Se você testemunhou o padrão de arco-íris que dança na superfície de um CD ou DVD, então você viu a difração em ação. O disco atua como uma rede de difração, um elemento óptico que dispersa a luz em várias cores ou comprimentos de onda.

Esta divisão da luz pode ocorrer em qualquer periódico, ou ondulado, superfície. A direção desses feixes de luz divididos, e posterior dispersão de luz, pode ser estimada por meio de um conjunto de equações comumente usado, denominado teoria da difração escalar não paraxial. Christi Madsen, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Texas A&M University, está testando os limites desta teoria fundamental para que um entendimento mais preciso das perdas por espalhamento possa ser alcançado.

Madsen está trabalhando para melhorar os sistemas que geram energia solar por meio do uso de espelhos ou lentes de concentração, levando a luz de forma mais eficiente para o conversor - seja fotovoltaico, que converte luz solar em eletricidade, ou termal, que converte calor em eletricidade - e reduzindo a perda geral do sistema.

Sua pesquisa sobre o tema foi publicada na edição de março da revista. Óptica Aplicada . Com este artigo, Madsen abordou o quão longe um cálculo básico de eficiência de difração poderia estar (facilmente acima de 10%) na estimativa da eficiência de espalhamento e, em seguida, mostrou como obter uma precisão de 1-2% no cálculo.

Uma fibra óptica é flexível, fibra transparente que transmite luz entre as duas pontas. Imagine um brinquedo leve com luz, fibras transparentes que podem ser compradas para uma criança acenar em um show ou evento. Madsen explicou que as fibras ópticas padrão são úteis para muitas aplicações do mundo real, como redes de computadores e telecomunicações, mas eles simplesmente não são práticos para realocar a luz do sol para outro local devido ao seu pequeno tamanho.

Por causa do brilho limitado da luz solar em comparação com os lasers, guias de ondas maiores, ou tubos de luz, deve ser usado para transportar a luz solar concentrada do ponto A ao ponto B.

"Os tubos de luz são grandes versões de fibras ópticas, que transportam luz distâncias extremamente longas com perda muito baixa (por exemplo, eficiência de transmissão superior a 90% ao longo de uma distância de milha), mas tem uma área muito pequena que orienta a luz (por exemplo, Diâmetro de 10 mícrons, em comparação com 1 milímetro ou mais para tubos leves), "Madsen disse.

Embora os tubos leves sejam promissores, principalmente quando feito de vidro, eles atualmente sofrem maiores perdas durante a transmissão da luz devido ao espalhamento na superfície, que é uma questão tecnológica significativa - uma que Madsen está determinada a mudar.

“Uma das perdas dominantes ocorre na superfície do guia de ondas, "Madsen disse." Então, se conseguirmos reduzir essas perdas de espalhamento - tão baixas quanto em uma fibra óptica - poderíamos percorrer uma longa distância com a luz solar concentrada. "

Em vez de converter a luz solar em energia elétrica para uso imediato, Madsen prevê enviar energia luminosa remota para outro local opticamente, concentrando a luz solar e usando guias de ondas.

Com um quilowatt por metro quadrado do sol, fatores de concentração da ordem de 1, 000 permitem que quantidades significativas de energia solar sejam transmitidas por tubos de luz para um local separado e, em seguida, convertidas em energia térmica ou elétrica. Um exemplo é o aquecimento de processos industriais, onde os processos de fabricação estão localizados remotamente da área de coleta solar. Os tubos leves têm o potencial de transportar energia óptica com maior eficiência do que os sistemas de fluido de transferência de calor usados ​​atualmente.

Os próximos passos de Madsen serão determinar quão próximas são as medições em tubos de luz fabricados e simulações, o que lhe dará uma ideia precisa da qualidade da superfície necessária para uma determinada transmissão de tubo de luz em relação ao comprimento.