Książka Abstraktów STL 2016 - Sympozjum Techniki Laserowej

Transkrypt

ORGANIZATORZY:
Główny organizator
XI SYMPOZJUM
TECHNIKI LASEROWEJ
STL 2016
Współorganizatorzy:
Książka
abstraktów
Instytut Optoelektroniki
Wojskowa Akademia Techniczna
Redakcja: prof. dr hab. inż.
Jan K. Jabczyński
mgr Ewa Jankiewicz
DTP: Tomasz Wajnkaim
Druk: DRUKARNIA GRAFFITI
DOFINANSOWANIE:
ul. Kolejowa 13,
05-092 Łomianki
www.drukarnia-graffiti.pl
XI Sympozjum Techniki Laserowej dofinansowane
w ramach umowy 846/P-DUN/2016 ze środków
Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego
przeznaczonych na działalność upowszechniającą
naukę.
WSTĘP
Wstęp
Sympozjum Techniki Laserowej jest cykliczną konferencją naukową organizowaną od 1984 r. Pierwsze sympozjum
zorganizowane przez Uniwersytet Mikołaja Kopernika odbyło się w Toruniu. Kolejne sympozja zorganizował Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny (wcześniej Politechnika Szczecińska) w Szczecinie (1987), a od 1990
roku w Świnoujściu. Organizację XI Sympozjum Techniki Laserowej w 2016 r. powierzono Instytutowi Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej – uczelni, w której w 1963 r. uruchomiono pierwsze w kraju lasery. Współorganizatorami XI STL są Politechnika Warszawska, Politechnika Wrocławska i Uniwersytet Warszawski. Głównym
celem STL jest wymiana informacji i upowszechnianie wiedzy naukowo-technicznej z obszarów techniki laserowej
i optoelektroniki. W sympozjum biorą udział przedstawiciele czołowych ośrodków akademickich, instytutów badawczych oraz szerokie grono wytwórców i użytkowników techniki laserowej.
Przewodniczącym Komitetu Naukowego XI Sympozjum Techniki Laserowej został prof. dr hab. inż. Zygmunt
Mierczyk WAT, wspomagany przez trzech wice-przewodniczących, profesorów: Krzysztofa Abramskiego PWr;
Michała Malinowskiego PW oraz Czesława Radzewicza UW. Komitet Honorowy XI STL tworzyło kilkunastu
profesorów, w tym znakomici nestorzy techniki laserowej w Polsce, profesorowie: Z. Puzewicz, W. Woliński, Z.
Jankiewicz i inni.
XI Sympozjum STL 2016 podsumowuje osiągnięcia badawcze i techniczne w kraju w latach 2013-2016. Główne
kierunki rozwojowe obejmują następujące obszary: kwantowe lasery kaskadowe, lasery światłowodowe, 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. Tematyka STL jest tradycyjnie podzielona na
dwa obszary – rozwój oraz zastosowania laserów. Obszary te 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.
• Zastosowania Techniki Laserowej: techniki pomiarowe, metrologia, zastosowania badawcze i militarne,
monitoring i ochrona środowiska naturalnego, teledetekcja substancji śladowych, medycyna i inżynieria
biomedyczna, przemysł, obróbka materiałów oraz inżynieria materiałowa.
XI Sympozjum Techniki Laserowej jest dofinansowane w ramach umowy 846/P-DUN/2016 ze środków Ministra
Nauki i Szkolnictwa Wyższego przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę.
