Se hai assistito allo schema arcobaleno che danza sulla superficie di un CD o DVD, allora hai visto la diffrazione al lavoro. Il disco funge da reticolo di diffrazione, un elemento ottico che disperde la luce in vari colori o lunghezze d'onda.

Questa divisione della luce può verificarsi su qualsiasi periodico, o increspata, superficie. La direzione di questi fasci di luce divisi, e successiva diffusione della luce, può essere stimato attraverso un insieme di equazioni comunemente usato chiamato teoria della diffrazione scalare non parassiale. Christi Madsen, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica della Texas A&M University, sta testando i limiti di questa teoria fondamentale in modo da ottenere una comprensione più accurata delle perdite per dispersione.

Madsen sta lavorando per migliorare i sistemi che generano energia solare attraverso l'uso di specchi concentratori o lenti per ottenere la luce in modo più efficiente al convertitore, sia fotovoltaico, che converte la luce solare in elettricità, o termica, che converte il calore in elettricità e riducendo la perdita complessiva del sistema.

La sua ricerca sul tema è stata pubblicata nel numero di marzo della rivista Ottica applicata . Con questa carta, Madsen ha affrontato quanto potrebbe essere lontano un calcolo dell'efficienza di diffrazione di base (facilmente superiore al 10%) sulla stima dell'efficienza di dispersione e quindi ha mostrato come ottenere una precisione dell'1-2% sul calcolo.

Una fibra ottica è un flessibile, fibra trasparente che trasmette la luce tra le due estremità. Immagina un giocattolo luminoso con un chiaro, fibre trasparenti che potrebbero essere acquistate per far ondeggiare un bambino durante un concerto o un evento. Madsen ha spiegato che le fibre ottiche standard sono utili per molte applicazioni del mondo reale, come reti di computer e telecomunicazioni, ma semplicemente non sono pratici per trasferire la luce solare in un'altra posizione a causa delle loro piccole dimensioni.

A causa della luminosità limitata della luce solare rispetto ai laser, guide d'onda più grandi, o tubi di luce, deve essere utilizzato per trasportare la luce solare concentrata dal punto A al punto B.

"I tubi luminosi sono versioni grandi di fibre ottiche, che trasportano la luce a distanze estremamente lunghe con perdite molto basse (ad es. maggiore del 90% di efficienza di trasmissione su una distanza di un miglio) ma hanno un'area molto piccola che guida la luce (ad es. diametro 10 micron, rispetto a 1 millimetro o più per i tubi luminosi), " ha detto Madsen.

Sebbene i tubi luminosi siano promettenti, soprattutto se di vetro, attualmente subiscono maggiori perdite durante la trasmissione della luce a causa della dispersione in superficie, che è un problema tecnologico significativo:un Madsen è determinato a cambiare.

"Una delle perdite dominanti si verifica sulla superficie della guida d'onda, "Ha detto Madsen. "Quindi, se riusciamo a ridurre le perdite di dispersione, basse come in una fibra ottica, potremmo percorrere una lunga distanza con la luce solare concentrata".

Invece di convertire la luce solare in energia elettrica per un uso immediato, Madsen immagina di trasferire otticamente l'energia luminosa in un'altra posizione concentrando la luce solare e utilizzando guide d'onda.

Con un kilowatt per metro quadrato dal sole, fattori di concentrazione dell'ordine di 1, 000 consentono di trasmettere quantità significative di energia solare tramite tubi luminosi in una posizione separata e quindi convertirle in energia termica o elettrica. Un esempio è il riscaldamento dei processi industriali, dove i processi di produzione sono situati a distanza dall'area di raccolta solare. I tubi luminosi hanno il potenziale per trasportare potenza ottica con maggiore efficienza rispetto ai sistemi di fluidi per il trasferimento di calore utilizzati attualmente.

I prossimi passi di Madsen saranno determinare quanto siano ravvicinate le misurazioni sui tubi luminosi fabbricati e le simulazioni che le forniranno un'idea accurata della qualità della superficie richiesta per una determinata trasmissione di tubi luminosi rispetto alla lunghezza.