DOI: 10.15199/13.2016.11.1 Rozwój techniki laserowej w Polsce – 2016 (Development of laser technology in Poland – 2016) prof. dr hab. inż. JAN K. JABCZYńSKI Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Optoelektroniki, Warszawa prof. dr hab. inż. RYSZARD S. ROMANIUK Politechnika Warszawska, Instytut Systemów Elektronicznych Streszczenie Abstract Artykuł jest przeglądem prac zaprezentowanych w czasie XI Sympozjum Techniki Laserowej STL 2016 [1]. Sympozjum Techniki Laserowej jest cykliczną konferencją naukową organizowaną, co trzy lata od 1984 r. [2–8]. STL 2016, zorganizowane w tym roku przez Instytut Optoelektroniki Wojskowej Akademii technicznej [9] we współpracy z Politechniką Warszawską [10], uniwersytetem Warszawskim [11] i Politechniką Wrocławską [12], odbyło się w Jastarni w dniach 27–30 września. Sympozjum stanowi reprezentatywny przegląd prac prowadzonych w obszarze techniki laserowej w Polsce. Prace Sympozjum STL są tradycyjnie publikowane w serii wydawniczej Proceedings SPIE od roku 1987 [13–21]. Spotkanie naukowo-techniczne zgromadziło ok. 150 uczestników którzy zaprezentowali ponad 120 artykułów badawczych i naukowo-technicznych. Sympozjum Techniki Laserowej jest miarodajnym obrazem rozwoju techniki laserowej i jej zastosowań w Polsce w laboratoriach uniwersyteckich, instytutach resortowych i rządowych, laboratoriach badawczych irm innowacyjnych, itp. Na konferencji STL prezentowane są także bieżące projekty techniczne, realizowane przez krajowe zespoły naukowe, badawcze-wdrożeniowe i przemysłowe. Zakres tematyczny Sympozjum jest tradycyjnie podzielony na dwa duże obszary – postępy techniki laserowej oraz zastosowania techniki laserowej. Nurty tematyczne Sympozjum obejmują: źródła laserowe dla bliskiej i średniej podczerwieni, lasery pikosekundowe i femtosekundowe, lasery i wzmacniacze światłowodowe, lasery półprzewodnikowe, lasery dużej mocy i ich zastosowania, nowe materiały i komponenty dla techniki laserowej, zastosowania techniki laserowej w inżynierii biomedycznej, przemyśle, inżynierii materiałowej, nano- i mikrotechnologiach, oraz metrologii. The paper is a concise digest of works presented during the XIth Symposium on Laser Technology (SLT 2016) [1]. The Symposium is organized since 1984 every three years [2–8]. SLT 2016 was organized by the Institute of Optoelectronics, Military university of Technology (IOE WAT) [9], Warsaw, in cooperation with Warsaw university of Technology (WuT) [10], Warsaw university [11], and Wrocław university of Technology [12] in Jastarnia on 27-30 September 2016. Symposium is a representative portrait of the laser technology research in Poland. Symposium Proceedings are traditionally published by SPIE [13–21]. The meeting has gathered around 150 participants who presented around 120 research and technical papers. The Symposium, organized every 3 years, is a reliable image of laser technology and laser applications development in Poland at university laboratories, governmental institutes, company R&D laboratories, etc. The SLT also presents the current technical projects under realization by the national research, development and industrial teams. The works of the Symposium, traditionally are divided in two large areas – sources and applications. The main topics of SLT were: laser sources in near and medium infrared, picosecond and femtosecond lasers, optical iber lasers and ampliiers, semiconductor lasers, high power and high energy lasers and their applications, new materials and components for laser technology, applications of laser technology in mea surements, metrology and science, military applications of laser technology, laser applications in environment protection and remote detection of trace substances, laser applications in medicine and biomedical engineering, laser applications in industry, technologies and material engineering. Słowa kluczowe: lasery, technologia laserowa, lasery półprzewodnikowe, lasery światłowodowe, lasery impulsowe i CW, lasery dużej mocy, lasery wielkich energii, fotonika laserowa, optyka laserowa, komponenty laserowe, optoelektronika, fotonika, lasery na swobodnych elektronach, metrologia laserowa, lasery przemysłowe Sympozja Techniki Laserowej Sympozjum Techniki Laserowej STL: Rozwój i Zastosowania Laserów jest cyklicznym, naukowym i technicznym spotkaniem organizowanym od roku 1984 co trzy lata. Pierwsze Sympozjum było zorganizowane przez uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu. Następnych dziewięć Sympozjów było zorganizowanych przez Politechnikę Szczecińską (obecnie Zachodniopomorski uniwersytet Technologiczny) w Szczecinie i świnoujściu. XI STL było zorganizowane przez Instytut Optoelektroniki, Wojskowej Akademii Technicznej, instytucję w której w roku 1963 uruchomiono pierwszy laser. W organizacji, obok IOE WAT, brały udział Politechnika Warszawska, uniwersytet Warszawski oraz Politechnika Wrocławska. Przewodniczącym Komitetu Naukowego XI Sympozjum Techniki Laserowej był gen. dyw. prof. dr hab. inż. Zygmunt Mierczyk z WAT, wspomagany przez trzech wice-przewodniczących, profesorów: Krzysztofa Abramskiego, Michała Malinowskiego oraz Czesława Radzewicza. Komitet honorowy XI STL składał się z kilkunastu profesorów, w tym znakomitych nestorów tej techniki w Polsce, profesorów Z. Puzewicza, W. Wolińskiego, Z. Jankiewicza i innych. XI Sympozjum jest sponsorowane przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Głównym celem serii ElEktronika 11/2016 Keywords: lasers, laser technology, laser science, semiconductor lasers, optical iber lasers, femtosecond lasers, pulse and CW lasers, high power lasers, high energy lasers, laser photonics, laser optics, laser components, optoelectronics, photonics, free electron lasers, research lasers, laser metrology, industrial lasers konferencji STL jest wymiana oraz rozpowszechnianie informacji dotyczących rozwoju nauki w zakresie techniki laserowej i optoelektroniki. W Sympozjum tradycyjnie biorą udział reprezentanci kluczowych centrów akademickich, instytutów badawczych, oraz przedstawiciele producentów, dystrybutorów oraz użytkowników techniki laserowej. STL 2016 podsumowuje osiągnięcia badawcze i techniczne w kraju w latach 2013–2016. Główne kierunki rozwojowe są skupione w następujących obszarach: kwantowe lasery kaskadowe, lasery światłowodowe, lasery półprzewodnikowe, półprzewodnikowe źródła światła, lasery na ciele stałym, funkcjonalne elementy optyczne i fotoniczne dla laserów, sprzęt laserowy do monitoringu i ochrony środowiska, lasery medyczne, laserowa mikroobróbka materiałów, laserowe infrastruktury badawcze, laserowe systemy bezpieczeństwa i obrony. Obszary tematyczne Sympozjum Techniki Laserowej są tradycyjnie podzielona na dwa obszary – rozwój oraz zastosowania laserów, które obejmują następujące zagadnienia: – Rozwój Techniki Laserowej: źródła laserowe bliskiej i średniej podczerwieni, lasery pikosekundowe i femtosekundowe, lasery i wzmacniacze światłowodowe, lasery półprzewodnikowe, lasery wielkiej mocy i/lub wielkiej energii oraz ich zastosowania oraz nowe materiały i komponenty laserowe. 3 – Zastosowania Techniki Laserowej: techniki pomiarowe, metrologia, badawcze, militarne, monitoring i ochrona środowiska naturalnego, teledetekcja substancji śladowych, medycyna i inżynieria biomedyczna, przemysł, obróbka materiałów oraz inżynieria materiałowa. W trakcie STL 2016 zorganizowano następujące sesje tematyczne: Lasery: wczoraj, dzisiaj, jutro; Lasery światłowodowe; Lasery w zastosowaniach badawczych; Nowe rodzaje laserów; Zastosowania laserów w inżynierii materiałowej i nanotechnologiach; Przemysłowe zastosowania laserów; Zastosowania laserów w medycynie i inżynierii biomedycznej; Zastosowania laserów w systemach bezpieczeństwa i obronności; Nowe materiały i podzespoły laserowe; Pomiary i metrologia optyczna i laserowa; Spektroskopia laserowa. XI Sympozjum Techniki Laserowej zgromadziło około 150 uczestników. Zgłoszono i zaprezentowano około 120 prac, w tym 49 referatów i około 70 plakatów. Dwanaście referatów zaproszonych dotyczyło kluczowych współczesnych zagadnień techniki laserowej na świecie i w kraju. Najważniejsze centra akademickie i instytucje naukowo-badawcze działające w obszarach badawczych, rozwojowych i aplikacyjnych techniki laserowej wzięły udział w konferencji. i zaprezentowały swoje ostatnie osiągnięcia. Są to: Politechniki – Wojskowa Akademia Techniczna WAT, Warszawska (PW), Wrocławska (PWr), świętokrzyska (Pśwk), Białostocka (PB), łódzka (Pł), śląska (Pś); Rzeszowska (PRz), Gdańska (PGd), uniwersytety – Warszawski (uW), Mikołaja Kopernika (uMK), uniwersytet Marii Curie Słodowskiej w Lublinie (uMCS), Warszawski uniwersytet Medyczny (WuM) , państwowe instytuty badawcze i PAN - IChF PAN, IFPiLM, IMP PAN, INTiBS PAN, ITME oraz irmy - IPG-Polska, Solaris Laser, Cristal Laser SA. Prace zaprezentowane na STL 2016 są opublikowane tradycyjnie w tomie abstraktów, wydanym przez WAT, oraz w tomie międzynarodowej serii wydawniczej Proceedings of SPIE – indeksowanej w głównych bazach danych bibliometrycznych m.in. Web of Science i Scopus. Do tej pory STL opublikowało swoje prace w kilkunastu tomach Proc. SPIE. Poniżej przedstawiono przegląd wybranych, najważniejszych zagadnień badawczych i technicznych poruszanych w czasie sesji tematycznych, oraz zaprezentowanych w postaci referatów i plakatów. Główne tematy z wiodących ośrodków badawczych zaprezentowano w formie referatów zaproszonych i