Dyrektor Instytutu Optoelektroniki
Wojskowej Akademii Technicznej
płk dr inż. Krzysztof Kopczyński
HARMONOGRAM
Harmonogram referatów STL 2016 – wtorek, 27.09.2016
nr
RW1-1
wtorek
lista autorów
9.15 - 10.00
Z. Jankiewicz,
W. Woliński
tytuł
Meandry Techniki Laserowej
Możliwości naukowe i wyzwania
dla badań czasowo-rozdzielczych
z wykorzystaniem rentgenowskich
laserów na swobodnych elektronach
Pompowane koherentnie lasery
holmowe
Całkowicie światłowodowe
femtosekundowe oscylatory laserowe
z dużą energią impulsu
Harmonogram referatów STL 2016 – środa, 28.09.2016
afiliacje
WAT
RW1-2
10.00 - 10.45
W. Gawełda
RW1-3
10.45 - 11.05
J. Kwiatkowski
RW2-1
11.45 - 12.30
Y. Stepanenko
RW2-2
12.30 - 12.50
M. Nejbauer,
Y. Stepanenko,
J. Szczepanek,
C. Radzewicz
Wzmacniacz światłowodowy impulsów
femtosekundowych o wysokiej mocy
średniej
RW2-3
12.50 - 13.10
G. Soboń, J. Sotor,
K. M. Abramski
Femtosekundowe lasery światłowodowe
P. Wrocławska
na zakres spektralny 2 μm
RW2-4
13.10 - 13.30
G. Chrobak
Lasery włóknowe dużej mocy
IPG
RW3-1
15.00 - 15.45
H. Fiedorowicz
Laserowo-plazmowe źródła miękkiego
promieniowania rentgenowskiego
i skrajnego nadfioletu (EUV) do
zastosowań w nauce i technologii
WAT
RW3-2
15.45 - 16.30
P. Wnuk
Mocne, wysokoczęstotliwościowe źródło
impulsów o stabilnej CEP do badań
ICHF PAN
w średniej podczerwieni
RW3-3
16.30 - 16.50
RW3-4
16.50 - 17.10
PL1
17.30 - 19.30
A. Bartnik, W.
Skrzeczanowski,
T. Pisarczyk,
P. Wachulak,
T. Chodukowski,
Z. Kalinowska, I. Saber,
Ł. Węgrzyński, T. Fok,
H. Fiedorowicz
T. Fok, Ł. Węgrzyński,
V. Nefedova, J. Nejdl,
M. Kozlova, A. Bartnik,
P. Wachulak, R. Jarocki,
H. Fiedorowicz
6 | Sympozjum Techniki Laserowej
XFEL
WAT
środa
Wytwarzanie plazmy
niskotemperaturowej w wyniku
fotojonizacji gazu impulsami
promieniowania źródeł laserowoplazmowych
WAT
Generacja harmonicznych wyższych
rzędów w wyniku oddziaływania
femtosekundowych impulsów
laserowych wielkiej mocy
z wielostrumieniową tarczą gazową
WAT
GIST
RS1-1
9.00 - 9.45
K. Janulewicz
RS1-2
9.45 - 10.30
J. Badziak
Laserowe akceleratory jonów
IFPiLM
RS1-3
10.30 - 10.50
R. Romaniuk
Źródła światła V generacji
P. Warszawska
RS1-4
10.50 - 11.10
A. K. Sokół, Ł. Piskorski,
R. P. Sarzała
RS1-5
11.10 - 11.30
A. Maląg, G. Sobczak,
E. Dąbrowska,
M. Teodorczyk,
A. Dąbrowski
RS2-1
12.00 - 12.45
A. Antończak
RS2-2
12.45 - 13.05
P. Kozioł,
M. Walczakowski,
T. Baraniecki
Laserowa selektywna strukturyzacja
powierzchni przewodzących
EIT+
RS2-3
13.05 - 13.25
R. Pawlak, M. Tomczyk,
M. Walczak
Laserowe odwzorowanie struktur
w cienkowarstwowych przewodnikach
transparentnych
P. Łódzka
RS2-4
13.25 - 13.45
A. Sarzyński, K. Czyż,
J. Marczak, A. Rycyk,
M. Strzelec,
D. Chmielewska
Laserowe mikro-strukturowanie
powierzchni do zastosowań w inżynierii
materiałowej i biomedycznej
WAT
RS2-5
13.45 - 14.05
Z. Mucha, K. Mulczyk
Modelowanie przetapiania laserowego
liniowym źródłem ciepła
P. Świętokrzyska
15.00 - 15.20
J. Kurzac, K. Gruber,
B. Kuźnicka,
T. Kurzynowski,
E. Chlebus
Mikrostruktura oraz własności
mechaniczne superstopu Inconel 718
P. Wrocławska
przetwarzanego technologią selektywnej
laserowej mikrometalurgii proszków SLM
RS3-1
RS3-2
15.20 - 15.40
RS3-3
15.40 - 16.00
RS3-4
16.00 - 16.20
RS3-5
16.20 - 16.40
PL2
17.00 – 19.30
Sesja plakatowa - I
STL 2016
tytuł
Postępy fizyki silnych pól optycznych
w Korei Płd. / Advanced Photonics
Research Institute, GIST, South Korea
ICHF PAN
ICHF PAN
lista autorów
Generacja promieniowania z zakresu
średniej podczerwieni z wykorzystaniem P. Łódzka
półprzewodnikowych laserów dyskowych
Stabilizacja wiązki w płaszczyźnie złącza
poprzez preferencję wysokiego modu
ITME
bocznego w diodach laserowych na
pasmo 980 nm
Laserowa mikroobróbka polimerów
P. Wrocławska
biodegradowalnych
R. Dziedzic, B. Kuźnicka,
Własności tytanu modyfikowanego
J. Kurzac,
renem przetworzonego technologią
T. Kurzynowski,
laserowej mikrometalurgii proszków
E. Chlebus
Wpływ strategii skanowania na
mikrostrukturę i własności mechaniczne
K. Gruber, W. Stopyra,
stali nierdzewnej 316L (1.4404)
J. Kurzac, E. Chlebus
przetwarzanej w procesie selektywnej
laserowej mikrometalurgii proszków (SLM)
