a luz solar é cerca de duas vezes mais forte do que na Terra. Os feixes de laser poderiam ser disparados de volta para a Terra e recolhidos por células solares concentradas – num processo que é mais eficiente do que a recolha de energia solar baseada no solo.
A pesquisa está descrita no Jornal de Fotônica para Energia.
