Si ha presenciado el patrón de arco iris que baila en la superficie de un CD o DVD, entonces has visto la difracción en acción. El disco actúa como una rejilla de difracción, elemento óptico que dispersa la luz en varios colores o longitudes de onda.

Esta división de la luz puede ocurrir en cualquier periódico, o ondulado, superficie. La dirección de estos haces de luz divididos, y posterior dispersión de luz, se puede estimar a través de un conjunto de ecuaciones de uso común llamado teoría de difracción escalar no paraxial. Christi Madsen, profesor en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad A&M de Texas, está probando los límites de esta teoría fundamental para que se pueda lograr una comprensión más precisa de las pérdidas por dispersión.

Madsen está trabajando para mejorar los sistemas que generan energía solar mediante el uso de espejos o lentes de concentración al llevar la luz de manera más eficiente al convertidor, ya sea fotovoltaico, que convierte la luz solar en electricidad, o termal, que convierte el calor en electricidad y reduce la pérdida general del sistema.

Su investigación sobre el tema fue publicada en la edición de marzo de la revista. Óptica aplicada . Con este papel, Madsen abordó qué tan lejos podría estar un cálculo básico de eficiencia de difracción (fácilmente por encima del 10%) en la estimación de la eficiencia de dispersión y luego mostró cómo obtener una precisión del 1-2% en el cálculo.

Una fibra óptica es un Fibra transparente que transmite luz entre los dos extremos. Imagínese un juguete iluminado con fibras transparentes que se pueden comprar para que un niño las agite en un concierto o evento. Madsen explicó que las fibras ópticas estándar son útiles para muchas aplicaciones del mundo real, como redes informáticas y telecomunicaciones, pero simplemente no es práctico trasladar la luz del sol a otro lugar debido a su pequeño tamaño.

Debido al brillo limitado de la luz solar en comparación con los láseres, guías de ondas más grandes, o tubos de luz, debe utilizarse para transportar la luz solar concentrada del punto A al punto B.

"Los tubos de luz son versiones grandes de fibras ópticas, que transportan luz a distancias extremadamente largas con pérdidas muy bajas (p. ej., más del 90% de eficiencia de transmisión en una distancia de una milla) pero tienen un área muy pequeña que guía la luz (por ejemplo, 10 micrones de diámetro, en comparación con 1 milímetro o más para tuberías de luz), "Dijo Madsen.

Aunque los tubos de luz son prometedores, particularmente cuando está hecho de vidrio, actualmente sufren mayores pérdidas durante la transmisión de luz debido a la dispersión en la superficie, que es un problema tecnológico importante, uno que Madsen está decidido a cambiar.

"Una de las pérdidas dominantes se produce en la superficie de la guía de ondas, "Madsen dijo." Entonces, si podemos reducir esas pérdidas por dispersión, tan bajas como en una fibra óptica, podríamos recorrer una gran distancia con la luz solar concentrada ".

En lugar de convertir la luz solar en energía eléctrica para uso inmediato, Madsen prevé la transmisión remota de energía luminosa a otra ubicación de forma óptica mediante la concentración de la luz solar y el uso de guías de ondas.

Con un kilovatio por metro cuadrado del sol, factores de concentración del orden de 1, 000 permiten que se transmitan cantidades significativas de energía solar a través de conductos de luz a una ubicación separada y luego se conviertan en energía térmica o eléctrica. Un ejemplo es el calentamiento de procesos industriales, donde los procesos de fabricación están ubicados de forma remota desde el área de captación solar. Los tubos de luz tienen el potencial de transportar energía óptica con mayor eficiencia que los sistemas de fluidos de transferencia de calor que se utilizan actualmente.

Los próximos pasos de Madsen serán determinar qué tan cerca están las mediciones en los tubos de luz fabricados y las simulaciones, lo que le proporcionará una idea precisa de la calidad de la superficie requerida para una transmisión de tubo de luz determinada en función de la longitud.