B. Antoszewski,
Laserowe spawanie stali austenitycznej
H. Danielewski,
i martenzytycznej do pracy
J. Kasińska, W. Zowczak w podwyższonych temperaturach
Laserowe kształtowanie cienkościennych
Z. Mucha, J. Widłaszewski,
płaskowników wspomagane
P. Kurp, K. Mulczyk
mechanicznie
Sesja plakatowa - II
P. Wrocławska
P. Wrocławska
P. Świętokrzyska
P. Świętokrzyska
PL1
Instytut Optoelektroniki. Wojskowa Akademia Techniczna | 7
Harmonogram referatów STL 2016 – czwartek, 29.09.2016
RC1-1
RC1-2
RC1-3
czwartek
lista autorów
tytuł
9.00 - 9.45
A. Zając, J. Szymańska,
Ł. Gryko
Lasery półprzewodnikowe vs diody LED
w diagnostyce i terapii medycznej
P. Białostocka
9.45 - 10.05
10.05 - 10.25
RC1-4
10.25 - 10.45
RC1-5
10.45 - 11.05
RC2-1
11.35 - 12.20
RC2-2
12.20 - 12.40
RC2-3
12.40 - 13.00
RC2-4
13.00 - 13.20
RC3-0
15.00 - 15.45
RC3-1
15.45 - 16.30
RC3-2
16.30 - 16.50
R. Lewandowski,
E. A. Trafny, M.
Stępińska, A. Gietka,
P. Kotowski,
M. Dobrzyńska,
M. P. Łapiński
L. Piechowski,
M. Sawczak, W. Cenian,
J. Szymańczyk,
M. JędrzejewskaSzczerska and A. Cenian
P. N. Osuchowska,
A. Sarzyński, M.
Strzelec,
Z. Bogdanowicz,
J. Marczak,
M. P. Łapiński,
E. A. Trafny
M. Dobrzyńska,
M. Stępińska,
R. Lewandowski,
A. Gietka,
M. P. Łapiński,
E. A. Trafny
Z. Mierczyk,
K. Kopczyński
T. Drozd, Z. Mierczyk,
M. Zygmunt,
J. Wojtanowski
Dobór parametrów napromieniowania
ze źródła LED ludzkich mezenchymalnych
WAT
komórek macierzystych w celu stymulacji
ich wzrostu i proliferacji
RC3-3
RC3-4
16.50 - 17.10
J. Młyńczak,
K. Kopczyński,
N. Belghachem,
J. Kisielewski,
R. Stępień, M.
Wychowaniec,
J. Galas, D. Litwin,
A. Czyżewski
Monolityczny mikrolaser impulsowy
generujący promieniowanie 1,5 µm
WAT
17.10 - 17.30
J. Komar, M. Berkowski,
M. Głowacki, P. Solarz,
A. Jeżowski, W. RybaRomanowski
Optyczne i termiczne właściwości
kryształów Gd3(Al,Ga)5O12:Ho3+,
Gd3(Al,Ga)5O12:Tm3+ i Gd3(Al,Ga)5O12:Er3+,
potencjalnych ośrodków czynnych
laserów krystalicznych generujących
w zakresie bliskiej podczerwieni
INTiBS PAN
G. Dudzik, J. Rzepka i K. M. Abramski
Detekcja sygnałów DAVLL
z synchronicznym przełączaniem
polaryzacji wykorzystująca ciekły kryształ
P. Wrocławska
ferroelektryczny jako metoda stabilizacji
częstotliwości promieniowania
laserowego
Dermatological diode laser with
wavelength 975 nm - its first applications IMszPrz PAN
for neurofibroma and hemangiomas
RC3-5
Sita molekularne jako metoda izolacji
krążących komórek nowotworowych
WAT
Ocena zmian w poziomie
autofluorescencji ludzkich komórek
w hodowli in vitro
WAT
Nowe systemy uzbrojenia i obrony
w zakresie energii skierowanej
WAT
Metoda optycznej transmisji danych
z wykorzystaniem laserów impulsowych
WAT
Laserowa transmisja danych
P. Knysak, Z. Mierczyk,
z zastosowaniem modulatora
M. Zygmunt, M. Traczyk
współczynnika odbicia
M. Kujawińska,
Badania skutków oddziaływania
K. Malowany,
wiązki laserowej wysokiej mocy
M. Malesa, P. Łapka,
z wykorzystaniem metody Cyfrowej
J. Marczak
Korelacji Obrazu
D. Balitsky, P. Villeval,
Industrial production of large scale LBO
D. Lupinski,
and RTP crystals for high-efficient lasers
M-A. Herrmann
Nowe nanomateriały w laserowej
J. Sotor, G. Soboń,
technice generacji ultrakrótkich
K. M. Abramski
impulsów
17.30 - 17.50
WAT
P. Warszawska
CRISTAL LASER SA
P. Wrocławska
L. Sojka, Z. Tang,
Luminescencja w zakresie średniej
H. Sakr, E. Beres-Pawlik,
podczerwieni z szkieł chalkogenidkowych P. Wrocławska
D. Furniss, A. Seddon,
domieszkowanych jonami ziem rzadkich
T.M. Benson, S. Sujecki
STL 2016
Harmonogram referatów STL 2016 – piątek, 30.09.2016
piątek
RP1-1
9.00 - 9.45
RP1-2
9.45 - 10.05
RP1-3
10.05 - 10.25
RP1-4
10.25 - 10.45
RP1-5
10.45 - 11.05
PL1 Sesja plakatowa – I; wtorek 27.09.2016, godz.17.30 – 19.30
lista autorów
tytuł
T. Kozacki
Holografia cyfrowa w pomiarach
i obrazowaniu trójwymiarowym
P. Warszawska
Zdalne wykrywanie par alkoholu
w poruszających się pojazdach
WAT
Laserowy pomiar prędkości pojazdów
WAT
Charakterystyka i klasyfikacja pyłków
roślinnych za pomocą laserowych metod
optycznych
WAT
K. Kopczyński,
J. Kubicki, J. Młyńczak,
J. Mierczyk, K.
Hackiewicz
M. Muzal, Z. Mierczyk,
M. Zygmunt,
W. Piotrowski
M. Mularczyk-Oliwa,
A. Bombalska,
M. Kwaśny,
K. Kopczyński, M.
Włodarski,
M. Kaliszewski, J. Kostecki
M. Józwik,
M. Trusiak, K. Liżewski,
N. Voznesenskiy,
M. Kujawińska
PL1-1
PL1-2
PL1-3
PL1-4
PL1-5
PL1-6
Metody badania odchyłek kształtu
powierzchni elementów optycznych do
budowy systemów formowania wiązki
lasera wysokiej mocy
P. Warszawska
PL1-7
PL1-8
RP1-6
11.05 - 11.25
J. Rzepka, G. Budzyń,
T. Podżorny, J. Tkaczyk
Wieloosiowy interferometr laserowy do
badań geometrii maszyn
P. Wrocławska
RP2-1
12.00 - 12.45
T. Stacewicz, Z. Bielecki,
J. Wojtas, J. Mikołajczyk,
D. Szabra, P. Magryta,
A. Prokopiuk
Optoelektroniczny system
wykorzystujący spektroskopię laserową
do wykrywania markerów chorobowych
w oddechu ludzkim
UW, WAT
Absorpcyjna i dyspersyjna spektroskopia
laserowa wzmocniona wnęką optyczną
UMK
RP2-2
RP2-3
RP2-4
RP2-5
12.45 - 13.05
13.05 - 13.25
13.25 - 13.45
13.45 - 14.05
D. Lisak, A. Cygan,
S. Wójtewicz, P. Wcisło,
M. Zaborowski,
G. Kowzan,
P. Masłowski, R. Ciuryło
J. Mikołajczyk, M.
Panek, P. Magryta,
Z. Bielecki, T. Stacewicz,
J. Wojtas
E. Bereś-Pawlik,
H. Stawska,
M. Popenda,
Ł. Pajewski, R. Hossa
A. Głuszek,
A. Hudzikowski,
F. K. Tittel
PL1-9
PL1-10
PL1-11
PL1-12
PL1-13
Wybrane algorytmy analizy
i przetwarzania sygnałów w spektroskopii WAT
strat we wnęce optycznej
PL1-14
Spektroskopia wielofotonowa
z wykorzystaniem czujników
światłowodowych
P. Wrocławska
PL1-15
Kompaktowe, spektroskopowe sensory
stężenia gazów, pracujące w zakresie
średniej podczerwieni: zasada działania
i aplikacje
P. Wrocławska
PL1-16
PL1-17
PL1-18
PL1-19
PL1-20
STL 2016
J. Bogusławski, G. Soboń, I. Pasternak, A. Krajewska, W. Strupiński, K. M. Abramski, J. Sotor „Generacja
solitonów sprzężonych w laserze światłowodowym z nasycalnym absorberem na bazie grafenu” Politechnika
Wrocławska / Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie
M. Michalska, J. Świderski „Światłowodowy układ laserowy z pasywną synchronizacją modów generujący
promieniowanie o długości fali ~2 μm” Instytut Optoelektroniki WAT
A. Mossakowska-Wyszyńska, P. Witoński, P. Szczepański „Analiza nieliniowej struktury periodycznej
wykazującej parzystą symetrię” Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW, Instytut Łączności
R. Piekarski, B. Janaszek, P. Szczepański, R. Mroczyński „Analiza możliwości generacji impulsów ultrakrótkich
w planarnej strukturze hybrydowej z wykorzystaniem grafenu jako nieliniowego absorbera” Instytut
Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW / Instytut Łączności, ul. Szachowa 1, 04-894 Warszawa
M. Pawliszewska, G. Soboń, P. Kaczmarek, A. Przewolka, I. Pasternak, P. Peterka, W. Strupiński, K. Abramski,
J. Sotor „Generacja ultrakrótkich impulsów w zakresie spektralnym 2070 – 2090 nm w układzie lasera ze
światłowodem aktywnym domieszkowanym jonami holmu” Politechnika Wrocławska / Instytut Technologii
Materiałów Elektronicznych / Instytut Fotoniki i Elektroniki Czeskiej Akademii Nauk, Praga, Czechy
R. P. Sarzała, K. Pijanowski, M. Gębski, M. Marciniak, W. Nakwaski „Projekt lasera TJ VCSEL wykonanego na
bazie materiałów azotkowych” Instytut Fizyki, Politechnika Łódzka
J. Marczak, A. Rycyk, K. Czyż, W. Skrzeczanowski, R. Ostrowski, M. Strzelec, K. Jach, R. Świerczyński „Badania
quasi-ciągłego i impulsowego oddziaływania silnego promieniowania laserowego na materiały techniki
wojskowej” Instytut Optoelektroniki WAT
M. Michalska, W. Brojek, Z. Rybak, P. Sznelewski, M. Mamajek, J. Świderski „Światłowodowy laser tulowy do
zastosowań w małoinwazyjnej chirurgii endoskopowej i robotycznej” Instytut Optoelektroniki WAT/METRUM
CRYOFLEX / Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich
M. Michalska, M. Mamajek, J. Świderski „Światłowodowy laser tulowy z przełączanym wzmocnieniem
i pasywną synchronizacją modów” Instytut Optoelektroniki WAT
J. Tarka, J. Bogusławski, I. Pasternak, A. Przewółka, G. Soboń, W. Strupiński, K. M. Abramski, J. Sotor
„Skalowanie mocy erbowego lasera światłowodowego pracujęcego w trybie synchronizacji modów
z nasycalnym absorberem na bazie grafenu” Politechnika Wrocławska / Instytut Technologii Materiałów
Elektronicznych
J. Rzepka, G. Budzyń, T. Podżorny, J. Tkaczyk „Układ stabilizacji kierunku wiązki laserowej” Politechnika
Wrocławska / Lasertex Sp. z o. o.
Ł. F. Gorajek „Przestrajalny, impulsowy laser Cr2+:ZnSe” Instytut Optoelektroniki WAT
A. Tyszka-Zawadzka, B. Janaszek, P. Szczepański, R. Mroczyński „Własności propagacyjne aktywnych struktur
falowodowych HMM funkcjonalizowanych grafenem” Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW /
Instytut Łączności
Ł. Węgrzyński, T. Fok, P. Wnuk, Y. Stepanenko, P. Wachulak, A. Bartnik, H. Fiedorowicz, Cz. Radzewicz, K.