sesyjnych. Pozostałe prace zaprezentowano w czasie tematycznych sesji plakatowych. Warte podkreślenia są wyniki prac krajowych zespołów badawczych intensywnie współpracujących z partnerami zagranicznymi, uczestniczących w wielu międzynarodowych programach i projektach badawczych i rozwojowych, m.in w: hIPER, ELI, FLASh, E-XFEL, COST Action, EuREKA, ModPolEuV, hOMING, LaserLab Europe, Optolab, EXTATIC, i in.. Przedstawiamy krótki przegląd najciekawszych wyników z przedstawionych na konferencji STL 2016 referatów i plakatów. Rozwój Techniki Laserowej Lasery: wczoraj, dzisiaj, jutro Pierwsze lasery w Polsce zostały uruchomione prawie równocześnie w Wojskowej Akademii Technicznej WAT (Z. Puzewicz, K. Dzięciołowski) oraz na Politechnice Warszawskiej (W. Woliński). Pierwszy laser he-Ne uruchomiony w WAT w dniu 29.07.1963 roku generował na długości fali 1,15 µm. Nieco wcześniej w WAT został skonstruowany i uruchomiony maser mikrofalowy. Nie długo potem zostało utworzone, na bazie istniejącego silnego zespołu optyków, laserowe centrum badawcze na uniwersytecie Adama Mickiewicza w Poznaniu (A. Piekara, Z. Kaczmarek). Ceremonia otwarcia STL 2016 zawierała plenarną prezentację pionierów na temat początków techniki laserowej w Polsce. Po początkowych dwóch dekadach rozwoju, krajowe środowi- 4 sko nauki i techniki laserowej stało się gotowe do uruchomienia w roku 1984 dużego, cyklicznego, ogólnokrajowego spotkania poświęconego wyłącznie lokalnym i globalnym postępom tej dziedziny nauk technicznych. Dzisiaj, tradycja okresowych krajowych spotkań STL jest bardzo silna. STL gromadzi co trzy lata kluczowych ludzi z branży naukowej i rozwojowej, oraz kluczowych przedstawicieli instytutów. Podczas okresu pionierskiego rozwoju techniki laserowej w Polsce wyniki prac były publikowane między innymi na konferencjach międzynarodowych jak: Elektronika Kwantowa i Optyka Nieliniowa EKON w Poznaniu, Sympozja uRSI Nauk Radiowych, światłowody i ich Zastosowania od 1976 roku, Technologia Elektronowa ELTE, i kilku innych, a także w miesięczniku SEP Elektronika, Biuletynie WAT, i czasopismach Polskiej Akademii Nauk – Archiwum Elektrotechniki i Rozprawy Elektrotechniczne. Lasery światłowodowe Lasery światłowodowe są dzisiaj szeroko używane w przemyśle, medycynie, i zastosowaniach badawczych. Powodem są korzystne parametry operacyjne tych laserów jak: duża średnia moc osiągająca nawet kilka kW, znakomita jakość poprzeczna generowanej wiązki, możliwość generacji impulsów femtosekundowych, znaczna stabilność, duża niezawodność, itp. Zespół z Instytutu Fizyki Doświadczalnej uW i IChF PAN pracuje nad optymalizowaną konstrukcją femtosekundowego wzmacniacza światłowodowego o znacznej mocy średniej. Zastosowano dwie techniki w celu redukcji zjawisk degradacji generowanego i wzmacnianego impulsu przez nieliniową akumulację przesunięcia fazy oraz dyspersji materiałowej. Wzmocnienie impulsu metodą CPA (Chirped Pulse Ampliication) polega na rozszerzenie impulsu w domenie czasu, wzmocnieniu i kompresji, co zapobiega wystąpieniu zjawisk nieliniowych na tym poziomie mocy bez techniki rozszerzania impulsu. Zastosowania światłowodu jednomodowego o ekstremalnie dużej efektywnej powierzchni modowej pozwala na generację znacznie większej mocy we włóknie. uzyskano następujące parametry badanego wzmacniacza na światłowodzie iterbowym: moc średnia 65 W, częstotliwość powtarzania impulsu 900 khz, czas trwania impulsu 0,5 ps, parametr jakość wiązki ok M 2 = 1,3. Lasery światłowodowe domieszkowane tulem, używane często w medycynie, np. w dermatologii, a także stosowane jako źródła w urządzeniach do detekcji gazów cieplarnianych, generują wiązkę IR w obszarze 1,9–2 µm. Zespół z PWr. bada takie lasery z zastosowaniem absorberów nasycalnych a także efektu nieliniowej rotacji polaryzacji. Femtosekundowy laser z normalną dyspersją składa się z pompowanego falą 1566 nm światłowodu tulowego, odcinka światłowodu kompensującego dyspersję, kontrolera polaryzacji i dzielnika wiązki oraz złożonego sprzęgacza – który zawiera sprzęgacz wyjściowy, izolator i multiplekser WDM. Zestaw generuje szerokopasmowe solitony rozproszeniowe o czasie trwania ok. 400 fs. Szerokość generowanego spektrum może być zmieniana poprzez wartość całkowitej dyspersji w torze optycznym. Sesja plakatowa zawierała szereg prezentacji na temat laserów światłowodowych, wzmacniaczy i oscylatorów pochodzących z różnych ośrodków badawczych. Sprzężone solitony o czasie trwania kilkaset fs, oddalone od siebie o ok. 10 ps były generowane w laserze światłowodowym z grafenowym absorberem nasycalnym. W laserze o koniguracji pętlowej i modach sprzężonych uzyskano pojedyncze i podwójne impulsy o różnych charakterystykach. Opracowano tulowy oscylator światłowodowy, pompowany falą 1550 nm i generujący falę 1994 nm w postaci regularnego ciągu impulsów o czasie trawnia 110 ps, średniej mocy 2W i częstotliwości repetycji 80 Mhz – będącej częstotliwością własną rezonatora lasera. Sub-pikosekundowe impulsy, o długości fali ponad 2000 nm, były generowane w holmowym laserze ElEktronika 11/2016 światłowodowym. Prototyp światłowodowego lasera tulowego został skonstruowany do zastosowania w miniaturowej minimalno-inwazyjnej robotycznej sondzie endoskopowej. Skalowalność erbowego lasera światłowodowego została uzyskana poprzez zmianę rozdziału mocy optycznej w sprzęgaczu wyjściowym, bez zmiany warunków pracy rezonatora. Otrzymanie większej mocy wyjściowej z lasera światłowodowego wymaga koherentnego sumowania mocy, z precyzyjną synchronizacją fazy we wzmacniaczu mocy z oscylatorem wzorcowym, tzn. w geometrii MOPA. Rozwiązanie to polega na rozszerzeniu impulsu, zrównolegleniu, wzmocnieniu, zsumowaniu i kompresji. Synchronizacja fazy wymaga zastosowania światłowodowego szybkiego i precyzyjnego modulatora lub przesuwnika fazy. Taki modulator fazy, bazujący na rozciąganiu włókna na bębnie piezoceramicznym został wykonany i skutecznie zastosowany (PWr). Opracowano na PWr całkowicie światłowodowy wzmacniacz światłowodowy o mocy 20 W na długości fali 1550 nm odporny na działania środowiska i nie wymagający żadnych regulacji opto-mechanicznych urządzenie jest trzystopniowym układem kaskadowym MOPA. Pierwszy stopień jest wzmacniaczem Er, drugi stopień bazuje na światłowodzie dwupłaszczowym, a stopień końcowy jest erbowym, jednomodowym światłowodem dwupłaszczowym o dużym efektywnym polu modowym, umożliwiającym generację znacznej mocy wyjściowej z wiązką o dobrych parametrach przestrzennych. Geometria pętlowa z falą bieżącą jest częstą architekturą laserów światłowodowych. Taka koniguracja zapobiega efektowi ‘spektralnego wypalania dziur’, co powoduje wzrost efektywności lasera i prowadzi do wyższych mocy wyjściowych. Koniguracja theta pętlowego rezonatora laserowego została zastosowana w celu uniknięcia użycia kosztownego izolatora optycznego i zapewnienia jednokierunkowości pętli. Pętla składa się z pompowanego światłowodu aktywnego, dwóch sprzęgaczy niesymetrycznych, siatki Bragga i jednego sprzęgacza symetrycznego. Opracowano m.in. laser światłowodowy z rezonatorem o podwójnej pętli ósemkowej ∞ z symetrycznym sprzęgaczem pomiędzy pętlami (PWr). Rozproszeniowy rezonans solitonowy został tu zastosowany w celu uniknięcia zjawisk nieliniowych podczas pracy z dużą mocą optyczną. Otrzymano energię impulsu 2 µJ, tj. kilka rzędów większą niż w rozwiązaniach telekomunikacyjnych takich wzmacniaczy. Parametry lasera były: pompa 18 W, częstotliwość powtarzania impulsów 800 khz, czas trwania impulsu 170 ns, średnia moc impulsu 1,7 W. Lasery światłowodowe są często stosowane do teksturowania powierzchni materiałów takich jak: metale, szkło, ceramika, drewno, polimery, itp. Teksturowanie elastomerów jest wykonywane w celu poprawy ich zachowania w środowiskach wilgotnych, włączając w to wzrost właściwości hydrofobowych oraz zmniejszenie współczynnika tarcia. Proces teksturowania kauczuków styreno-butadienowego SBR oraz etylenowo-propylenowo-dienowego EPDM jest badany na Pł. Powierzchnie polimerów były skanowane wiązką laserową 1065 nm o średnicy 25 µm, średniej mocy 2–20 W, czas trwania impulsu 15–220 ns, częstotliwość repetycji 35–290 khz, szybkość skanowania 100–2500 mm/s, gęstość skanowania 10–50 µm, atmosfera – powietrze lub ochronna. Zwilżalność powierzchni materiału, mierzona metodą kształtu kropli zmniejszyła się o kilkadziesiąt %. Lasery światłowodowe zostały zastosowane w kilku praktycznych rozwiązaniach sprzętu badawczego i pół-przemysłowego. Precyzyjne cięcie wali krzemowych było wykonywane w warunkach laboratoryjnych przy pomocy wiązki lasera światłowodowego 1065 nm (Pł). Lasery światłowodowe są obecnie jednym z najczęstszych narzędzi w wielu różnych zastosowaniach, np. czujnikowych, systemach technologicznych, itp. ElEktronika 11/2016 Lasery półprzewodnikowe Przed opracowaniem technologii wytwarzania laser półprzewodnikowy jest przedmiotem licznych symulacji i obliczeń teoretycznych, w różnych odmianach strukturalnych i konstrukcyjnych, w celu określenia właściwości optycznych, termo-mechanicznych, stabilności i innych charakterystyk. Zespół badawczy z Pł specjalizuje się w modelowaniu laserów półprzewodnikowych. Badania prowadzono nad dyskowym laserem GaInAsSb generującym w obszarze spektralnym 3–5 µm. Analizowano numerycznie dwa rozwiązania takich laserów o generacji bezpośredniej i generacji różnicowej przez dwa obszary InGaAs/GaAs oraz GaInNAs/AsAs promieniujące fale 900–1040 nm i 1250–1400 