El diseño de celdas solares eficientes, que aprovechan la energía para generar electricidad o producir hidrógeno al dividir el agua, ha recibido mucha atención a nivel mundial. Otra ruta para aprovechar la abundante energía solar gratuita:usarla como fuente de bombeo para los láseres. Los láseres de alta potencia están destinados a varias aplicaciones, incluida la comunicación en el espacio profundo, la detección atmosférica, el procesamiento de materiales a alta temperatura y la producción de hidrógeno. Sin embargo, a menudo son caros y sufren reveses de rendimiento derivados de los efectos del estrés térmico.

En un estudio reciente publicado en el Journal of Photonics for Energy , investigadores de Argelia y Portugal informan sobre un nuevo diseño de láser alimentado por energía solar que aborda con éxito estos problemas. Este láser tiene una eficiencia de conversión de láser mejorada en comparación con los que se bombean con fuentes convencionales (como lámparas de destello y LED).

"El enfoque que adoptamos en este estudio nos permitió desarrollar un potente láser alimentado por energía solar que funciona en TEM₀₀ el modo fundamental o de orden más bajo", explica el profesor asociado Dawei Liang de la Universidade Nova de Lisboa en Portugal, el autor correspondiente del estudio. "Cada uno de estos modos (nuestro láser admite múltiples modos fundamentales) se puede controlar con precisión con un mínimo entrada de calor a la cavidad de la bomba. Esto nos permite adaptar la energía aplicada a las necesidades específicas de una aplicación", añade.

Los investigadores realizaron simulaciones numéricas para optimizar los parámetros de diseño de un TEM₀₀ -modo Nd:YAG rayo láser solar. Además, usaron cuatro varillas láser dentro de cuatro cavidades de bomba en forma de 2V y las bombearon con luz solar usando cuatro grandes espejos parabólicos fuera del eje con un área de recolección total de 10 m ² .

"El cabezal láser en nuestro diseño también incluye cuatro concentradores asféricos secundarios de sílice fundida y cuatro guías de luz rectangulares de sílice fundida. Esto garantiza una distribución uniforme de la potencia de bombeo absorbida dentro de cada varilla y ayuda a evitar daños por calentamiento resultantes de lentes térmicos y tensiones que se producen en los láseres solares convencionales de una sola barra", explica Liang.

Esto dio como resultado un rendimiento mejorado del láser solar. Los cálculos numéricos estimaron una potencia láser total de 155,29 vatios en el TEM₀₀ modo. Esto dio como resultado una mejora doble en la eficiencia de recolección y una mejora de 1,24 veces en la eficiencia de conversión en comparación con los registrados para diseños anteriores con una configuración similar.

Una de las principales aplicaciones potenciales de este diseño se refiere a la generación de energía solar basada en el espacio. Esto implica la recolección de energía solar en el espacio exterior, su conversión en un rayo láser y su envío a la Tierra, donde se puede utilizar para generar electricidad mediante células solares. Dado que la atmósfera terrestre no influye en este proceso, es más estable y requiere equipos de transmisión y recepción más pequeños que los que se necesitan en la transmisión de energía de microondas.

Liang señala que, si bien un láser fotovoltaico bombeado por diodos aún tiene una mayor eficiencia de conversión de energía solar a láser que la de un láser solar, es mucho menos adecuado para aplicaciones espaciales a largo plazo. Esto se debe a que un láser bombeado por diodos tiene una vida útil limitada de la fuente de bombeo de diodos y un sistema láser más complejo. Un láser alimentado por energía solar disfruta de una simplicidad de sistema mucho mayor y se beneficia de una fuente de bombeo casi eterna y gratuita.

En general, este estudio ilumina una forma de llevar los láseres de energía solar a nuevas alturas, con un plan claro para los láseres solares de alta eficiencia y listos para el espacio. + Explora más

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