Lawniczak-Jabłońska „Źródło ultrakrótkich impulsów promieniowania rentgenowskiego w zakresie keV
powstałych w wyniku oddziaływania impulsów lasera NOPCPA z tarczą wykonaną z ciała stałego” Instytut
Optoelektroniki WAT / Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk/Instytut Fizyki Eksperymentalnej,
Uniwersytet Warszawski
J. Marczak, R. Świerczyński, R. Ostrowski, A. Sarzyński, W. Skrzeczanowski, M. Strzelec, A. Rycyk, K. Czyż
„Modelowanie procesów przetapiania tarcz metalowych impulsami lasera ciągłego działania z preimpulsami”
Instytut Optoelektroniki WAT
P. Kaczmarek, A. Wąż, G. Soboń, J. Sotor, K. M. Abramski „Układy synchronizacji fazy wiązek
w światłowodowych wzmacniaczach do wykorzystania w układach koherentnego sumowania wiązek
laserowych” Politechnika Wrocławska
P. Kaczmarek, A. Wąż, G. Dudzik, D. Stachowiak, K. M. Abramski „Światłowodowy Wzmacniacz „eye-safe” do
układów MOPA o mocy wyjściowej 20W” Politechnika Wrocławska / Wrocławskie Centrum Badań EIT+
M. Kaśków, W. Żendzian „Pompowany poprzecznie laser Nd:YAG z samo-adaptującym rezonatorem” Instytut
Optoelektroniki WAT
R. Piekarski, B. Janaszek, M. Kieliszczyk, R. Piramidowicz „Analiza generacji w strukturze lasera
światłowodowego z rezonatorem w konfiguracji typu theta” Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW
K. Krzempek, K. M.Abramski „Całkowicie światłowodowy laser z synchronizacją modów generujący impulsy
o energii 2,1 µJ” Politechnika Wrocławska
PL1-21
PL1-22
PL1-23
PL1-24
PL1-25
PL1-26
PL1-27
PL1-28
PL1-29
PL1-30
PL1-31
PL1-32
PL1-33
PL1-34
PL1-35
PL1-36
PL1-37
J. Kwiatkowski, W. Żendzian, J. K. Jabczyński „Pompowany diodowo laser Tm:YAP jako wydajne źródło
pompujące na długości fali 1940 nm” Instytut Optoelektroniki WAT
M. Kwaśny, A. Gietka, P. Kotowski, Z. Mierczyk „Źródła światła we współczesnej fotochemoterapii” Instytut
Optoelektroniki WAT
M. Naurecka, B. Sierakowski, M. Kwaśny „Badania własności spektroskopowych fotouczulaczy dla metody
PDT” Instytut Optoelektroniki WAT
A. Romiszewska, W. Kasprzycka, A. Padzik-Graczyk „Opracowanie metody analitycznej do oznaczania
zawartości kwasu 5-ALA w maści stosowanej w terapii fotodynamicznej” Instytut Optoelektroniki WAT
P. Szymczyk, G. Ziółkowski, A. Pawlak, B. Dybała, E. Chlebus „Wytwarzanie Biomechanicznych Struktur
Funkcjonalnych za pomocą technologii Selective Laser Melting” Politechnika Wrocławska, Wydział
Mechaniczny, Katedra Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji, CAMT-FPC
B. Janaszek, A. Tyszka-Zawadzka, P. Szczepański, R. Mroczyński „Analiza wzmocnienia w objętościowych
strukturach metamateriałów hiperbolicznych funkcjonalizowanych grafenem” Instytut Mikroelektroniki
i Optoelektroniki PW, Instytut Łączności
M. Skórczakowski, G. Daszczuk „Monoimpulsowy laser Er:YAG @2.94 µm o energii do 50mJ i repetycji do
40Hz” Instytut Optoelektroniki WAT
M. Kowalczyk, K. M. Abramski, J. Sotor „Ultraszybki laser Yb:KGW z hybrydową synchronizacją modów”
Politechnika Wrocławska
A. Czupryński, M. Adamiak „Przyczyny pęknięć różnoimiennych złączy zakładkowych lutospawanych laserem
diodowym dużej mocy” Wydział Mechaniczny Technologiczny Politechniki Śląskiej, Katedra Spawalnictwa,
Wydział Mechaniczny Technologiczny Politechniki Śląskiej, Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych
J. Górka, S. Stano “The structure and properties of laser beam welded joints without additional material in
S700MC thermomechanically rolled steel” Politechnika Śląska w Gliwicach, Instytut Spawalnictwa w Gliwicach
D. Janicki, J. Górka, A. Czupryński, M. Żuk „Napawanie laserem diodowym warstw wierzchnich
kompozytowych na osnowie kobaltu ze sferycznym węglikiem wolframu” Politechnika Śląska, Wydział
Mechaniczny Technologiczny, Katedra Spawalnictwa
A. Antonik, W. Skrzeczanowski, J. Janucki, R.Ostrowski „Niepewności pomiaru w akredytowanych badaniach
mocy i energii promieniowania laserowego” Instytut Optoelektroniki WAT
R. Piekarski, B. Janaszek, M. Kieliszczyk , P. Bortnowski, E. Siejak, R. Krysiński, K. Anders, R. Piramidowicz
„Analiza parametrów generacyjnych lasera światłowodowego z rezonatorem w konfiguracji typu theta”
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW
G.A. Wubetu, T. J. Kelly, P. van Kampen, P. Wachulak, A. Bartnik, W. Skrzeczanowski, H. Fiedorowicz and J.T.
Costello „Czasowo-rozdzielcza spektroskopia emisyjna plazmy laserowej stopu aluminium w powietrzu”
Instytut Optoelektroniki WAT
Ł. Boruc, M. Giemza „Pompowane diodowo lasery ciała stałego z modulacją dobroci do zastosowań
w znakowarkach laserowych” Solaris Laser S.A.
M. Kochanowicz, J. Żmojda, P. Miluski, T. Ragiń, A. Zając, M. Sitarz, P. Jeleń, D. Dorosz .’ Światłowody
germanowe ko-domieszkowane jonami Yb3+/Tm3+/Ho3+ ’, Politechnika Białostocka/ Akademia Górniczo
Hutnicza
J. Żmojda, M. Kochanowicz, P. Miluski, T. Ragiń, W. Pisarski, J. Pisarska, M. Sitarz, D. Dorosz, A. Zając .’
Światłowody szkło-ceramiczne domieszkowane jonami lantanowców ’, Politechnika Białostocka/ Akademia
Górniczo Hutnicza
PL2 Sesja plakatowa – II środa 28.09.2016 godz. 17.00 – 19.30
PL2-1
PL2-2
PL2-3
PL2-4
PL2-5
PL2-6
PL2-7
PL2-8
PL2-9
PL2-10
PL2-11
PL2-12
PL2-13
PL2-14
PL2-15
PL2-16
PL2-17
PL2-18
PL2-19
PL2-20
PL2-21
STL 2016
K. Czyż, R. Ostrowski, A. Sarzyński, A. Rycyk, M. Strzelec, R. Major, P. Wilczek „Ablacja laserowa
w zastosowaniu do acceluryzacji komórek” Instytut Optoelektroniki WAT / Instytut Metalurgii i Inżynierii
Materiałowej PAN / Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi
M. Klein, M. Sawczak, R. Barbucha, A. Cenian „Laserowa modyfikacja warstw tlenkowych w barwnikowym
ogniwie fotowoltaicznym” Ośrodek Techniki Plazmowej i Laserowej, Instytut Maszyn Przepływowych PAN /
Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej, Politechnika Gdańska
K. Kobiela, R. Dziedzic, I. Smolina, P. Szymczyk, E. Chlebus „Opracowanie procesu laserowego wtapiania
proszku renu w podłoże z CP-Ti Gr2” Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny
M. Tański, J. Mizeraczyk „Parametryczne badania procesu nanosekundowej mikroobróbki laserowej
wybranych materiałów” Katedra Elektroniki Morskiej, Akademia Morska w Gdyni
B. Stępak, K. Łęcka, T. Płonek, A. A. Antończak „Laserowo indukowana modyfikacja powierzchni węgla
pirolitycznego” Wydział Elektorniki Mikrosystemów i Fotoniki � Wydział Elektroniki, Politechnika Wrocławska /
Klinika Chirurgii Serca, Uniwersytet Medyczny we Wrocławiu
M. Tomczyk, R. Szklarek, R. Pawlak „Laserowa modyfikacja rezystancji powierzchniowej elektrod
wolframowych wykorzystywanych do oporowego zgrzewania miedzianych przewodów wielodrutowych”
Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej PŁ
M. Tomczyk, R. Pawlak, M. Walczak „Zastosowanie technik planowania eksperymentu do optymalizacji laserowej
obróbki powierzchni materiałów” Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej PŁ
E. Korzeniewska, R. Pawlak, M. Tomczyk, M. Walczak, D. Bieliński, K. Kałuzińska, M. Siciński „Zastosowanie
lasera światłowodowego do teksturowania elastomerów” Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej PŁ
Ł. Ruta, M. Walczak „Zastosowanie lasera światłowodowego do precyzyjnego cięcia krzemu” Instytut
Systemów Inżynierii Elektrycznej PŁ