nm. Częstotliwość różnicowa jest generowana w krysztale nieliniowym umieszczonym wewnątrz wnęki. Pokazano numerycznie, że obie metody i zaproponowane struktury prowadzą do budowy efektywnego źródła promieniującego w całym obszarze 3–5 µm. Inny zespół teoretyków na PW pracuje nad modelowaniem zintegrowanych laserów wykonanych z metamateriałów fotonicznych. Stabilizacja wiązki z szeroko-paskowego lasera półprzewodnikowego dużej mocy w płaszczyźnie złącza, jest przedmiotem badań konstrukcyjnych i technologicznych w wielu zespołach na świecie. Sugerowane są rozwiązania stabilizujące podstawowy mod boczny w jak najszerszym zakresie pobudzenia diody laserowej. Stosowane jest rozwiązanie konstrukcyjne falowodu ‘lare’ oraz takie które wykorzystują kontrolowany falowodowy efekt termiczny. Prace nad stabilizacją diody laserowej 980 nm, z zastosowaniem wbudowanej wewnętrznej bocznej periodycznej struktury składającej się z N par naprzemiennie przewodzących i izolujących pasków zlokalizowanych w płaszczyźnie złącza są prowadzone w ITME. Taka struktura preferuje mod boczny dla pewnych parametrów złącza i pracuje w inny sposób niż matryce sprzężone modowo, pomimo podobieństwa obu struktur. Nowa struktura periodyczna wymusza stabilność N-tego modu o nieco większej rozbieżności niż mod podstawowy. W ten sposób stabilizuje rozkład kątowy a także często proil modowy lasera. Nowe materiały laserowe, komponenty i podzespoły Nowe i ciągle rozszerzające się zastosowania praktyczne, sub-pikosekundowych impulsów laserowych wymuszają nowe badania i kierunki prac technicznych nad tanimi laserami generującymi takie impulsy w zakresie spektralnym od głębokiego ultraioletu do średniej podczerwieni. Kluczowym komponentem jest rezonator lasera, o optymalizowanej konstrukcji umożliwiającej generację impulsów ultra-krótkich. Oprócz materiału aktywnego wzmacniającego generowane promieniowanie w dostatecznie szerokim paśmie, istotną rolę odgrywa nasycalny absorber, umożliwiający inicjalizację i stabilizację pracy lasera w warunkach pracy ze sprzężeniem modów. Powszechnie używane nasycalne zwierciadła półprzewodnikowe typu SESAM ograniczają laserowe rozwiązania szerokopasmowe. W wielu ośrodkach (PWr, ITME) prowadzone są badania w celu wykorzystania nowych rozwiązań, z nowymi materiałami i konstrukcjami, jak: nanomateriały węglowe, izolatory topologiczne, bi-chalkogenki metali przejściowych, oraz czarny fosfor. Stosując kompozytowy materiał grafen/PMMA do budowy absorbera nasycalnego, otrzymano w światłowodach domieszkowanych erbem, tulem i holmem, generację impulsów sub-pikosekundowych w zakresie spektralnym 1550–2090 nm. Istotnym kierunkiem badań materiałowych są prace nt. szkieł przeznaczonych na światłowody aktywne pracujące jako źródła światła w zakresie spektralnym średniej podczerwieni 3–6,5 µm. W szczególności badania dotyczą szkieł chalkogenkowych domieszkowanych pierwiastkami ziem rzadkich (Pr, Tr). Prace te są prowadzone na PWr we współpracy z uniwersytetem Nottingham. Kluczowym czynnikiem w generacji światła w zakresie MIR jest niska wartość energii fononów w szkle osnowy, poniżej 400 cm-1. Przeprowadzono symulacje numeryczne dla różnych 5 składów szkieł chalkogenkowych, potencjalnie odpowiednich do wytwarzania światłowodów aktywnych. Badania nad modyikowanymi i nowymi szkłami oraz innymi materiałami dla techniki laserowej i fotoniki są prowadzone na uMCS oraz na PB. Nowe kompleksy i związki chemiczne zawierające jony ziem rzadkich jak europu i terbu są syntetyzowane w uMCS. Związki organiczne pełnią rolę ligandów w złożonych materiałach o nowych funkcjonalnościach. Związki te wykazują aktywność optyczną i są termicznie stabilne. Badaniu podlegały spektra pobudzania i emisji tych nowych materiałów. Nowe szkła IR i MIR dla fotoniki i techniki laserowej są syntetyzowane i badane na PB. Niskostratne polimery aktywne optycznie są syntetyzowane i produkowane na uMCS. W szczególności PMM jest domieszkowany nowo otrzymanymi kompleksami organicznymi. Zespół badawczy z IOE WAT, we współpracy z ITME, opracował i wytworzył monolityczny mikrolaser o strukturze Er,Yb:glass/ Co:MgAlO, generujący światło w zakresie ‘bezpiecznym dla oka’. Ośrodek aktywny został termicznie i optycznie zespolony z absorberem nasycalnym. uzyskano następujące parametry źródła: moc w impulsie ponad 10 kW, czas trwania impulsu FWhM poniżej 4 ns, energia impulsu 40 µJ, sprawność różniczkowa powyżej 50%, próg generacji ponad 220 mW, częstotliwość powtarzania 700 hz, dla mocy pompy poniżej 400 mW. Źródło składa się z diody pompującej zakończonej światłowodem, optyki ogniskującej, zwierciadła wejściowego, ośrodka aktywnego, pasywnego modulatora dobroci oraz zwierciadła wyjściowego. Nowe rodzaje granatów, domieszkowanych pierwiastkami ziem rzadkich, są badane jako materiały osnowy optycznej. Kryształy GGAG składające się z GdGaAlO, produkowane metodą Czochralskiego, są przedmiotem zainteresowania zespołu badawczego z INTiBS PAN we współpracy z IF PAN. Kryształy GGAG o nominalnych składach stechiometrycznych były indywidualnie domieszkowane jonami Ce, ho, Er oraz Tm. Częściowa substytucja jonów Ga i Al w matrycy GAGG powoduje zaburzenia niejednorodnego poszerzenia linii jonów luminescencyjnych. Szerokości linii są czterokrotnie większe niż w regularnej matrycy YAG. Spektrum emisyjne GGAG:Tm rozciąga się w zakresie spektralnym 1630-2150 nm, a GGAG:ho w zakresie 1850-2150 nm. Współdomieszkowanie jonami iterbu pozwala na efektywne pompowanie optyczne materiału. Zjawisko pompowania z wykorzystaniem relaksacji skrośnej (12) zostało zaobserwowane dla koncentracji jonów Tm ok. 4%. Metoda detekcji sygnałów DAVLL (Dichroic Atomic Vapor Phase Lock), z zastosowaniem komórki z parami Rb, została zmodyikowana poprzez zastosowanie dodatkowo synchronicznego przełączania polaryzacji – PSDAVLL. Metodę zastosowano w praktyce do stabilizacji częstotliwości lasera VCSEL na 780 nm. Metoda łączy dichroizm par atomowych do stabilizacji częstotliwości lasera z detekcją synchroniczną używając komórki ze stabilizowanym powierzchniowo ciekłokrystalicznym ferroelektrykiem SSFLC. Komórka przełącza polaryzację światła laserowego i jest jednocześnie ćwierćfalówką. Zastosowanie metody PSDAVLL zwiększyło dynamikę detekowanego sygnału o ok. 10dB w porównaniu z metodą zrównoważonej polarymetrii DAVLL. uzyskano poziom stabilności częstotliwościowej źródła 2,7×10-9, powtarzalność 1,2×10-8, zakres dynamiczny ponad 80 dB. Praca jest prowadzona przez zespół na PWr. Prezentowana metoda jest mniej czuła na warunki środowiskowe pracy lasera. Nowy, samoadaptujący, pierścieniowy rezonator został zastosowany w laserze Nd:YAG umożliwiając generację impulsów nanosekundowych. Otrzymano następujące parametry lasera: sprawność różniczkowa 34%, wiązka bliska ograniczeniu dyfrakcyjnemu, M 2 <1,6. W przypadku przełączania strat z wykorzystaniem monokryształu Cr:YAG uzyskano impulsy o mocy 0.9 MW. Z zastosowaniem aktywnego przełączania strat z komórką Poc- 6 kelsa uzyskano moc maksymalną 1.9 MW, dla impulsów o czasie trwania ok. 10 ns. Nowe typy materiałów dla potrzeb fotoniki i techniki laserowej obejmują metamateriały i nanomateriały. Nano proszki srebra są powszechnie używane w technologii laserów półprzewodnikowych (ITME). Optycznie zorientowane strukturalne metamateriały posiadają korzystne właściwości fotoniczne wskutek optymalizowanej struktury wewnętrznej. hiperboliczne metamateriały jednoosiowe o periodycznej strukturze wewnętrznej posiadają ujemną refrakcję i hiperboliczną dyspersję. ujemna refrakcja wynika z własności tensora przenikalności elektrycznej posiadającego składniki o przeciwnych znakach. Praktyczne rozwiązanie takiego materiału zawiera warstwy grafenu przełożone dielektrykiem, co daje materiałowi pewien zakres przestrajalności przy pomocy zewnętrznego pola elektrycznego. Prace nad różnymi rodzajami metamateriałów dla fotoniki są prowadzone w krajowych laboratoriach na PW, PWr, ITME itp. Nowe rodzaje laserów Różnice pomiędzy parametrami synchrotronowych i optycznych źródeł światła w ostatnim okresie czasu niemal zanikają. Pojawia się piąta generacja synchrotronowych źródeł światła związana z rozwojem bardziej niezawodnych układów plazmowo-laserowych, miniaturyzacją sprzętu, opanowaniem technik laboratoryjnych miniaturowych stabilnych akceleratorów o bardzo dużych natężeniach pola, oraz zintegrowanych, ultra-precyzyjnych undulatorów bazujących na mikro-magnesach wykonanych w technologii MEMS/MOEMS lub plazmowej. Jednocześnie bardzo intensywnie rozwija się czwarta generacja źródeł synchrotronowych powstających w wyniku wielu inwestycji na całym świecie, rozszerzając tym samym dostęp do unikalnych wiązek promieniowania. Można tu wymienić takie instalacje jak: LCLS, SACLA, SwissFEL, SPARC, FLASh, EuXFEL i inne. Piąta generacja źródeł światła stawia, w nieodległej przyszłości, zupełnie inne wyzwania techniczne i badawcze takie jak dynamiczna budowa całej ciągu generacji impulsowej wiązki światła, z dokładnością femtosekundową. Polskie zespoły badawcze albo uczestniczą w budowie niektórych z wymienionych powyżej instalacji za granicą, bądź wykonują szereg eksperymentów na wiązkach laserowych dostępnych w kraju w takich dziedzinach jak: izyka cząsteczkowa, optyka atomowa, inżynieria materiałowa, inżynieria biomedyczna, itp. Lasery na swobodnych elektronach są rozwijane w Europie z uczestnictwem m.in. specjalistów z Polski. Flagową europejską instalacją, obecnie w końcowym