Aktualności Wydziałowe

Na Wydziale FTIMS powstaje laserowy czujnik pary wodnej

 
 
 

Fizycy z naszego Wydziału pracują nad innowacyjnym optycznym analizatorem pary wodnej, który w znacznym stopniu zmniejszy zużycie energii i będzie dużo tańszy od analogicznych rozwiązań dostępnych obecnie na rynku. Badania będą prowadzone wspólnie z naukowcami z Politechniki Wrocławskiej i Uniwersytetu Technicznego w Berlinie. Wdrożeniem projektu zajmą się firmy z Polski i Niemiec.

QD-Sense to skrócona nazwa projektu, którego pełny tytuł brzmi: "Tanie systemy detekcji gazów oparte na przestrajalnych matrycach laserów VCSEL z obszarami czynnymi w postaci kropek kwantowych oraz zwierciadłami w postaci podfalowych siatek dyfrakcyjnych". Liderami projektu są naukowcy z Instytutu Fizyki PŁ. Przedsięwzięcie uzyskało finansowanie z NCBR w ramach programu współpracy Polska - Berlin/Brandenburgia. Program ten wspiera rozwój i innowacje w obszarze fotoniki, która jest bardzo mocną stroną fizyków z Wydziału FTIMS PŁ.

- Projekt dotyczy realizacji laserowego czujnika pary wodnej przy wykorzystaniu matrycy laserów typu VCSEL (ang. vertical-cavity surface-emitting laser) z obszarem czynnym w postaci kropek kwantowych. System ten będzie charakteryzował się wysoką dokładnością i umożliwiał wykrywanie niewielkich koncentracji pary wodnej w zastosowaniach przemysłowych w trakcie trwania procesów technologicznych. Dodatkowo dzięki zastosowaniu matrycy laserów VCSEL zamiast stosowanych typowo w takich systemach laserów typu DFB (ang. distributed feedback laser) koszty systemu detekcji zostaną obniżone o 50-70%.  Obecnie cena lasera DFB wynosi od 10 do 40 tys. dolarów, a cena matrycy laserów VCSEL od 10 do 100 dolarów – wyjaśnia dr inż. Marcin Gębski, lider projektu
z Instytutu Fizyki PŁ.

Innowacyjny system opracowany przez naszych naukowców pozwoli także na znacznie szersze zastosowanie, co w efekcie przełoży się na wzrost wydajności i standardów bezpieczeństwa oraz umożliwi dokładniejsze monitorowanie stanu środowiska w procesach przemysłowych. Para wodna jest jednym z najpowszechniej monitorowanych elementów w procesach przemysłowych i ich produktach ubocznych. Określenie poziomu wilgotności jest niezbędne
w kontroli procesów technologicznych w przemyśle energetycznym, chemicznym, petrochemicznym, produkcji drewna, papieru i stali.

Matryca laserów VCSEL ze zwierciadłami typu MHCG (monolithic high contrast grating) i obszarami czynnymi w postaci kropek kwantowych ma umożliwić szerokie przestrajanie długości fal świetlnych emitowanych przez lasery, co doskonale nadaje się do zastosowań spektroskopowych. Za pomocą zmiennej długości fali świetlnej emitowanej przez lasery i rejestrowanej przez detektory, wykrywane są gazy, które absorbują promieniowanie o określonej długości fali.

W projekcie zostanie wykorzystana oryginalna koncepcja zwierciadeł MHCG (monolithic high contrast grating) będąca fundamentem pracy doktorskiej dr. Marcina Gębskiego. Za sprawą tego typu zwierciadeł możliwe jest wytworzenie na jednej płytce półprzewodnikowej (ang. wafer) matrycy laserów typu VCSEL emitujących różne długości fali świetlnej. Do tej pory przy wykorzystaniu standardowych zwierciadeł laserowych DBR (ang. distributted Bragg reflector) wykonanie takich matryc polegało na fizycznym łączeniu laserów powstałych na różnych płytkach półprzewodnikowych. Podejście takie jest bardziej kosztowne niż matryca wykonana na jednej płytce półprzewodnikowej. Ale i tak znacznie tańsze, niż wspomniane wcześniej lasery typu DFB – tłumaczy prof. Tomasz Czyszanowski, kierownik Zespołu Fotoniki.

W polsko-niemieckim projekcie badawczo-wdrożeniowym biorą udział: Technische Universistat Berlin - odpowiada za wytwarzanie płytek półprzewodnikowych laserów VCSEL z kropkami kwantowymi i realizację zwierciadeł MHCG, Politechnika Wrocławska za analizę własności kropek kwantowych oraz niemieckie firmy: JCM, Epigap i Eagleyard. Pierwsza będzie odpowiedzialna za modelowanie zjawisk optycznych w strukturach laserowych, a dwie pozostałe za wytwarzanie czipów laserowych. Polska firma Airoptic skupi się na realizacji systemu detekcji pary wodnej, a Politechnika Łódzka będzie koordynatorem projektu oraz będzie odpowiedzialna za projektowanie laserów VCSEL i ich matryc.

Budżet całego projektu wynosi 1.6 mln euro, a strony polskiej blisko 0.5 mln euro. Strona niemiecka jest finansowana przez: Senate Department for Economics, Energy and Public Enterprises, Berlin (SenWiEnBe), Ministry for Economic Affairs, Labour and Energy, Brandenburg (MWAE).

 

 

Attached files