G. Ziółkowski, P. Szymczyk, T. Kurzynowski, B. Dybała, E. Chlebus „Zastosowanie metody technicznej
tomografii komputerowej do kontroli jakości obiektów wytwarzanych w laserowych technologiach
przyrostowych” Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Technologii Laserowych,
Automatyzacji i Organizacji Produkcji, CAMT-FPC
R. Belka, J. Kęczkowska, P. Sęk “Raman study of TiO2 coatings modified by UV pulsed laser” Politechnika
Świętokrzyska
L. Czyżewska, R. Łyszczek, M. Gil, A. Jusza, J. Pędzisz, R. Piramidowicz, P. Mergo „Nowe aktywne związki
kompleksowe europu i terbu dla technik laserowych” Pracownia Technologii Światłowodów, Wydział Chemii,
Uniwersytet Marii Curie Skłodowskiej, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW
A. Hudzikowski, A. Głuszek, F. K. Tittel „Pomiar szumów ultraniskoszumnych źródeł prądowych do zasilania
laserów” Politechnika Wrocławska / Rice University
P. Mergo, R. Łyszczek, M. Gil, A. Jusza, L. Czyżewska, J. Pędzisz, J. Kopeć, R. Piramidowicz „Aktywne polimery dla
technologii aktywnych światłowodów polimerowych” Pracownia Technologii Światłowodów, Wydział Chemii,
Uniwersytet Marii Curie Skłodowskiej, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW
E. Dąbrowska, M. Teodorczyk, K. Kiełbasiński, A. Maląg „Nanosrebro w technologii diod laserowych” Instytut
Technologii Materiałów Elektronicznych
M. Kaliszewski, M. Włodarski, J. Młyńczak, Z. Zawadzki, M. Mularczyk-Oliwa, A. Bombalska, K. Kopczyński
„Laserowy detektor aerozoli biologicznych” Instytut Optoelektroniki WAT
M. Kaszczuk, Z. Mierczyk, M. Zygmunt, T. Drozd, A. Gawlikowski, A. Gietka, M. Jakubaszek, P.Knysak, A.
Młodzianko, M. Muzal, R. Ostrowski, W. Piotrowski, J. Wojtanowski „Wielospektralny skaner laserowy
w ochronie i monitoringu środowiska” Instytut Optoelektroniki WAT
M. Kaszczuk, Z. Mierczyk „Baza danych charakterystyk reflektancyjnych materiałów dla celów lotniczego
skaningu laserowego” Instytut Optoelektroniki WAT
P. Kurp, Z. Mucha, K. Mulczyk, R. Gradoo, P. Trela „Wpływ przygotowania powierzchni na współczynnik
absorpcji promieniowania laserowego” Centrum Laserowych Technologii Metali Politechniki Świętokrzyskiej
P. Magryta, J. Nowak, T. Stacewicz, S. P. Malinowski, B. Petersen, B. Seredyński, A. Wiśniewski
„Optoelektroniczne detektory pary wodnej” Instytut Fizyki Doświadczalnej, Wydz. Fizyki, Uniwersytet
Warszawski / Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski / Department of Physics, HumboldtUniversität zu Berlin
M. Miczuga, K. Kopczyński „Zastosowanie laserów kaskadowych do detekcji śladowych zanieczyszczeń
gazowych atmosfery” Instytut Optoelektroniki WAT
PL2-22
PL2-23
PL2-24
PL2-25
PL2-26
PL2-27
PL2-28
PL2-29
PL2-30
PL2-31
PL2-32
PL2-33
PL2-34
PL2-35
PL2-36
M. Panek, M. Chodnicki, A. Tkacz, S. Chojnowski, J. Mikołajczyk, J. Wojtas „Układ przetwarzania sygnału dla
spektroskopii strat we wnęce optycznej” Instytut Optoelektroniki WAT / Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych
J. Radziejewska, W. Moćko, A. Sarzyński, K. Jach, J. Marczak, K. Czyż, A. Rycyk, M. Strzelec „Pomiary
przemieszczeń płytek metalowych napędzanych przez impuls promieniowania laserowego” Instytut
Podstawowych Problemów Techniki PAN / Instytut Optoelektroniki WAT
P. W. Wachulak, A. Torrisi, A. Bartnik, L. Wegrzynski, T. Fok, H. Fiedorowicz „Mikroskop pracujący w zakresie
„okna wodnego” z rozdzielczością 60nm na bazie laserowo-plazmowego źródła SXR i jego przykładowe
aplikacje” Instytut Optoelektroniki WAT
T. Florian, A. Grabowski, M. Sozańska „Laserowe znakowanie materiałów metalowych stosowanych w medycynie”
Colop Polska Sp. z o.o. � Instytut Fizyki - CND, Zakład Fizyki Ciała Stałego, Politechnika Śląska / Wydział Inżynierii
Materiałowej i Metalurgii, Instytut Nauki o Materiałach, Politechnika Śląska
A. Gradzik, J. Nawrocki, G. Mrówka-Nowotnik, J. Sieniawski „Analiza wad napawanej warstwy Stellite
694 na podłożu nadstopów niklu Inconel 738LC i 713C wytworzonej z użyciem wiązki lasera” Katedra
Materiałoznawstwa, Politechnika Rzeszowska / Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego
Politechniki Rzeszowskiej
K. Krupa, W. Habrat, J. Sieniawski „Stan warstwy wierzchniej nadstopu niklu Inconel 718 po nagrzewaniu
laserowym dla wspomagania procesu toczenia” Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego,
Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza
M. Musztyfaga-Staszuk „Selektywne spiekanie laserowe jedną z nowoczesnych technologii laserowej obróbki
powierzchni” Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Katedra Spawalnictwa
A. Pawlak, P. Szymczyk, G. Ziółkowski, E. Chlebus, A. F. Junka „Przetwarzanie stopu magnezu AZ31
w technologii Selektywnej Laserowej Mikrometalurgii dla przyszłościowych aplikacji medycznych” Politechnika
Wrocławska, Katedra Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji /Uniwersytet Medyczny
im. Piastów Śląskich, Zakład Mikrobiologii Farmaceutycznej i Parazytologii
A. Rzeźnikiewicz „Jakość cięcia laserowego stali o podwyższonej granicy plastyczności” Politechnika Śląska,
Wydział Mechaniczny Technologiczny, Katedra Spawalnictwa
I. Smolina, J. Kurzac, R. Dziedzic, T. Kurzynowski, E. Chlebus „Przetwarzanie metali wysokotopliwych technologią
selektywnej laserowej mikrometalurgii proszków (SLM) na przykladzie wolframu” Politechnika Wrocławska, Wydział
Mechaniczny, Katedra Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji
W. Stopyra, J. Kurzac, K. Gruber, T. Kurzynowski, E. Chlebus „Wpływ mocy lasera na głębokość penetracji oraz
geometrię ścieżki skanowania w technologii selektywnej laserowej mikrometalurgii” Politechnika Wrocławska, Wydział
Mechaniczny, Katedra Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji
B. Antoszewski, S. Tofil „Laserowe spawanie nakładek irydowo platynowych na elektrody świec zapłonowych”
Politechnika Świętokrzyska
K. Kobiela, R. Dziedzic, I. Smolina, P. Szymczyk, E. Chlebus „Opracowanie procesu laserowego wtapiania
proszku renu w podłoże z CP-Ti Gr2” Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny
J. Kubicki, K. Kopczyński, J. Młyńczak, „Emisyjno-absorpcyjna metoda zdalnego wykrywania par i gazów” Instytut
Optoelektroniki WAT
M. Teodorczyk, E. Dąbrowska, O. Jeremiasz, K. Krzyżak, A. Maląg „Kontakty dla krzemowych ogniw
słonecznych otrzymywane metodą laserowego wygrzewania i wtapiania past SILVER CON” Instytut Technologii
Materiałów Elektronicznych
REFERATY
STL 2016
RW1-1
RW1-2
Meandry techniki laserowej
Możliwości naukowe i wyzwania dla badań
czasowo-rozdzielczych z wykorzystaniem
rentgenowskich laserów na swobodnych
elektronach
Zdzisław Jankiewicz1, Wiesław Woliński2
1
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna
2
Politechnika Warszawska
Autorzy tego wystąpienia należą do szczęściarzy. Na początku ich drogi aktywności zawodowej pojawił się
jeden z ważniejszych wynalazków XX wieku – LASER. Należeli do zespołów, które opracowały i uruchomiły
pierwsze w kraju urządzenia laserowe, i pozostali wierni tej tematyce do dnia dzisiejszego. Przedmiotem tego
wystąpienia nie będą jednak dokonania autorów. Jedynym jego bohaterem jest sam LASER: drogi (meandry)
jego rozwoju oraz inwazja zastosowań (różnorodne ich meandry) optycznego promieniowania, w nauce i gospodarce.