stanie budowy, jest europejski laser rentgenowski FEL EuXFEL budowany w DESY w hamburgu. Laser będzie częściowo dostępny dla użytkowników w 2017 roku i całkowicie w 2018 roku. Kilka polskich zespołów uczestniczyło w projekcie i budowie tej wielkiej instalacji, włączając w to krio-systemy, kontrolę LLRF, systemy operatorskie, diagnostyczne i pomiarowe stanu instalacji i wiązek elektronowej i optycznej. Obecnie przychodzi czas dla użytkowników wiązki rentgenowskiej. uniwersytet Jana Kazimierza w Kielcach uczestniczy w projekcie eksperymentów czasowo-rozdzielczych dla tego lasera. Stosowane są różne metody z obszaru spektroskopii rentgenowskiej w badaniach dynamiki reakcji chemicznych, przejść fazowych w materii skondensowanej. Techniki pompowania i próbkowania (‘pump-probe’) stosują ultra krótkie impulsy X w połączeniu z impulsami z laserów optycznych o wielkim natężeniu do badania dynamicznych zmian w materii w femtosekundowej skali czasowej, o atomowej przestrzennie skali rozdzielczości. Badane są charakterystyki spektralne i czasowe impulsów promieniowania X z lasera FEL, a także ich zależność od rodzaju pracy lasera. Potencjalne możliwości badawcze wkrótce uruchamianego lasera EuXFEL są skalowane do analogicznej, lecz dziesięciokrotnie mniejszej, instalacji obecnie pracującej w DESY – FLASh. ElEktronika 11/2016 Jednym z obiecujących kierunków badań i rozwoju technicznego są zastosowania laserów do akceleracji cząstek. Obszar jest podzielony na dwie różne części – akceleracji leptonów i hadronów oraz akceleracji jonów, włączając w to ciężkie jony. Akceleracja leptonów wymaga mniejszych energii i relatywistycznych natężeń pola wiązki laserowej. Obie technologie są tak różne, że nie mogą być bezpośrednio porównywane. Zespół badawczy z IOE WAT współpracuje z laserowymi ośrodkami zagranicznymi i międzynarodowymi. Jedną z takich instytucji jest GIST w Korei Południowej. Centrum dysponuje laserem 4 PW i buduje następną instalację exawatową. Prowadzone są badania nad laserowymi metodami akceleracji jonów do energii relatywistycznych i super-relatywistycznych. Do akceleracji jonów konieczne jest zastosowanie źródła światła generującego impulsy pikosekundowe i femtosekundowe o petawatowym poziomie mocy i natężeniach znacznie powyżej 1020–1021 W/cm2. Rezultatem interakcji takich impulsów laserowych z materiałem tarczy jest generacja plazmy oraz pola elektrycznego o ekstremalnie dużym gradiencie potencjału rzędu 10–100 GV/cm. Tak duże pole elektryczne jest wystarczające do znacznego przyspieszenia jonów na odległości mniejszej niż 1 cm. Impulsy wiązek jonów ukształtowane w takich warunkach posiadają unikalne właściwości, inne niż te otrzymane w klasycznych akceleratorach. Charakterystyki impulsów jonowych są następujące: sub-pikosekundowy czas trwania, ekstremalne natężenie 1020 W/cm2, bardzo duża gęstość prądu 1012 A/cm2, znaczna przepływność jonowa impulsowej wiązki 1020 jonów/cm2. Takie impulsy jonowe oraz wiązka jonowa o takich parametrach otwierają nowe możliwości aplikacyjne dla nowego narzędzia w medycynie, technologii, izyce jądrowej, eksperymentach dotyczących nowych stanów dynamicznych w materii silnie pobudzonej, a także w miniaturowych urządzeniach laserowych do hadronowej i jonowej terapii nowotworów (np. poprzez uniknięcie dużego mechanicznego urządzenia skanującego GANTRY). Generacja takich impulsów bez wielkiej infrastruktury akceleratorowej jedynie z wykorzystaniem układów laserowych znacznie rozszerza możliwości zastosowań wiązek jonowych. Badania nad laserowymi metodami przyspieszania wiązek jonowych przy pomocy wiązek fotonowych wielkiej mocy są również prowadzone w IFPiLM w Warszawie, w ramach projektu infrastrukturalnego ELI oraz w ramach prac własnych. Laserowo–plazmowe źródła światła dla ekstremalnego ultraioletu EuV oraz miękkiego promieniowania rentgenowskiego SXR są intensywnie rozwijane i badane w IOE WAT. Promieniowanie X jest generowane w rozgrzanej plazmie wskutek interakcji pomiędzy optycznymi, nanosekundowymi impulsami laserowymi o dużej mocy oraz naddźwiękowym, wysoko-ciśnieniowym mikro -strumieniem gazu. Mikrostrumień gazu jest naświetlany impulsami lasera Nd:YAG o następujących parametrach: czas trwania 1–10 ns, energia pojedynczego impulsu do – 10 J, częstotliwość repetycji impulsów 10 hz. Dwustrumieniowa tarcza gazowa, kontrolowana jest przez wysokociśnieniowe ultra-precyzyjne zawory elektromagnetyczne, w celu uniknięcia degradacji i zniszczenia precyzyjnych dyszy gazowych. Źródła laserowo-plazmowe są wyposażone w optykę kolimującą i/lub skupiającą generowane promieniowanie X. Stosowane są tu zwierciadła odbijające osiowo symetryczne, elipsoidalne, całkowitego zewnętrznego odbicia, wielopłytkowe typu ‘lobster eye’, a także elipsoidalne zwierciadła interferencyjne pokryte cienkimi warstwami Mo/Si. Opracowane źródła laserowo-plazmowe zostały zastosowane do testowania nano- i mikroobróbki materiałów, modyikacji polimerów, mikro-radiograii, fotojonizacji gazu, generacji plazmy nisko temperaturowej oraz radiobiologii. Laserowo-plazmowe źródła promieniowania rentgenowskiego były zastosowane do obrazowania mikroobiektów o rozdzielczości rzędu dziesiątków nm. Nisko-energetyczne wybuchy w dielektrykach, generowane laserowo, dostarczyły nowych danych dotyczących przejść fazo- ElEktronika 11/2016 wych w materiałach zawierających różne formy silikatów. Lasery o wysokiej repetycji impulsów zostały zastosowane do generacji fotonów wysokoenergetycznych dla rentgenowskiej spektroskopii dyfrakcyjnej. Interakcja femtosekundowego impulsu laserowego z mikro strumieniem gazu o znacznym gradiencie gęstości prowadzi do generacji wyższych harmonicznych, w regionach spektralnych EuV i SXR. Generowane femtosekundowe lub sub-fs, attosekundowe impulsy SXR są stosowane do badania szybkich procesów w półprzewodnikach, materiałach magnetycznych, do tworzenia bez-soczewkowych dyfrakcyjnych układów obrazowania o rozdzielczości nanometrowej, interferometrycznego śledzenia elektronowej dynamiki wewnątrz-molekularnej, optycznego ‘zasiewania’ (‘seed’) laserów FEL itp. Zespół badawczy w IOE WAT, we współpracy z zespołem z Czech związanym z infrastrukturą laserową Extreme Light Infrastructure ELI, prowadzi badania nad metodami zwiększenia sprawności procesów generacji wyższych harmonicznych, tj. konwersji promieniowania lasera optycznego w promieniowanie EuV i SXR. Testowano następujące metody wzrostu wydajności procesu konwersji: zastosowanie wielostrumieniowej tarczy gazowej o znacznym gradiencie gęstości w celu wywołania fali uderzeniowej, fazowe sprzężenie wiązki laserowej z generowanymi wyższymi harmonicznymi w ośrodku plazmowym o gradiencie gęstości wzdłuż wiązki światła. Zaobserwowano wzrost efektywności konwersji energii. Impulsowe, źródła światła EuV i SXR, o wielkiej gęstości mocy 1010–1011 W/cm2, są stosowane do fotojonizacyjnej generacji gazowej plazmy o niskiej temperaturze elektronowej, rzędu dziesiątków eV. Taka plazma, powszechnie występująca w dyskach akrecyjnych i fotosferze białych karłów, odgrywająca znaczną rolę w astroizyce, jest przedmiotem badań w dziedzinie astroizyki laboratoryjnej. Plazma niskotemperaturowa jest powszechnie używana w przemyśle do modyikacji powierzchni materiałów, precyzyjnego trawienia plazmowego, itp. Kluczowym parametrem niskotemperaturowej plazmy reakcyjnej jest gęstość elektronowa. Typowe urządzenia pracujące pod niskim lub atmosferycznym ciśnieniem generują plazmę o gęstości elektronowej poniżej 1013 cm-3, a typowo 1011 cm-3. Zespół badawczy z IOE WAT oraz Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy bada wysokowydajne metody generacji plazmy z zastosowaniem źródeł plazmowo-laserowych EuV i SXR o wysokiej gęstości energii i dostarczające plazmy o gęstości elektronowej o kilka rzędów wielkości większej. Prowadzone są pomiary temperatury plazmy oraz rozkładu gęstości elektronów w czasie i przestrzeni. IOE WAT specjalizuje się w badaniach nad nowymi, modyikowanymi i ulepszanymi rodzajami laserów. Jednym z badanych typów są holmowe lasery na ciele stałym. Prowadzone są prace rozwojowe nad nowymi rozwiązaniami tych laserów, z użyciem różnych materiałów osnowy, rozwiązań geometrycznych i różnych źródeł pompujących. Własne osiągnięcia grupy w zakresie konstrukcji laserów holmowych i stosowania różnych materiałów osnowy jak ho:YAG i ho:YLF, były porównywane ze stanem prac w innych ośrodkach technologicznych. Lasery holmowe, impulsowe i CW są rozważane do pompowania generatorów OPO z kryształami nieliniowaymi ZGP, w celu budowy urządzeń MOPA, oraz dla zastosowań medycznych i przemysłowych. Sesje plakatowe także pokazywały szereg nowych konstrukcji laserów. Pompowany impulsowym laserem Tm:YLF przestrajalny laser Cr:ZnSe generujący promieniowanie w zakresie 2.2–2.4 µm, jest przedmiotem modelowania, projektu i prac konstrukcyjnych. Przewidywane jest uzyskanie wysokiej sprawności takiego lasera, bliskiej limitu kwantowego i mocy szczytowej w obszarze setek kW. Kryształ Cr:ZnSe wraz z pryzmatem dyspersyjnym jest umieszczony wewnątrz rezonatora. Przestrajanie lasera w zakresie 100 nm uzyskano poprzez zmianę kąta zwierciadła wyjściowego. 