Cebado de la bomba: Un reciente avance en el diseño puede impulsar los avances en láseres impulsados ​​por energía sola

Fuente: https://www.altenergymag.com

Científicos en Japón desarrollan un dispositivo totalmente plano que convierte la luz solar en un rayo láser, que puede alimentar eficientemente los generadores de combustible de hidrógeno.

Los láseres bombeados por energía solar convierten la luz solar en rayos láser, que se pueden utilizar para producir hidrógeno, un tipo de combustible limpio que puede ayudar a abordar la actual crisis ambiental. Pero estos láseres generalmente requieren sistemas ópticos y de seguimiento solar voluminosos, lo que los hace inconvenientes. Ahora, científicos de Japón presentan el primer láser bombeado por energía solar completamente plano. Con un grosor de unos pocos milímetros y una gran escalabilidad, este avance en el diseño puede anunciar la adopción generalizada de láseres ecológicos impulsados ​​por energía solar.

Los láseres son una fuente inagotable de interés tanto para científicos como para ingenieros. Esto se debe a que la llegada de los láseres avanzados ha llevado al desarrollo de dispositivos avanzados y nos ha ayudado a comprender el funcionamiento del mundo. También tienen innumerables aplicaciones prácticas, como en discos ópticos, detección remota, corte, calibración, posicionamiento, lo que sea. Pero, dado que la generación de rayos láser requiere energía, es crucial encontrar fuentes de energía responsables debido a la actual crisis ambiental. Por lo tanto, algunos investigadores han profundizado en los láseres impulsados ​​por energía solar, también llamados «láseres de bombeo solar», que convierten la energía solar en radiación láser. 

A pesar de algunos avances en este campo, todos los dispositivos láser de bombeo solar existentes requieren lentes o espejos grandes para concentrar la mayor cantidad de luz solar posible en un área pequeña. De hecho, el umbral mínimo de intensidad de la luz solar que puede generar un láser en los dispositivos existentes es aproximadamente 10.000 veces el de la luz solar natural. Además del gran volumen de las lentes tipo telescopio que se necesitan, estos dispositivos requieren complejos mecanismos de seguimiento solar. Para empeorar las cosas, estos láseres no pueden utilizar la luz solar difusa, lo que significa que no funcionarían en absoluto en días nublados. Estas graves limitaciones han obstaculizado enormemente la adopción de láseres de bombeo solar.

Afortunadamente, en un esfuerzo por revolucionar este campo, un equipo de científicos de Toyota Motors y la Universidad de Tokai, Japón, dirigido por el Dr. Masamori Endo, ha publicado recientemente un estudio en Communications Physics sobre su último desarrollo: un láser totalmente plano bombeado por energía solar. Este láser de bombeo solar no requiere complejos sistemas de concentración de luz y, debido a que es completamente plano y tiene un grosor de solo unos pocos milímetros, se puede implementar fácilmente como las células solares tradicionales.

Entonces, ¿cómo funciona este novedoso diseño? Se basa principalmente en una cámara cilíndrica casi plana llamada «colector solar luminiscente». El interior de la cámara es altamente reflectante y contiene una solución llamada «sensibilizador». Una fibra láser enrollada de un kilómetro de longitud se sumerge en la solución y la parte superior de la cámara es un espejo dicroico. Los fotones solares (o partículas de luz), que tienen un amplio rango de frecuencias, ingresan a la cámara a través del espejo dicroico y son absorbidos por el sensibilizador, que los reemite con una frecuencia específica a través de la fotoluminiscencia. Estos fotones ahora se reflejan en el espejo dicroico y, por lo tanto, quedan atrapados dentro de la cámara. Eventualmente golpean la fibra láser y la excitan, produciendo colectivamente las oscilaciones requeridas que generan un rayo láser. 

Este enfoque, que representa una revisión completa de los diseños de láser de bombeo solar existentes, se probó experimentalmente. Aunque los primeros resultados fueron insatisfactorios debido a que la potencia de salida del prototipo era demasiado baja, el Dr. Endo y su equipo sabían que estaban en algo emocionante. En un estudio posterior, publicado en Journal of Applied Physics, intentaron mejorar su diseño inicial reemplazando su sensibilizador anterior con nanocristales de perovskita de haluro de plomo y cesio, que eligieron debido a sus ventajosas propiedades ópticas. Al adaptar la composición de las perovskitas, ajustaron la energía de los fotones emitidos a través de la fotoluminiscencia para que coincidiera con la óptima requerida para excitar los átomos en la fibra láser. Este nuevo dispositivo prototipo arrojó mejores resultados y proporcionó información relevante sobre la física en funcionamiento dentro del láser plano bombeado por energía solar.

Los láseres de bombeo solar son especialmente importantes porque pueden utilizarse para producir hidrógeno, un tipo de combustible limpio que se espera cambie el mundo en un futuro próximo. Emocionado por sus resultados actuales y perspectivas futuras, el Dr. Endo comenta: » Este es un gran paso hacia nuestro objetivo, la realización de una» sociedad del hidrógeno «. Continuamos nuestros esfuerzos para implementar nuestro láser de bombeo solar como parte de una plataforma de generación de hidrógeno. Creemos que el hidrógeno es una de las mejores soluciones para la creciente demanda de energía renovable ”.

El Dr. Endo, un gran fanático de la ciencia ficción dura, también dice que un láser bombeado por energía solar sin óptica concentradora sonaba como un concepto muy futurista cuando comenzó su investigación. Ahora que se está convirtiendo en una realidad a través de mucho esfuerzo, varias aplicaciones avanzadas son plausibles. Concluye: “ Las transferencias directas de energía desde el espacio a áreas remotas podrían ser una solución práctica para los cortes de energía. Por supuesto, también se pueden utilizar como fuente de alimentación para la exploración del espacio exterior «.

¡Estos hallazgos ciertamente generan la esperanza de que el futuro de los láseres bombeados por energía solar esté aquí!