Za datę wynalezienia lasera uznaje się datę publikacji artykułu Th. Maimana w czasopiśmie Nature (4 lipca
1960) donoszącego o uruchomieniu optycznego masera rubinowego. Była to jednocześnie pierwsza realizacja
idei A. Einsteina w tym zakresie widma. W pasmie optycznym nie znano dotychczas metod wytwarzania spójnego promieniowania. Stąd znaczenie strategiczne, wręcz epokowość tego wynalazku.
W referacie przedstawia się krótko drogi rozwoju i dominację poszczególnych typów laserów, uwzględniając
przede wszystkim trudny start laserów półprzewodnikowych. Nowe technologie epitaksji (MBE i MOCVD),
a przede wszystkim konstrukcja studni kwantowych dokonały przełomu. Na początku lat 90. podstawowe
typy Diod Laserowych (DL) osiągnęły sprawności powyżej 50% oraz moce (emiterów i ich matryc) na poziomie
wystarczającym do powszechnego wykorzystania. Jednym z nich, co należy podkreślić, jest pobudzanie innych
laserów ciała stałego, zapewniające im sprawności powyżej 10%, oraz możliwość budowy układów o specyficznych geometriach, np. wzmacniaczy i laserów włóknowych.
Mówiąc o zastosowaniach techniki laserowej zwracamy uwagę na ich powszechność. Nie istnieją takie obszary nauki, techniki i gospodarki, gdzie zastosowania fotoniki, a w jej ramach laserów, nie odgrywałyby
pierwszorzędnej roli. Fotonika, jeżeli chodzi o jej rangę, porównywana jest często z elektroniką. Uważa się, że
„wiek XXI nazwany zostanie wiekiem fotoniki” tak jak „wiek XX uznano za wiek elektroniki”. Spośród gamy
unikatowych zastosowań fotoniki (podobnie jak elektroniki) można wyróżnić takie, które spełniają kryteria
„niezbędności” i „niezastępowalności”. Uzasadnia to proponowaną nazwę wieku XXI.
Do takich zastosowań fotoniki należy niewątpliwie telekomunikacja światłowodowa. W tym wystąpieniu
chcemy jednak sięgnąć do przykładów mniej znanych, lecz ze względu na rangę i stopień zaangażowania laserów, równie ważnych. Są to dwa zagadnienia z dziedziny metrologii: budowa optycznego wzorca czasu oraz
wykrywanie fal grawitacyjnych.
Wykorzystywany do tej pory mikrofalowy, cezowy wzorzec czasu osiągnął kres stabilności na poziomie 10-15.
Ten poziom stabilności osiągnięty został głównie dzięki laserom (Nagrody Nobla z 1989 i 1997). Ocenia się,
że przejście z częstotliwością wzorca w zakres optyczny może podnieść jego stabilność do 10-18. Ostatnie osiągnięcia w dziedzinie laserów (grzebień laserowy i uruchomienie generatora optycznego o stabilności 2x10-18)
już dziś umożliwiają ustanowienie wzorca optycznego i redefinicję jednostki czasu – sekundy.
Fale grawitacyjne, których istnienie przewidział A. Einstein w 1916 r. zostały wykryte przez urządzenia LIGO
(Laser Interferometer Gravitional Wave Obserwatory) w 2016 r. Podstawową częścią systemu LIGO jest laserowy interferometr Michelsona. Wymagany poziom czułości tego układu i warunki pomiaru czynią z niego
jeden z najbardziej złożonych i wyrafinowanych układów laserowych, jakie dotychczas zbudowano. Obserwacje fal grawitacyjnych otwierają jakościowo nowy kanał, którym mogą docierać do nas informacje o wszechświecie.
Zastosowania, o których mowa powyżej i wiele innych zawdzięczamy odkrytym 55 lat temu laserom.
[email protected]
STL 2016
Wojciech Gawełda1,2
1
European XFEL, Albert-Einstein-Ring 19, 22761 Hamburg, Niemcy
Instytut Fizyki, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, ul. Świętokrzyska 15, 25-406 Kielce, Polska
2
Wraz z dostępnością silnych źródeł impulsowego promieniowania rentgenowskiego, zarówno trzeciej (synchrotrony) jak i czwartej (lasery FEL) generacji, otwarte zostały nowe możliwości zastosowania różnych metod
z zakresu spektroskopii rentgenowskiej i technik dyfrakcyjnych do badań nad dynamiką reakcji chemicznych
i przejść fazowych w różnorodnych układach materii w fazie skondensowanej. W szczególności techniki pomiarowe “pump-probe” wykorzystujące ultrakrótkie impulsy promieniowania rentgenowskiego w kombinacji
z optycznymi impulsami laserowymi pozwalają na badania dynamicznych zmian w skali czasowej 100 femtosekund zachowując atomową rozdzielczość przestrzenną.
W tym referacie przedyskutowane zostaną zagadnienia związane z generacją ultrakrótkich impulsów rentgenowskich przy użyciu laserów na swobodnych elektronach oraz ich charakterystyką widmową i czasową.
Zostaną również zaprezentowane przykłady dotychczasowych badań czasowo-rozdzielczych przy wykorzystaniu istniejących laserów rentgenowskich oraz plany naukowe na najbliższą przyszłość związane z najnowocześniejszym laserem rentgenowskim European XFEL, który zostanie oddany do użytku w 2017 roku, a w którego
konstrukcję i eksploatację partnersko włączyła się również Polska.