7 Laser NOPCPA o parametrach 20 fs, 100 mJ, 10 hz, został zastosowany do generacji promieniowania rentgenowskiego z zakresu keV poprzez interakcję wiązki z targetem Fe i Cu w komorze próżniowej. Opracowane źródło rentgenowskie zastosowano do wstępnych badań w zakresie radiograii obiektów biologicznych. Laser Er:YAG z modulowaną dobrocią został zmodyikowany poprzez zastosowanie obrotowego zwierciadła zamiast modulatora elektrooptycznego (IOE WAT). Zwierciadło to nie wprowadza dodatkowych strat, a małe wzmocnienie ośrodka aktywnego pozwala na powolne przełączanie. Przy 300 W mocy pompy, długich impulsach oraz częstotliwości repetycji 10 hz, nie można pominąć efektu termicznego samoogniskowania wiązki w pręcie Er:YAG. Efekt jest kompensowany poprzez wklęsłe powierzchnie czołowe pręta. Podwyższona częstotliwość repetycji ogranicza możliwość zmian innych parametrów lasera. ultraszybki laser na ciele stałym Yb:KGW z hybrydowym biernym sprzężeniem modów jest badany na PWr. Laser jest pompowany przez pojedynczą diodę laserową o mocy 750 mW i dobrej jakości wiązki pompującej. Aktywne chłodzenie ośrodka wzmacniającego nie jest wymagane. Skonstruowano dwie wersje lasera, ze zwierciadłem SESAM i soczewkowaniem Kerra poprzez zmianę geometrii wnęki. Parametry zbudowanego lasera były: czas trwania impulsu ok. 60 fs, średnia moc ponad 60 mW, połówkowa szerokość spektrum optycznego ok. 20 nm. Zastosowania Techniki Laserowej Zastosowanie laserów w inżynierii materiałowej i nanotechnologii Prace badawcze nad laserowym przetwarzaniem i mikroobróbką polimerów biodegradowalnych są prowadzone na PWr. Stosowano następujące rodzaje laserów do obróbki polimerów; Yb:szkło, ArF, KrF oraz CO2. Mechanizmy interakcji promieniowania laserowego z polimerami zależą od energii fotonu. Foton o energii kilku eV bezpośrednio rozrywa wiązania i prowadzi do dysocjacji fotolitycznej materiału. Dla energii fotonu poniżej pasma energetycznego materiału, generowane są jedynie stany wysoko energetyczne, pobudzenie uV, bezpośrednie sprzężenie fotonowo -fononowe prowadzące do polaryzacji jonów. Czas termalizacji stanów wzbudzonych w polimerach wynosi ok. 10-12s. Dysocjacja termiczna makro cząstek przeważa jeśli pobudzenie jest dłuższe niż termalizacja. Intencjonalne połączenie efektów termicznych i nie-termicznych pozwala na modyikację geometrii materiału oraz ich izycznej i chemicznej struktury. Mikroobróbka laserowa jest stosowana podczas niektórych szczególnych etapów technologicznych produkcji zintegrowanych układów elektronicznych na podłożach elastycznych, a także dla fotowoltaiki. Mikroelektrody miedziane są strukturyzowane metodą subtraktywną poprzez usuwanie nadmiaru materiału w taki sposób aby nie wpływać na leżące warstwy poniżej i podłoże. Metoda jest prostsza, nie wymaga stosowania maski, tańsza, szybsza i bardziej precyzyjna niż fotolitograia. Kontrolowane parametry ablacji fotochemicznej (w odróżnieniu od ablacji fototermicznej) są dobierane do przetwarzanego materiału i podłoża: moc promieniowana, długość fali, częstotliwość repetycji impulsów, długość impulsów, szybkość skaningu, liczba skanów. Jako przykład sprawności metody wykonano antenę Thz. Prace te są prowadzone we współpracy pomiędzy IOE WAT i PWr. Przezroczyste cienkowarstwowe przewodniki znajdują zastosowania w fotowoltaice, optoelektronice i elektronice organicznej, płaskich wyświetlaczach, elastycznej elektronice i sensorach. Stosowane są następujące materiały: tlenek cynowo-indowy ITO, tlenek cynku domieszkowany aluminium AZO, grafen i rurki nanowęglowe, a także przewodzące polimery jak polianilina oraz PEFOT:PSS. Cienkie warstwy są nakładane metodami PVD, ALD, elektrochemicznie albo zol-żel. Klasyczne metody budowy 8 architektury komponentów stosują maskowanie, napromieniowanie i wytrawianie. Laserowe kształtowanie struktury poprzez ablację dla tych celów, zastępujące metody klasyczne, są badane na Pł. Zespół badawczy zastosował impulsowy laser światłowodowy w celu budowy architektury komponentów przezroczystych w zakresie spektralnym 100–300 nm w warstwach ITO i AZO nałożonych na różnych podłożach jak folia poliestrowa, kapton oraz szkło. Charakteryzowano funkcjonalnie wytworzone struktury. Laserowe czyszczenie powierzchni i mikrostrukturyzacja w aplikacjach w sztuce, inżynierii materiałowej, inżynierii biomedycznej, ale także litograia interferencyjna jest specjalnością grupy badawczej prowadzonej w ostatnich latach przez prof. Jana Marczaka z IOE WAT. Prace badawcze grupy są kontynuowane w następujących kierunkach funkcjonalnego zastosowania wiązki laserowej: uderzeniowe wzmacnianie powierzchni materiałów, ornamentowanie ceramiki i szkła, strukturyzowanie implantów medycznych, badanie adhezji cienkich warstw, strukturyzowanie warstw DLC dla hodowli specjalizowanych mięśni, grawerowanie szkła do celów mikroluidyki, produkcja sit molekularnych i mikro sit z folii metalowych w celu separacji komórek kancerogennych z krwi, itp. Efekty oddziaływania laserowej wiązki dużej mocy z materiałem mogą być oceniane poprzez analizę relokacji powierzchni i map zniekształcenia generowanych przez przewodnictwo termiczne w podłożu. Analizę numeryczną oddziaływania impulsu laserowego wykonano poprzez porównanie par obrazów cyfrowych zamiast bezpośredniej obserwacji wiązki przy pomocy detektora. Metoda jest używana do analizy rozkładu mocy we wiązkach laserowych dużej mocy. Metoda nie wymaga stosowania elementów skaningowych, ani tłumików wiązki padającej na detektor. Mapy relokacji i zniekształceń są otrzymywane poprzez korelację obrazów 3D. Zastosowano szybkie kamery cyfrowe 500 fps, w zestawie laboratoryjnym, do akwizycji obrazów, dostosowane do czasu trwania impulsów laserowych, dynamiki absorpcji energii impulsu laserowego i zjawisk przewodnictwa termicznego. Testy wykonywano na próbkach płaskowników Al i mosiężnych. Testy laboratoryjne porównywano z symulacjami numerycznymi. Analizowano dane w celu uzyskania rozkładu mocy we wiązce laserowej. Prace są prowadzone na Wydziale Mechatroniki PW. Badania głębokiego przetapiania metali i stopów są prowadzone w Centrum Techniki Laserowej, Pśwk. Procesy technologiczne są modelowane i porównywane z wynikami eksperymentu laserowego. Płyty stalowe są przecinane lub przetapiane przy pomocy 6 kW lasera CO2. Model przetapiania bazuje na wielu parametrach procesu technologicznego i obrabianego rodzaju stali, m.in: szerokości izoterm wrzenia i topnienia i ich porównania z szerokością wiązki laserowej. Prowadzi to do dokładniejszego określenia parametrów materiału po ciągłym procesie przetapiania. Charakterystyczne parametry śladów przetapiania brane pod uwagę to: głębokość, szerokość, współczynnik smukłości ciągłego spawu jako funkcja szybkości przetapiania i mocy wiązki laserowej. Celem prac jest automatyzacja i wybór optymalnych parametrów procesu dla konkretnego materiału i oczekiwanych rezultatów przetapiania laserowego, takich jak: energia liniowa która jest stosunkiem mocy lasera do szybkości przetapiania, a także zależności smukłości przetapiania od szybkości procesu. Badane są również procesy spawania laserowego dla różnych rodzajów stopów stalowych, głównie austenitycznych i martenzytycznych, przeznaczonych do pracy w podwyższonych temperaturach ponad 560oC i ciśnieniach bojlera ponad 27 MPa (Pśwk). Konieczne jest uniknięcie zjawisk szkodliwych występujących podczas procesu: puste wnęki, szczeliny spawu, porowatość, przetopy, wycieki, itp. Do spawania laserowego konieczne jest dobre przygotowanie brzegów spawu oraz precyzyjne pozycjonowanie wiązki laserowej. Badane parametry spawu obejmują: strukturę krystalograiczną materiału w regionie spawu, regiony przetworzone termicznie, wytrzymałość spawu, inne defekty spawu. ElEktronika 11/2016 Obróbka laserowa ułatwia technologię wysokoodpornych stopów stali, stopów aluminium, kruchych stopów magnezu i tytanu, nadstopów niklu odpornych termicznie jak Inconel itp. Połączenie kształtowania mechanicznego z kształtowaniem laserowym daje korzystne rezultaty, umożliwia otrzymywanie złożonych kształtów w materiałach trudnych do obróbki. Zakres zmian parametrów technologicznych jest szerszy, mniej wysiłku i energii jest potrzebne do wykonania zadania. Eksperymenty wykonywano na cienkościennych płaskownikach stalowych na Pśwk we współpracy z IPPT PAN. Modelowanie porównywano z wynikami eksperymentalnymi. Selektywna laserowa mikrometalurgia proszków, inaczej technologia SLM jest specjalnością badawczą grupy na Wydziale Mechanicznym PWr. Metoda SLM ma szereg zalet jak małe zużycie materiału, możliwość formowania bardzo złożonych kształtów wytwarzanych części, itp. Przedmiotem dwu-etapowego przetwarzania laserowego, składającego się z przesycania i starzenia, także z chłodzenia, jest super-stop Inconel 718, który jest bardzo wytrzymały na wysokie temperatury. W czasie chłodzenia materiał jest wzmacniany poprzez zmianę swojej mikrostruktury. Szczegółowe zastosowanie tego materiału wymaga indywidualnej obróbki termicznej, strukturyzowania wewnętrznej mikro segregacji i dezorientacji sub-ziaren, w celu otrzymania optymalnych parametrów mechanicznych. Ten sam zespół z PWr przeprowadził szereg eksperymentów w zakresie mikro-metalurgii laserowej, jak modyikacja materiału, poszukiwanie roli atomów międzywęzłowych w stopach, stosowanie mieszanin proszków w celu produkcji addytywnej itp. Tytan modyikowano przez dodatek renu w metodzie spawania proszkowego. Badano stopy TiAlNb i TiAlV o sferycznych i równomiernie rozłożonych ziarnach. Testowano topienie laserowe na proszkach z nieregularnymi ziarnami. Niewielki dodatek renu korzystnie zmienia właściwości tytanu, poprawiając właściwości mechaniczne i termiczne. Badano orientację ziaren w stali 316L w zależności od