Ocena rozprawy doktorskiej mgra inż. Adriana

dr hab. inż. Ryszard Korbutowicz
Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki
Politechniki Wrocławskiej
Wybrzeże Wyspiańskiego 27
50-370 Wrocław
Wrocław, dn. 7.09.2015 r.
Ocena
rozprawy doktorskiej mgra inż. Adriana Zakrzewskiego zatytułowanej:
„Czujniki optyczne na bazie kryształów fotonicznych – projektowanie,
analiza i wytwarzanie”
Rozprawę doktorską mgr inż. Adrian Zakrzewski wykonał pod kierunkiem dra hab. inż.
Sergiusza Pateli, prof. PWr, w Wydziałowym Zakładzie Mikrosystemów i Fotoniki Wydziału
Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej m.in. w dzięki wsparciu ze
strony projektu „Międzyuczelniane Centrum Dydaktyczno-Technologiczne „Technopolis” we
Wrocławiu”.
Praca liczy 172 strony i składa się z siedmiu rozdziałów merytorycznych, a także Wstępu,
Podsumowania, Bibliografii, spisu dorobku naukowego oraz spisu skrótów, rysunków i tabel.
Samych rysunków jest 116, zaś tabel 11. Spis literatury zawiera 138 pozycji, w tym pięć publikacji, których współautorem jest doktorant.
Przedstawiona rozprawa doktorska dotyczy problemu możliwości zastosowania kryształów
fotonicznych w konstrukcjach optycznych czujników gazów. Czujniki gazów są, od lat, projektowane, konstruowane, wytwarzane, badane itp. itd. Samo to stwierdzenie oznacza, że rynek ciągle potrzebuje nowych konstrukcji, o coraz lepszych parametrach użytkowych, takich,
które nie ulegają zatruciu, mogą pracować w sposób ciągły. Autor pokazuje, że takie czujniki
mogą dobrze działać dzięki zastosowaniu kryształów fotonicznych.
We wstępie dysertacji autor przedstawia znaczenie tematyki podjętych badań, po krótce
omawia czym są kryształy fotoniczne, a także podaje tezę swojej pracy:
Możliwe jest wykorzystanie zjawiska „slow light” występującego w odpowiednio zaprojektowanych strukturach kryształu fotonicznego do budowy spektroskopowego czujnika gazu charakteryzującego się dobrymi parametrami użytkowymi.
Szczegółowego opisu zawartości poszczególnych rozdziałów przedstawiać nie będę, bo
uczynił to doktorant na stronach 18 i 19 swojej pracy. Ograniczę się tylko do podania, że rozdział drugi szczegółowo omawia historię, właściwości i możliwości zastosowań kryształów
fotonicznych, trzeci zawiera opis metod i narzędzi wykorzystywanych przy analizie numerycznej, a od czwartego do ósmego można się zapoznać się z wynikami prac autora, teoretycznymi oraz praktycznymi, a są to analizy numeryczne kryształów i kwazikryształów fotonicznych (czwarty); wprowadzanie światła do kryształu fotonicznego, tapery i sprzęgacze,
analizy numeryczne i wykonanie (piąty); koncepcja spektroskopowego czujnika gazów z wykorzystaniem kryształu fotonicznego (siódmy); zestawienia stanowiska pomiarowego, pomiary kontrolne, charakteryzacja kryształów jako takich i jako czujników temperatury i czujników gazu (ósmy). Przy okazji okazało się, że kryształy te można z powodzeniem wykorzystywać jako czujniki temperatury.
Mgr inż. Adrian Zakrzewski po dość szczegółowej analizie konfiguracji 2D kryształów
fotonicznych przeszedł do opisu modelowania numerycznego w celu otrzymania konkretnych
wartości parametrów geometrycznych, a przede wszystkim rodzaju defektu liniowego
w krysztale (usunięcie otworów, otwory z innym promieniem niż pozostałe czy w postaci
kanału powietrznego), aby osiągnąć możliwie dużą efektywność kryształu jako czujnika gazu.
Podstawowy problem przy analizach szczegółowych stanowił brak mocy obliczeniowej Wrocławskiego Centrum Sieciowo-Superkomputerowego WCSS. Dlatego też doktorant zaproponował, aby element aktywny czujnika gazów stanowił kryształ, którego parametry określił za
pomocą analiz podstawowych.
Krok kolejny to wprowadzanie światła do struktury kryształu. Tu należy pamiętać o rozmiarach światłowodów jednomodowych (średnica rdzenia ok. 10 µm) oraz grubości warstwy,
w której wytworzono kryształ fotoniczny (218 nm). Doktorant zdecydował się na zastosowanie tapera światłowodowego (do wyboru były jeszcze tapery falowodowe, falowodowe sprzęgacze siatkowe oraz odwrócony taper falowodowy). Tapery dostępne handlowo są dość drogie. Zdecydował się więc na wykonanie takich taperów samodzielnie z pomocą spawarki
światłowodów (z łukiem elektrycznym). Zmieniając parametry procesu (natężenie prądu oraz
czas) otrzymał cały szereg taperów, z których wybrał jeden dość dobrze zbliżony do planowanego. Pomiary taperów fabrycznych (kupionych) oraz wykonanego w laboratorium pokazały, że parametry wykonanego tapera mieszczą się w zakresie tolerancji kupnych taperów.