[email protected]
RW1-3
Pompowane koherentnie lasery holmowe
Jacek Kwiatkowski
RW2-1
Całkowicie światłowodowe femtosekundowe
oscylatory laserowe z dużą energią impulsu
Yuriy Stepanenko1*, Jan Szczepanek2, Tomasz Kardaś1
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
Postęp technologiczny bez wątpienia związany jest z opracowywaniem nowych urządzeń oraz zapotrzebowaniem rynku na coraz nowsze, innowacyjne rozwiązania. W wielu zastosowaniach wymagane są źródła laserowe generujące promieniowanie w zakresie średniej podczerwieni o dużych mocach i energiach wyjściowych,
krótkich czasach trwania generowanych impulsów oraz bardzo dużych mocach szczytowych pracujących
z częstotliwościami powtarzania rzędu pojedynczych kHz. Jednymi z najwydajniejszych konstrukcji spełniającymi te wymagania są obecnie impulsowe lasery stałe domieszkowane jonami holmu w układzie krótkiego
rezonatora, pompowane koherentnie w pasmo absorpcji jonów holmu innymi laserami. Holmowe źródła laserowe, oprócz możliwości bezpośredniego wykorzystania promieniowania laserowego z obszaru 2 mm do
wielu zastosowań, stanowią obecnie najwydajniejsze źródła pompujące do generatorów parametrycznych
OPO opartych na nieliniowych kryształach takich jak np. ZGP.
W prezentacji przedstawione zostaną różne rozwiązania układów laserowych opartych na ośrodkach czynnych
domieszkowanych jonami holmu pracujących w trybie CW oraz impulsowym. Przedstawione zostaną najpopularniejsze metody pompowania ośrodków holmowych w układach: laser pompujący – generator holmowy, a także zalety oraz wady poszczególnych rozwiązań konstrukcyjnych. Zostaną przedstawione parametry
kryształów laserowych domieszkowanych jonami holmu w różnych osnowach oraz ich potencjalne możliwości
zastosowania w układach dużej mocy i energii generowanych impulsów. W analizie obecnego stanu wiedzy na
temat pompowanych koherentnie laserów holmowych zostaną uwzględnione wyniki badań własnych laserów
opartych na ośrodkach czynnych Ho:YAG oraz Ho:YLF w układach generatora oraz wzmacniacza MOPA.
[email protected]
Instytut Chemii Fizycznej PAN, Kasprzaka 44/52, 01-224 Warszawa
Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki, Pasteura 5, 02-093 Warszawa
1
2
Zwiększająca się liczba aplikacji przemysłowych z zastosowaniem ultraszybkich laserów zainicjowała wielkie
zapotrzebowanie na nowe ultrastabilne konstrukcje laserowe. Ze szczególnym zainteresowaniem spotkały
się lasery generujące impulsy o dużej energii i pracujące z dużą częstością repetycji. Dodatkowym ważnym
parametrem jest niska cena oraz łatwość i niezawodność konstrukcji. Nadzieję na spełnienie wszystkich tych
wymogów dają nam ultraszybkie lasery światłowodowe. Przy produkowaniu dużych energii impulsów w laserach światłowodowych napotykamy się jednak na kilka poważnych problemów. Zwiększona energia powoduje, między innymi, nasilenie procesu wymuszonego rozproszenia Ramana oraz wydajne mieszanie czterech
fal – są to główne źródła niestabilności czasowych i niekorzystnych zmian widma impulsów w konstrukcjach
światłowodowych Rys.1.
W niniejszej prezentacji przedstawione zostaną nowoczesne metody modelowania, analizy oraz projektowania całkowicie światłowodowych femtosekundowych systemów laserowych o dużej energii impulsu
z uwzględnieniem wykorzystania światłowodów o dużym polu modowym.
Rys. 1. Pomiar ewolucji widma ultrakrótkiego impulsu laserowego w zależności od jego energii. Składowe widmowe pojawiające się po stronie dłuższych długości fal są manifestacją zjawiska wymuszonego rozpraszania Ramana
[email protected]
STL 2016
RW2-2
Wzmacniacz światłowodowy impulsów
femtosekundowych o wysokiej mocy średniej
Michał Nejbauer1,2, Yuriy Stepanenko1, Jan Szczepanek2, Czesław Radzewicz2
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk, ul. Kasprzaka 44/52, 01-224 Warszawa
Instytut Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Warszawskiego, ul. Hoża 69, 00-681 Warszawa
1
2
Lasery światłowodowe pozwoliły przekroczyć psychologiczną barierę kW mocy średniej lasera przy zachowaniu
pracy jednomodowej [1]. Gwarantują także wysoką niezawodność, także w przypadku źródeł impulsów femtosekundowych [2]. Wzmacnianie krótkich impulsów światła we włóknach światłowowdowych wciąż pozostaje wyzwaniem. Impulsy femtosekundowe, charakteryzujące się wysoką mocą szczytową, szybko akumulacją nieliniową
fazę, która – w połączeniu z dyspersją materiałową – degraduje jakość impulsu w domenie czasowej [3].
W niniejszej pracy zostaną zaprezentowane wyniki budowy układu laserowego, wytwarzającego oraz wzmacniajacego impulsy femtosekundowe we włóknach światłowodowych. Aby zredukować wpływ efektów nieliniowych zastosowano dwa rozwiązania: technikę CPA (Chirped Pulse Amplification), która polega na czasowym rozciągnięciu impulsu, wzmocnieniu, a następnie kompresji do pierwotnego czasu trwania; oraz
wykorzystano największe możliwe rozmiary rdzeni jednomodowych fotonicznych włókien aktywnych domieszkowanych iterbem, w tym włókno typu ‘pręt’ o średnicy modu rdzenia 85 mm. Osiągnięta moc średnia
lasera wynosiła >65 W na częstości powtarzania 900 kHz, a największa zarejestrowana energia impulsu >200
mJ na częstości powtarzania 100 kHz. Czas trwania impulsu wynosił ok. 500 fs, a parametr jakości przestrzennej wiązki (M2) typowo nie przekraczał wartości 1.3. Cały konstrukcja jest niezwykle kompaktowa (zajmuje
powierzchnię 120 x 90 cm): wykorzystuje jednie dwa stopnia wzmocnienia i cechuje się wysoką stabilnością
parametrów w czasie.
RW2-3
Femtosekundowe lasery światłowodowe na
zakres spektralny 2 μm
Grzegorz Soboń, Jarosław Sotor, Krzysztof M. Abramski
Grupa Elektroniki Laserowej i Światłowodowej, Politechnika Wrocławska,
Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław
Lasery światłowodowe domieszkowane tulem (z emisją w zakresie średniej podczerwieni, tj. 1,9 – 2,0 μm)
są obecnie jedną z najdynamiczniej rozwijanych gałęzi techniki laserowej. Główną motywację do rozwoju
tego typu laserów stanowią ich liczne potencjalne aplikacje w medycynie i dermatologii. Ponadto, w zakresie 1,9 – 2,0 μm swoje linie absorpcyjne mają dwa podstawowe gazy cieplarniane – dwutlenek węgla (CO2)
oraz podtlenek azotu (N2O). Badania nad generacją szerokopasmowego promieniowania pokrywającego ten
zakres mogą istotnie przyczynić się do rozwoju bardzo czułych systemów detekcji śladowych ilości molekuł
w atmosferze.
W referacie zostaną zaprezentowane najnowsze osiągnięcia Grupy dotyczące ultraszybkich laserów światłowodowych domieszkowanych tulem: wykorzystujących nasycalne absorbery na bazie nanomateriałów (np.
grafen, nanorurki węglowe), jak również nieliniową rotację polaryzacji (NPR). Na rys. 1(a) przedstawiono
schemat układu całkowicie światłowodowego lasera tulowego z normalną dyspersją. Mechanizmem synchronizacji modów jest NPR. Laser składa się kolejno z: odcinka włókna tulowego, włókna kompensującego
dyspersję (ang. dispersion compensating fiber, DCF), kontrolera polaryzacji, dzielnika polaryzacyjnego, oraz
sprzęgacza hybrydowego (łączącego w sobie sprzęgacz wyjściowy, izolator oraz multiplekser WDM). Laser
pompowany jest na długości fali 1566 nm. W takim układzie uzyskano generację szerokopasmowych solitonów rozproszonych (ang. dissipative soliton), o szerokości pasma nawet do 100 nm. Na rys. 2(a) przedstawiono uzyskane widma optyczne oraz przebiegi autokorelacji impulsów dla dwóch przypadków wypadkowej
dyspersji rezonatora: 0.014 ps2 (górny wykres) oraz 0.021 ps2 (dolny wykres). Dla dyspersji 0.014 ps2 uzyskano
generację impulsów o długości 198 fs i szerokości pasma 60 nm. Wydłużenie włókna DCF, a co za tym idzie
– zwiększenie wypadkowej dyspersji (do 0.021 ps2) pozwoliło na generację jeszcze szerszych widm – aż do
100 nm (czas trwania impulsu: 371 fs). Są to aktualnie najszersze spektralnie impulsy osiągnięte z całkowicie
światłowodowego lasera tulowego o dyspersji normalnej.