strategii skanowania wiązką laserową. Wiele plakatów dotyczyło badania właściwości mechanicznych spawów i lutów laserowych. Analizowano przyczyny zniszczeń spawów laserowych. Zastosowano lasery półprzewodnikowe dużej mocy do lutowania. Celem badań w wielu przypadkach było określenie wpływu laserowego spawania bez dodatkowych materiałów, włączając w to stal rolowaną. Prace te wykonywane są głównie przez następujące instytucje: Instytut Spawalnictwa w Gliwicach, oraz Pś ze swoim Wydziałem Spawalnictwa, także Centrum Laserowe Pśwk. Stopy kompozytowe z węglikiem wolframu i stopami kobaltu nakładano z proszków na metalowe podłoża, stosując lasery półprzewodnikowe, metodami technologii addytywnej. Warstwy tlenkowe modyikowano laserem w uczulanych barwnikami komórkach solarnych typu DSSC. Celem optymalizacji technologicznej była redukcja wewnętrznej rezystancji komórek, a w szczególności złącza TiO2/przewodnik FTO (tlenek cyny domieszkowany luorem), która jest związana z małą powierzchnią między porowatą warstwą półprzewodnika i chropowatą warstwą FTO. Redukcji rezystancji dokonano przez bezpośrednie spawanie laserowe złącza TiO/FTO. Część plakatów dotyczyła także modyikacji laserowej powierzchni materiałów poprzez bezpośrednią interakcję wiązki laserowej lub z użyciem dodatkowych materiałów. Powierzchnię tytanu modyikowano renem (PWr). Powierzchnię różnych materiałów traktowano wiązką laserową w celu optymalizacji nanosekundowych procesów technologicznych (IPPT PAN oraz AM Gdynia). Powierzchnię pirolitycznego węgla modyikowano laserem w celu badania i uzyskania zwiększonej hydrofobii (PWr). Na powierzchni tego materiału indukowano laserowo periodyczne struktury powierzchniowe w celach badawczych adhezji komórek w zastosowaniach medycznych. Odporność powierzchniową ElEktronika 11/2016 elektrod wolframowych, stosowanych do spawania oporowego wielodrutowych przewodników miedzianych, modyikowano stosując proszek miedziany i metodę laserowej produkcji addytywnej (Pł). Ceramiczne pokrycia TiO2 występujące w wielu formach polimoricznych, były modyikowane laserowo promieniowaniem uV (Pśwk) zaś modyikowane struktury były badane metodą spektroskopii Ramana. Jednym z kluczowych czynników laserowego przetwarzania powierzchni jest jej przygotowanie pod względem optymalizacji współczynnika absorpcji. Prace nad technikami przygotowania powierzchni do obróbki laserowej są prowadzone na Pśwk. Zastosowania laserów w medycynie i inżynierii biomedycznej IOE WAT współpracuje z kilkoma szpitalami i uniwersytetami medycznymi nad różnymi aspektami aplikacji techniki laserowej w medycynie. Zespół Centrum Inżynierii Biomedycznej w IOE WAT testuje wybrane procedury diagnostyczne i terapeutyczne w których porównywany jest wpływ promieniowania na tkanki, generowanego przez diody elektroluminescencyjne LED 600–1000 nm oraz lasery półprzewodnikowe. Rozpatrywano typowe zastosowania diagnostyczne i terapeutyczne. Zaprezentowano jakościowe rezultaty dla różnych typów komórek. W szczególności, zastosowano różne źródła światła do badania szybkości proliferacji komórek śródbłonka i wydzielania czynników angiogenicznych. Prace są prowadzone we współpracy z zespołem badawczym terapii laserowej na uMK w Toruniu. Ludzkie pierwotne komórki mesenchymalne hMSC są używane w medycynie regeneracyjnej. Kultury komórkowe są hodowane dla celów klinicznych in vitro, co nie jest bardzo efektywne. Badane są metody stymulacji wzrostu i rozmnażania tych komórek w krótszym czasie. Rozwój komórek wspomagany jest technikami laserowymi. Testowane są różne techniki oświetlenia dla optymalnej hodowli i rozwoju ludzkich komórek pierwotnych w IOE WAT. Pokazano, że promieniowanie z optymalizowanych źródeł LED może stymulować wzrost i rozmnażanie ludzkich komórek hMSC w warunkach in vitro jedynie dla ściśle określonych parametrów energetycznych promieniowania i warunków oświetlenia. Monitorowano metodami laserowymi, w sposób nieinwazyjny, zmiany metaboliczne w kulturach ludzkich komórek hMSC. Zaobserwowano wzrost auto-luorescencji w pasmie 560 nm w tych komórkach pobudzonych światłem 460 nm, co może być zastosowane do monitoringu ich wzrostu. Grupa badawcza z IMP PAN oraz WuM i PGd zaprojektowała i zbudowała kompaktowy, mobilny impulsowy i pracy ciągłej laser dermatologiczny pracujący na długości fali 975 nm wyposażony w światłowodową sondę zabiegową. Laser jest używany w sytuacjach wymagających głębokiej penetracji tkanki. Efekty terapii laserowej z nowo opracowanym źródłem są porównywane z działaniem źródła poprzednio stosowanego w takich przypadkach lasera ho:YAG. Izolację krążących komórek nowotworowych CTC we krwi obwodowej wykonuje się w celach diagnostycznych jednostki chorobowej oraz badania odpowiedzi organizmu na procedury lecznicze. Wytworzone w IOE WAT laserowo sita molekularne są testowane w celu wychwytu poszczególnych rodzajów komórek. Zagadnieniem pomiarowo-badawczym do rozwiązania jest znaczna rzadkość takich komórek występujących pojedynczo w 1 ml krwi, a także brak pojedynczej cechy fenotypowej lub genotypowej umożliwiającej różnicowanie komórek. Wyprodukowano gęste sita o 105 otworach o 10 µm średnicy i testowano na kulkach luorescencyjnych o różnych średnicach umieszczonych w ciekłej zawiesinie. Technologicznym wyzwaniem produkcji takich sit jest ich biokompatybilność, gęstość otworów, jakość powierzchni sita itp. Lasery Nd:YAG generujący czwartą harmoniczną 266 nm oraz laser GaN 375 nm były zastosowane w IOE WAT do badań 9 nad aplikacją metod optycznych w celu charakteryzacji i klasyikacji pyłków różnych roślin. Cel prac jest związany z badaniami nad immunologicznym podłożem alergii, oraz poszukiwaniem tanich i szybkich metod pomiarowych. Sygnatury optyczne pyłków były zapisywane z zastosowaniem różnych metod jak: LIF, rozpraszanie Ramana, oraz absorpcja IR. Widma rozpraszania Ramana były mierzone spektrometrem pracującym w obszarze 400–4000 cm-1. Zbudowano prototypowy system spektroskopii laserowej do wykrywania markerów chorobowych w oddechu człowieka. Ten wymagający projekt był realizowany przez konsorcjum badawcze złożone z grupy badaczy z Wydziału Fizyki uW oraz IOE WAT. Powietrze wydychane przez człowieka zawiera wiele substancji biologicznych. Nadmiar pewnych z tych substancji zwanych biomarkerami może być wykorzystany do nieinwazyjnej, szybkiej i wczesnej diagnozy niektórych chorób. W testowanym zestawie laboratoryjnym detekowano następujące substancje: aceton, amoniak, etan, metan, siarczek karbonylu, tlenek azotu oraz tlenek węgla. Koncentracja biomarkera w próbce wydychanego powietrza jest mierzona na podstawie sygnatur spektralnych. Zastosowano ultra czułe metody optyczne; spektroskopia strat we wnęce optycznej, spektroskopia wieloprzejściowa połączona z modulacją wiązki laserowej. System pomiarowy składa się z modułu detekcji optycznej oraz zamkniętego systemu gazowego dla akwizycji próbek gazu i ich kondycjonowania. Terapia fotochemiczna jest coraz częściej używana wraz z rozwojem przydatnych do tego celu źródeł światła – laserów i diod elektroluminescencyjnych, także źródeł hybrydowych bazujących na laserach. Stosowane metody optyczne są następujące: foto-diagnostyka, terapia fotodynamiczna, foto-uczulanie wewnętrzne bezpośrednie lub z zastosowaniem foto-uczulaczy oraz inne metody działania endogennego energii światła na komórki i struktury sub-komórkowe. IOE WAT specjalizuje się we współpracy z irmami spin-off w celu opracowania i produkcji innowacyjnych źródeł światła oraz ich wprowadzenia do praktyki klinicznej do odpowiednich procedur medycznych. Zbudowano źródła uV-B, uV-A, VIS oraz NIR certyikowane do zastosowań w dermatologii, ginekologii, laryngologii, stomatologii, itp. Ostatnio zastosowano w sprzęcie matryce LED. Badania obejmują także foto-uczulacze jak pochodne poriryny, chloryny, ftalocyjanina, itp. stosowane do terapii foto-dynamicznej, laserowo indukowanej luorescencji w tkance itp. Laserowo wspomagana produkcja addytywna, np. selektywna mikro-metalurgia, jest używana do wytwarzania biomechanicznych struktur funkcjonalnych jak indywidualizowanych implantów o unikalnej geometrii i złożonej architekturze, nie możliwej do łatwego wytworzenia innymi metodami obróbki mechanicznej. Cechy projektowe implantów są następujące: właściwości chemiczne, biologiczne i mechaniczne oraz dopasowanie tych cech do rzeczywistego miejsca aplikacji. Porowata struktura niektórych implantów ułatwia penetrację i rozwój nowych tkanek oraz wzrost osteoblastów. Badania nad stopami TiAlNb na porowate implanty są prowadzone na PWr. Skonstruowano wielospektralny skaner laserowy w IOE WAT i zastosowano go w praktycznym systemie do monitoringu i zabezpieczenia środowiska naturalnego. Źródło światła składa się z trzech diod LED 850, 905 i 1550 nm. Wiązka światła jest skanowana po badanym obszarze. Generowane są cyfrowe mapy terenu przez urządzanie i prezentowane dla użytkownika w postaci graicznego interfejsu operatora. urządzenie umożliwia zdalne pomiary wilgotności i stanu gleby, wegetacji roślin, charakterystyk roślin, chorób roślin, itp. Kilka plakatów pokazało znaczną różnorodność zastosowań laserów w medycynie i inżynierii biomedycznej. Zastosowano promieniowanie laserowe do ablacji tkanki w połączeniu z technikami ultradźwiękowymi do modyikacji tkanki. W IOE WAT skonstruowa- 10 no laserowy detektor o pracy ciągłej do zdalnych pomiarów aerozoli biologicznych, stosując metodę LIF. urządzenie jest aktywnie