Hasta ahora, los drones de transporte se han basado en el láser LiDARS (detección y rango de luz), midiendo el pulso que rebota desde una superficie para medir distancias. La nueva investigación se ha descrito como una forma de aumentar el poder de dicha radiación.
Un método para producir radiación láser de alta potencia necesaria para el desarrollo de drones de transporte ha sido inventado por científicos rusos en el Instituto Físico-Técnico Ioffe de la Academia Rusa de Ciencias en San Petersburgo.
Los drones de transporte que se han creado recientemente solo pueden funcionar cuando se usa el láser LiDARS (Light Detection And Ranging). En efecto, estos láseres recopilan datos sobre una superficie midiendo el tiempo de «rebote» de los rayos láser reflejados hacia el receptor.
La principal dificultad en el uso de LiDARS es que para «ver» un objeto a cientos de metros de distancia en cualquier clima y condiciones, se necesita una gran cantidad de energía para que el láser sea lo suficientemente brillante mientras opera a velocidades de nanosegundos. En la actualidad, los láseres de fibra y de estado sólido se utilizan en LiDARS, pero debido a que necesitan una etapa adicional de «bombeo» (para transferir energía desde una fuente externa al láser), son ineficientes.
Los científicos del instituto lograron deshacerse de «una etapa adicional en la cadena de convertir la energía para la fuente de energía en energía para la radiación láser», dijo Sergei Slipchenko, investigador principal del Laboratorio de Diodos Láser Semiconductores del Instituto Ioffe.
Según él, han «propuesto una alternativa».
«Llevamos a cabo cálculos sobre los procesos de interacción entre la energía actual y las fuentes de luz en heteroestructuras (como las que crecen sobre un sustrato, que consta de capas de varios materiales) y cristales láser semiconductores de alta potencia. En base a esto, nuevos diseños de heteroestructuras semiconductoras y se generaron diseños de cristal láser para su posterior implementación experimental», agregó Slipchenko
Las nuevas capas optimizadas de heteroestructuras, que constan de diferentes composiciones, dieron como resultado una pérdida de energía mínima. Además, los científicos han logrado crear una tecnología para la llamada epitaxia selectiva (un tipo de crecimiento de cristales) para láseres de alta potencia, cuando las heteroestructuras pueden crecer en un sustrato especialmente preparado.
Como resultado de la investigación de vanguardia, la eficiencia de los láseres de semiconductores de alta potencia superó el 70 por ciento, que es el doble de la eficiencia de los láseres de fibra y de estado sólido. El equipo de investigadores también logró obtener pulsos láser con una duración de 100 nanosegundos y con una potencia máxima de más de 1 kilovatio a partir de una superficie que mide fracciones de centímetros cuadrados.
Nikita Pikhtin, profesora asociada del Departamento de Fotónica de LETI y directora del Centro de Física de Nanoestructuras del Instituto Ioffe, explicó que en los láseres de alta potencia, el tamaño del elemento y la región emisora debe ser mayor, para que pueda convertir una mayor cantidad de energía en luz.
La próxima etapa de la investigación, que se llevó a cabo con el apoyo financiero de la Fundación Rusa para la Ciencia, será aumentar el brillo espectral de los láseres.