W sumie szkoda, że nie skorzystał z własnego tapera przy pomiarach stężeń gazów i wpływu
temperatury.
Autor dysertacji, po analizie dostępnych w literaturze rozwiązań, zaproponował własną
koncepcję czujnika gazu (acetylenu). Niestety, okazało się, że przy projekcie AutoCADowym maski dla elektronolitografii błędnie wpisano rozmiary geometryczne kryształu fotonicznego: wszędzie tam, gdzie powinien być pierwiastek z 3, wpisano wartość 2, co dało ok.
2
13% różnice w szerokościach. Doktorant ponownie przeanalizował tym razem rzeczywistą
strukturę kryształu i stwierdził, że istniejące różnice nie uniemożliwią sprawdzenia koncepcji
detekcji acetylenu z użyciem kryształu fotonicznego.
Przy okazji sprawdzania wpływu temperatury na parametry kryształu fotonicznego okazało
się, że kryształ taki jest dosyć czuły na zmiany temperatury. Problemem jest jednakże dokładne stwierdzenie jaką temperaturę ma sam kryształ, bo jego rozmiary są mikrometrowe.
Dalszego opracowania wymaga sama komórka pomiarowa – woreczek strunowy według
recenzenta jednak nie jest właściwym rozwiązaniem. Tu należałoby zastosować hermetyczną
komorę z możliwością płukania jej np. suchym powietrzem lub azotem, z ewentualnym odpompowaniem gazów z wnętrza komory. Docelowo stosowanie kamery jako detektora światła jednak chyba nie jest dobrym rozwiązaniem, skoro ma to być czujnik w miarę tani. No
i należałoby się zastanowić nad odpowiednim źródłem światła, bo na przestrajalny laser to nie
każdego stać.
Reasumując:
Doktorant wykazał, że struktura odpowiednio dobranego i zaprojektowanego kryształu
fotonicznego umożliwia wykorzystanie zjawiska slow light w detekcji gazów.
Pytania i uwagi merytoryczne
1. Kolizje elastyczne lub nieelastyczne nie istnieją – są sprężyste lub niesprężyste (str. 39
i 40).
2. Czas naświetlania wiązką elektronów – lepiej czas ekspozycji (str. 40).
3. Co to jest „przewodność magnetyczna właściwa” i dlaczego oznaczona została przez 
(str. 48)? Według słownika Drewnowskiego jest to synonim „przenikalności”.
4. Doktorant przyjął (str. 63) zakres zmian szerokości liniowego defektu WPhC od 0,8 do 1,35
3 a, dlaczego akurat tak? I dlaczego przy analizie (str. 77) 2D kryształu z liniowym defektem
przyjął zakres 0,8 do 1,2?
5. Pod koniec rozdziału 4. (po analizie numerycznej struktur) należałoby jednak podać konkretną propozycję kryształu fotonicznego, a nie odsyłać czytelnika do rozdz. 8.5., szczególnie,
że wartości liczbowe parametrów geometrycznych kryształu fotonicznego oraz obrazy uzyskane z SEM zamieszczone są w rozdz. 8.4., a samą strukturę opisano w rozdz. 7.2.
6. Rozdział 6., str. 117 – dwa razy odwołanie do rozdz. 6., hmm?
7. Na rysunku 8.5 ze str. 138 jest pokazana transmisja przez acetylen w woltach i jest tych
woltów aż 100. Proszę o komentarz.
3
Uwagi ogólne językowo-redakcyjno-typograficzne
Praca napisana jest dość starannym językiem, ale…
* Występują nieliczne literówki, troszkę błędów interpunkcyjnych. Gorzej jest z nadużywaniem wyrazu zostać w różnych odmianach i postaciach, a także poprzez, przypadek, poniższy i
powyższy.
* Czasownik skutkować raczej stosujemy, gdy skutek nie jest pozytywny.
* Często pojawiają się anglicyzmy typu niski i wysoki, obniżenie prędkości w sensie mały,
duży, zmniejszenie prędkości.
* Brakuje spisu oznaczeń, co utrudnia lekturę i wprowadza zamieszanie, bo np. R występuje
jako oznaczenie co najmniej 3 lub 4 wielkości fizycznych.
* Rozpoczęcie nowego rozdziału od nowej strony znacznie ułatwia czytanie.
* Tabele mają tytuły, a nie podpisy.
* Rysunki – czarne litery na ciemnym tle są mało widoczne.
* Na wykresach powinny być użyte czcionki trochę większe, np. 9 punktów.
* W spisie literatury, czyli w rozdziale Bibliografia część pozycji ma niepełne dane, np. tylko
pierwszy autor, nie wiadomo czy to jest pozycja książkowa, czy plik na stronie internetowej.
Szczegółowe uwagi redakcyjne i typograficzne przedstawiłem doktorantowi osobiście.
Uwagi powyższe nie zmniejszają mojej wysokiej oceny rozprawy, którą uważam za wartościową i godną wyróżnienia.
Stwierdzam, że rozprawa mgra inż. Adriana Zakrzewskiego spełnia wymagania stawiane rozprawom doktorskim i wnoszę do Rady Wydziału o dopuszczenie doktoranta do publicznej
obrony pracy doktorskiej.
Ryszard Korbutowicz
4