wykorzystywane do sprawdzania mikrobiologicznej czystości powietrza. Zastosowanie laserów w systemach bezpieczeństwa i obrony W IOE WAT badane są nowe systemy obrony i broni stosujące energię wiązki skierowanej. Generacje systemów zależą od ich parametrów operacyjnych jak: ogólne charakterystyki i cele zastosowania, zasada działania, promieniowana moc, zakres spektralny, efektywność i warunki działania, pytanie oślepić czy zniszczyć?, rodzaj platformy nośnej, rodzaj efektora, współpraca z innymi systemami obrony i teledetekcji lub detekcji hiperspektralnej, utrzymanie, koszty, podatność na modernizację i wiele innych. Broń z wiązką energii skierowanej posiada wiele zalet ale także ma szereg ograniczeń. Wielkie systemy laserowej broni skierowanej wymagają dużych platform nośnych i są bardzo drogie. Prace badawcze są prowadzone w kierunku opracowania systemów inteligentnych, automatycznych, autonomicznych, połączonych z uniwersalnymi detektorami, wizją maszynową, z wykorzystaniem technik fuzji czujników, itp. Impulsowe lasery półprzewodnikowe wykorzystano w IOE WAT do konstrukcji systemu transmisji danych w trudnych warunkach środowiskowych. Zasięg systemu i szybkość transmisji danych są modelowane i oceniane w eksperymentach w rzeczywistych warunkach pracy, złej pogody, różnego rodzaju zadymienia, utrudnień terenowych, itp. Transmitowano głos i dane oraz mierzono jakość transmisji. Oceniano teoretycznie i praktycznie zalety transmisji danych z wykorzystaniem modulacji położenia impulsu. Skonstruowano dwukierunkowy system transmisji danych w otwartej przestrzeni z zastosowaniem impulsowych laserów półprzewodnikowych. System stosuje bierną modulację promieniowania odbitego wstecznie od oświetlonego obiektu wykorzystywaną do zwrotnego przekazania krótkich porcji danych. Zastosowano modulację pozycji impulsu w nadajniku laserowym, wyposażonym dodatkowo w odbiornik promieniowania odbitego wstecz. Sygnał odbity wstecz zawiera zakodowane sygnatury identyikacyjne. Zastosowania cywilne obejmują monitoring, telemetrię obiektów nie wyposażonych w źródła promieniowania. Systemy obrony wyposażają dalmierze laserowe w dodatkowy system zapytań i identyikacji. Monitoring bezpieczeństwa ruchu drogowego obejmuje: laserowy pomiar prędkości albo przy pomocy urządzeń mobilnych wykorzystywanych przez policję albo mobilne lub stacjonarne urządzenia połączone z architekturą drogi. Monitoring bezpieczeństwa może także stosować znacznie bardziej skomplikowane systemy laserowe, jak zdalna detekcja par alkoholu wewnątrz kabin poruszających się pojazdów. W powszechnie używanej welocymetrii laserowej stosuje się pomiar przesunięcia częstotliwości Dopplera, lub czasu na pokonanie jednostki odległości przez obserwowany pojazd. Pomiar może także bazować na odległości pokonanej przez pojazd w ustalonej jednostce czasu. Taka metoda została zaimplementowana w przenośnym urządzeniu pomiarowym z wykorzystaniem źródła laserowego niskoemisyjnego i bezpiecznego dla oka. Wymagania na prędkościomierz laserowy były: pomiar prędkości z niepewnością mniejszą niż 1 km/h, czas pomiaru 300 ms, oraz pomiar odległości z niepewnością mniejszą niż 6 cm. Zwiększenie zakresu pomiarowego i stosunku sygnału do szumu wymaga cyfrowej rejestracji odbitego sygnału, z wykorzystaniem charakterystycznych sygnatur echa. Zdalna detekcja par alkoholu wymaga re-skalowania wyniku pomiaru z uwzględnieniem charakterystyk spektralnych okien danego typu pojazdu. Pomiar bazuje na charakterystycznych sygnaturach par alkoholu w obszarze spektralnym 2,5–4,5 µm. Sygnatury są zapisane w sygnale odbitym wstecz. Zastosowano lasery kwantowe kaskadowe MIR w budowie opisanych zestawów labo- ElEktronika 11/2016 ratoryjnych. Szeroko zakrojone prace nad urządzeniami laserowymi do monitoringu bezpieczeństwa ruchu drogowego są prowadzone w IOE WAT. Kilka plakatów było poświęconych badaniom oddziaływaniem promieniowania laserów dużej mocy z materią. Stosując laser Nd:YAG o czasach trwania impulsu generacji swobodnej ~1 ms i energii 10 J naświetlano tarcze Al, Cu, mosiężne i Ti. Mierzono ubytek masy tarczy po oddziaływaniu promieniowania laserowego. Mierzono spektra emisyjne generowanej plazmy stosując metodę LIBS (spektroskopia laserowo indukowanego przebicia), przy pomocy spektrometru w obszarze uV i VIS. Budowana jest baza danych relektancji dla różnych materiałów dla celów budowy uniwersalnego skanera lotniczego. Pomiary optyczne i laserowe, interferometria, spektroskopia Interferometria jest powszechnie używana w celu określenia jakości powierzchni w elementach optycznych stosowanych do kształtowania wiązek laserów dużej mocy. Interferometr dyfrakcyjny został skonstruowany przez zespół z Wydziału Mechatroniki PW. urządzenie pozwala na precyzyjny pomiar komponentów sferycznych o dużych średnicach i aperturach numerycznych do NA = 0,55 bez potrzeby posiadania odniesienia interferometrycznego. Obraz interferometryczny jest przedmiotem przetwarzania i analizy, prowadzącej do odtworzenia fazy. Metoda bazuje na empirycznej dekompozycji modów umożliwiającej poprawę jakości interferogramu i separację różnych parametrów mierzonej powierzchni. Inne rozwiązanie alternatywne do pomiarów interferometrycznych bazuje na pomiarze frontu falowego metodą Shacka-hartmanna. Takie rozwiązanie zastosowano do badania wpływu wiązki lasera wysokiej energii na kształt testowanych elementów optycznych. Zasugerowano również zastosowanie do takich pomiarów interferometru z poprzecznie rozdzielonym frontem falowym. Na PWr we współpracy z irmą Lasertex skonstruowano wieloosiowy interferometr laserowy do pomiarów geometrii maszyn. Trzy prostopadłe osie są mierzone wykorzystując pojedynczą adjustację źródła laserowego. Pozycjonowanie osi i prostopadłość jest mierzona diagonalnie bez potrzeby dodatkowej adjustacji dla indywidualnych osi. Przełączenie osi pomiarowej jest wykonywane przy pomocy generatora kierunku osi, który jest jednocześnie pomiarowym układem optycznym interferometru. Zastosowano nowe rozwiązanie przełączników ciekłokrystalicznych wyprodukowanych na IFT WAT. Parametry system pomiarowego są następujące: dokładność kierunku 10 sekund, stabilność kierunku 2 sekundy, stabilność temperaturowa wymiarów geometrycznych 0,1 µm/oC, straty odbiciowe w przełączniku ciekłokrystalicznym 0,5%. Precyzyjne metody absorpcyjnej i dyspersyjnej spektroskopii laserowej są stosowane w licznych zadaniach metrologicznych rozciągających się od badań podstawowych, detekcji gazu i par, identyikacji molekularnej, monitoringu atmosfery, termometrii dopplerowskiej, pomiarów częstotliwości, intensywności i kształtów linii spektralnych itp. W przypadku bardzo małych sygnałów, metody spektroskopii laserowej są wzmacniane przez zastosowanie wnęki optycznej o znacznej dobroci i wąskim pasmie. Dostępnych jest wiele opcji takiej metody rezonansowego wzmacniania czułości, o różnych charakterystykach metrologicznych, jak: spektroskopia CRDS (Cavity Ring Down), stabilizowana częstotliwościowo metoda CRDS, spektroskopia CMWS (Cavity- Mode Width), 1D-CMDS jedno wymiarowa (Cavity Mode Dispersion), i in. Prace nad precyzyjną spektroskopią laserową wzmocnioną wnęką optyczną są rozwijane na uMK w Toruniu. Nowe metody spektroskopii wzmocnionej wnęką są szczególnie przydatne do pomiarów gdzie wymagane są znaczne dokładności przy b. słabej absorpcji. Bezpośrednie porównanie różnych metod absorpcyjnych i dyspersyjnych pozwala na identyikację potencjalnych efektów aparaturowych w budowanych laserowych systemach spektroskopowych. ElEktronika 11/2016 ultra-precyzyjna spektroskopia laserowa jest fundamentem budowy szeregu systemów detekcyjnych o znacznej selektywności i czułości. Wchodzą w to pomiary na poziomie ppt bio-markerów, potencjalnych molekularnych, chemicznych i biochemicznych zanieczyszczeń powietrza, par materiałów wybuchowych, itp. Prace nad takimi systemami są prowadzone w IOE WAT we współpracy z Wydziałem Fizyki uW. Spektroskopia laserowa wzmocniona wnęką optyczną została wdrożona do precyzyjnych celów metrologicznych. Metoda polega na dopasowaniu linii absorpcyjnej źródła do linii absorpcyjnej badanej substancji we wnęce optycznej o optymalizowanej do danego pomiaru konstrukcji. W innych rozwiązaniach mierzone jest przesunięcie fazy pomiędzy wejściem optycznym oraz wyjściem z wnęki optycznej. Zaprojektowano oprogramowanie do analizy i porównań charakterystycznych własnych sygnatur spektralnych nieznanych substancji. Analiza bierze pod uwagę wpływ innych licznych substancji zaburzających pomiar substancji poszukiwanej. Baza danych substancji jest importowana z systemu hIRTRAN. układ przetwarzania danych w zbudowanym systemie pomiarowym mierzy zanik sygnału we wnęce optycznej. Na PWr projektowane, konstruowane i testowane są urządzenia fotoniczne do spektroskopii wielofononowej z zastosowaniem czujników światłowodowych. urządzenia te przeznaczone są do pracy w zakresie spektralnym MIR z krótkimi impulsami optycznymi. Inna grupa czujników pracuje w zakresie widzialnym i uV wykorzystując sub-pikosekundowe sygnały optyczne. System mierzy intensywność oraz czas życia luorescencji. Do transmisji impulsów femtosekundowych w systemie zastosowano światłowody fotoniczne o niskiej dyspersji i niskim tłumieniu. Celem pracy jest budowa systemu z wielomodowymi czujnikami światłowodowymi do badania intensywności i zaniku luorescencji z użyciem impulsów piko i femtosekundowych. Kwantowe lasery kaskadowe (QCL), promieniujące w zakresie spektralnym średniej podczerwieni MIR 3–8 µm, zostały zastosowane do budowy czułych spektrometrów laserowych współpracujących z wieloprzejściową komórką gazową. Przykładowym wypełnieniem komórki do testów był metan, dla którego uzyskano limit detekcyjności 1,4 ppb. Zaletą zastosowania spektrum MIR zamiast NIR jest fakt, że linie absorpcyjne rotacyjno-wibracyjne badanych gazów i par są silniejsze o rząd wielkości. Silniejszy sygnał oznacza technicznie możliwość miniaturyzacji sensora, mniejsze zużycie mocy, mniejszy koszt, stosowalność w przemyśle, monitoringu środowiska i w diagnostyce medycznej. Zastosowano bezpośrednią metodę pomiaru w czujniku z przestrajaniem lasera sygnałem piłokształtnym. W ten sposób, sygnał w detektorze odzwierciedla kształt piku absorpcyjnego. Wzrost czułości i rozdzielczości pomiaru otrzymano stosując algorytm uśredniający sygnał z detektora (PWr). Źródła QCL zostały zastosowane do budowy systemów pomiarowych do detekcji śladowych zanieczyszczeń atmosfery (IOE WAT). Inne rozwiązania systemów pomiarowych emisyjno -absorpcyjnych zastosowano do teledetekcji gazów i par, włączając w to gazy o podwyższonej temperaturze jak gazy wydechowe pojazdów, kominów, urządzeń przemysłowych, itp. Metoda pomiaru polegała na wypełnieniu apertury optycznej poszukiwanym zanieczyszczeniem i porównywaniu z pomiarem bez wypełnienia. Czujniki optoelektroniczne do detekcji pary wodnej są badane przez zespół z Instytutu Fizyki Doświadczalnej i Instytutu Geoizyki uW oraz uniwersytet humboldta w Berlinie. Czujniki są przeznaczone do pracy na pokładzie samolotu w celu monitoringu środowiska naturalnego. Zastosowanie lotnicze nakłada wymagające warunki techniczne, takie jak: szybki odczyt, szybszy niż 10 ms, oraz szeroki zakres pomiarów. Na mniejszych wysokościach stosowany jest laserowy miernik absorpcji dopasowany dokładnie do maksimum linii absorpcji wody 1364,67 nm, o limicie detekcji 1015 cm-3. Komórka odniesienia z parą wodną jest 11 stosowana w celu stabilizacji częstotliwości lasera z modulacją amplitudową. Dla większych wysokości, stosowany jest miernik wilgotności o znacznej czułości, także pracujący w okolicy 1300 nm, bazujący na laserowej spektroskopii strat wzmocnionej wnęką optyczną. Limit detekcyjności wynosi 1012 cm-3. IOE WAT posiada laserowe laboratorium badawcze, oicjalnie akredytowane przez Polskie Centrum Akredytacji, spełniające następujące standardy metrologiczne: PN-EN ISO/IEC 17025:2005. Akredytacja zawiera standaryzowane pomiary mocy i energii promieniowania laserowego. Niepewność pomiaru jest rygorystycznie szacowana włączając wszystkie adekwatne czynniki takie jak: warunki środowiskowe, transmisja światła przez układ pomiarowy, współczynnik odbicia, oraz sam proces pomiaru mocy i/lub energii. Wszystkie niepewności posiadają dwa składniki – standardową i zależną od poszczególnego zestawu pomiarowego. [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Sympozjum Techniki Laserowej 2019 [14] Krajowe środowisko techniki laserowej obejmujące badania, rozwój, innowacyjny rynek komercyjny i związane z nimi obszary rozwija się ciągle bardzo dynamicznie. Sympozjum STL 2016 podsumowało bieżący rozwój tego dynamicznego środowiska w kraju. Następne Sympozjum STL2019 jest wstępnie proponowane na rok 2019 w Jastarni, z IOE WAT jako głównym organizatorem. Serdecznie zapraszamy ! [15] [16] [17] [18] Literatura [1] XI Sympozjum Techniki Laserowej STL 2016: http://www. STL 2016.wat.edu.pl/ [2] X Sympozjum Techniki Laserowej STL2012 : http://stl.zut.edu.pl/ [3] IX Sympozjum Techniki Laserowej STL2009 : http://www.we.zut. edu.pl/wydarzenia/9-sympozjum-techniki-laserowej/144181/9sympozjum-techniki-laserowej/ [4] VIII Sympozjum Techniki Laserowej STL2006 : http://www.stl8.ps.pl/ [5] VII Sympozjum Techniki Laserowej STL2002 : http://m.biblos. pk.edu.pl/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=124 Szanowni Autorzy, zgodnie z zaleceniem Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego przedstawiamy procedurę przeciwdziałania przypadkom ghostwriting i guest authorship. Deinicje – ghostwriting – przypadek, gdy ktoś wniósł istotny wkład w powstanie publikacji, bez ujawnienia swojego udziału jako jeden z autorów lub bez wymienienia jego roli w podziękowaniach zamieszczonych w publikacji, – guest authorship (honorary authorship) – przypadek, gdy udział autora jest znikomy lub w ogóle nie miał miejsca, a pomimo to jest autorem/współautorem publikacji. Działania mające na celu przeciwdziałanie powyższym przypadkom (zgodnie z zaleceniami Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego) są następujące: ● Redakcja wymaga od autorów publikacji ujawnienia wkładu poszczególnych autorów w powstanie publikacji (z podaniem ich ailiacji oraz kontrybucji, tj. informacji kto jest autorem koncepcji, założeń, metod, protokołu itp. wykorzystywanych przy przygotowaniu publikacji), przy czym główną odpowiedzialność ponosi autor zgłaszający manuskrypt. ● Redakcja wyjaśnia w „Informacji dla autorów”, że ghostwriting i guest authorship są przejawem nierzetelności naukowej, a wszelkie wykryte przypadki będą demaskowane, włącznie z powiadomieniem odpowiednich podmiotów (instytucje zatrudniające autorów, towarzystwa naukowe, stowarzyszenia edytorów naukowych itp.). ● Redakcja wymaga informacji o źródłach inansowania publikacji, wkładzie instytucji naukowo-badawczych, stowarzyszeń i innych podmiotów (inancial disclosure). ● Redakcja dokumentuje wszelkie przejawy nierzetelności naukowej, zwłaszcza łamania i naruszania zasad etyki obowiązujących w nauce. *** W związku ze zmianami dotyczącymi oceny parametrycznej czasopism, Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego wprowadziło następujące kryteria oceny publikacji: [19] [20] [21] VI Sympozjum Techniki Laserowej STL1999: https://w.bibliotece.pl/43036/VI+Sympozjum+Techniki+Laserowej+Szc zecin-%C5%9Awinouj%C5%9Bcie+27+wrze%C5%9Bnia++1+pa%C5%BAdziernika+1999+r V Sympozjum Techniki Laserowej SLT1996: https://w.bibliotece.pl/119059/V+Sympozjum+Techniki+Laserowej+Szczecin%C5%9Awinouj%C5%9Bcie+23-27+wrze%C5%9Bnia+1996 IV Sympozjum Techniki Laserowej STL1993 : https://w.bibliotece.pl/121882/IV+Sympozjum+Techniki+Laserowej+Szczecin+ %C5%9Awinouj%C5%9Bcie+26-30+wrze%C5%9Bnia+1993 Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna (IOE WAT): http://www.ioe.wat.edu.pl/ Politechnika Warszawska (WuT): https://www.pw.edu.pl/engpw uniwersytet Warszawski, (uW): https://www.uw.edu.pl Politechnika Wrocławska (PWr): http://www.pwr.edu.pl R.S.Romaniuk, J.Gajda, (2013) Laser Technology 2012, Proc.SPIE 8698, art.no.86980P, January 2013, doi: 10.1117/12.2019118 SPIE Proceedings of SLT2012, Progress in Lasers: http://proceedings.spiedigitallibrary.org/volume.aspx?volumeid=15618 SPIE Proceedings of SLT2012, Applications of Lasers: http://proceedings.spiedigitallibrary.org/volume.aspx?volumeid=15620 W.L.Woliński, Z. Jankiewicz, R.S. Romaniuk (edit), (2006) Laser Technology VIII: Application of Lasers, Proc.SPIE 6598, doi: 10.1117/12.728734 (SLT2006) W.L. Woliński, Z. Jankiewicz, R.S. Romaniuk (edit), Laser Technology VIII: Progress in Lasers, Proc.SPIE 6599, doi: 10.1117/12.728663 (SLT2006) Laser Technology VII:Applications of Lasers, Proc. SPIE 5229; (2002) http://proceedings.spiedigitallibrary.org/volume. aspx?volumeid=2276 Laser Technology VII: Progress in Lasers, Proc. SPIE 5230; http://proceedings.spiedigitallibrary.org/mobile/volume.aspx?con ferenceid=2713&volumeid=2277 W.L. Woliński, B.K. Wołczak, R.S. Romaniuk, (edit), (1987) Laser Technology II, Proc.SPIE 0859; http://proceedings.spiedigitallibrary.org/volume.aspx?conferenceid=574&volumeid=14293 W.L.Woliński, Development of laser technology in Poland, Proc. SPIE 0859, doi: 10.1117/12.943330 1. Oryginalność – czy artykuł zawiera nowości w zakresie prezentowanej tematyki? – czy wnosi wkład w stan wiedzy? – czy odpowiada poziomowi merytorycznemu czasopisma? – czy opisywane zagadnienia są istotne dla rozwoju nauki lub zastosowań praktycznych? 2. Układ – czy artykuł prezentuje logiczny układ treści i jasność wywodu? a) Tytuł: czy odpowiada treści artykułu? b) Streszczenie: czy odzwierciedla treść artykułu? c) Wprowadzenie: czy opisuje co autor zamierzał osiągnąć i jasno przedstawia zagadnienia poruszane w artykule? (zwykle wprowadzenie powinno zawierać przegląd literatury dotyczącej danego tematu, opis eksperymentu, hipotezy, ogólny plan eksperymentu lub stosowanych metod), d) Metody badań: czy autor dokładnie wyjaśnia w jaki sposób otrzymał wyniki? Czy metody badań są odpowiednio dobrane?, jeśli metody są nowe, to czy są dokładnie opisane?, czy autor wystarczająco dokładnie opisał sposób wykonywania badań/pomiarów? e) Wyniki: czy autor w logiczny i jasny sposób wyjaśnia co stwierdził w wyniku przeprowadzonych badań?, czy dokonał prawidłowej analizy wyników? f) Podsumowanie/Wnioski: czy zamieszczone stwierdzenia/ wnioski są poparte wynikami badań?, czy autor wykazał jak wyniki odnoszą się do oczekiwań i wcześniejszych badań?, czy wyniki badań potwierdzają czy zaprzeczają wcześniejszym teoriom? g) Rysunki i tabele: czy zamieszczone rysunki i tabele jasno ilustrują wyniki badań i czy są zrozumiałe dla czytelnika?, czy są istotne dla zilustrowania treści artykułu? 3. Wcześniejsze badania – jeśli artykuł zawiera wcześniejsze wyniki badań, to czy zamieszczono odpowiednie odnośniki literaturowe? 4. Zagadnienia etyczne – Plagiat: czy artykuł nie jest kopią innej pracy?