Rys. 1. Po lewej: autokorelacja impulsów emitowanych przez zbudowany laser femtosekundowy oraz profil przestrzenny
wiązki. Po prawej: zdjęcie układu laserowego
[1] Y. Jeong, J. Sahu, D. Payne, and J. Nilsson, „Ytterbium-doped large-core fiber laser with 1.36 kW continuouswave output power,” Opt. Express 12, 6088 (2004)
[2] J. Szczepanek, T. M. Kardaś, M. Michalska, C. Radzewicz, and Y. Stepanenko, “Simple all-PM-fiber laser
mode-locked with a nonlinear loop mirror,” Opt Lett. 40, 3500 (2015).
[3] M. Laskownicki, J. Szczepanek,Y. Stepanenko, P. Skibiński, P.Wasylczyk, M. Nejbauer, C. Radzewicz, “Femtosecond fiber CPA system in a single pass configuration”, Photonics Letters of Poland 6, 8 (2014).
[email protected]
STL 2016
Rys. 1. Schemat lasera tulowego o dyspersji normalnej (a), wygenerowane widma optyczne oraz autokorelacje impulsów
wyjściowych dla dwóch wartości wypadkowej dyspersji (0.014 oraz 0.021 ps2) (b)
Prezentowane badania finansowane są ze środków Narodowego Centrum Nauki (decyzja nr DEC-2013/11/D/
ST7/03138).
[email protected]
RW2-4
RW3-1
Lasery włóknowe dużej mocy
Laserowo-plazmowe źródła miękkiego
promieniowania rentgenowskiego i skrajnego
nadfioletu (EUV) do zastosowań w nauce
i technologii
Grzegorz Chrobak, Łukasz Bigus
IPG Photonics Sp. z o.o., Gliwice
Intensywny rozwój technologii laserów włóknowych przez firmę IPG Photonics pozwolił na osiągnięcie sprawności energetycznej przekraczającej 50% dla laserów z serii YLS ECO. Optymalizacja poszczególnych parametrów, począwszy od długości fali oraz natężenia prądu diod pompujących w module laserowym (rys. 1),
poprzez usprawnioną konstrukcję bloku włóknowego, na dedykowanym zasilaczu skończywszy pozwoliła na
znaczące obniżenie zużycia energii elektrycznej całego układu. W porównaniu z konkurencyjnymi rozwiązaniami lasery YLS z serii ECO pozwalają na uzyskanie oszczędności energii na poziomie 60% dla pojedynczego
wykonanego seryjnie detalu produkcyjnego.
Rys. 1. Optymalizacja długości fali oraz natężenia prądu diod pompujących
Firma IPG Photonics wprowadziła na rynek innowacyjny system do wielowiązkowej obróbki materiałów.
System Trifocal pozwala na prowadzenie trzech niezależnych wiązek promieniowania laserowego w jednym
światłowodzie procesowym (rys. 2), co znacząco ułatwia zastosowanie systemu Trifocal w istniejących liniach
produkcyjnych. Wiązka główna pozwala na prowadzenie procesu spawania/lutospawania podczas gdy wiązki
poboczne (pomocnicze) prowadzą proces usuwania warstw tlenków (zanieczyszczeń) w precyzyjnie określonych obszarach złącza co pozwala na znaczącą poprawę własności zarówno wizualnych, jak i mechanicznych
złączy.
Rys. 1. Wielowiązkowy system laserowy Trifocal
STL 2016
Henryk Fiedorowicz, Andrzej Bartnik, Przemysław Wachulak, Roman Jarocki,
Jerzy Kostecki, Mirosław Szczurek, Daniel Adjei, Inam Ul Ahad, Mesfin Ayele, Tomasz Fok,
Ismail Saber, Anna Szczurek, Alfio Torrisi, ŁukaszWęgrzyński
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna,ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
W referacie przedstawione zostaną laserowo-plazmowe źródła promieniowania w zakresie widmowym miękkiego promieniowania rentgenowskiego i skrajnego nadfioletu (EUV), które zostały ostatnio opracowane
w Instytucie Optoelektroniki WAT na potrzeby zastosowań w różnych obszarach nauki i współczesnej technologii. Promieniowanie tych źródeł jest wytwarzane w plazmie wysokotemperaturowej powstającej w wyniku
oddziaływania nanosekundowych impulsów laserowych wielkiej mocy z materią w postaci tzw. impulsowej
tarczy gazowej (ang. gas puff target). Tarcze gazowe, formowane poprzez wstrzyknięcie niewielkiej porcji gazu
pod wysokim ciśnieniem, są naświetlane impulsami promieniowania wytwarzanymi w układach komercyjnych laserów typu Nd:YAG, generujących impulsy laserowe o czasie trwania od 1 ns do 10 ns i energii of 0,5
J do 10 J w pojedynczym impulsie, z częstością powtarzania impulsów 10 Hz. Tarcze gazowe są wytwarzane
za pomocą układu wysokociśnieniowych zaworów elektromagnetycznych, wyposażonych w specjalna dyszę
podwójną, która pozwala na formowanie dwustrumieniowej tarczy gazowej, umożliwiającej wytwarzanie
promieniowania rentgenowskiego i EUV z dużą wydajnością bez niszczenia i degradacji dyszy gazowej przez
plazmę. Źródła mogą być wyposażone w różnego typu układy optyczne do formowania i ogniskowania wiązki
promieniowania rentgenowskiego lub EUV. Jako układy optyczne zastosowano osiowosymetryczne elipsoidalne zwierciadła całkowitego zewnętrznego odbicia, zwierciadła wieloelementowe typu „oko raka” (ang. lobster eye) oraz interferencyjne zwierciadła elipsoidalne z pokryciem cienkimi warstwami Mo/Si. W prezentacji
zostaną omówione przykłady zastosowania tych źródeł w mikro- i nano-obróbce materiałów oraz modyfikacji
polimerów, w mikroskopii z nanometrową rozdzielczością przestrzenną, mikro-radiografii i tomografii impulsowej, w badaniach fotojonizacji gazów i wytwarzania plazmy niskotemperaturowej oraz w radiobiologii.
Referat obejmuje prace wykonane w latach 2010-2015, które były finansowane przez: Ministerstwo Nauki
i Szkolnictwa Wyższego (projekty EUREKA E! 3892 ModPolEUV oraz COST Action MP0601), Fundację Nauki
Polskiej (HOMING 2009 Programme), Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (program LIDER), Narodowe Centrum Nauki oraz Komisję Europejską (projekty Laserlab Europe, CEZAMAT i OPTOLAB oraz program EXTATIC).
[email protected]
[email protected]
RW3-2
Mocne, wysokoczęstotliwościowe źródło
impulsów o stabilnej CEP do badań w średniej
podczerwieni
Paweł Tadeusz Wnuk1,2,3, Harald Fuest2,3, Marcel Neuhaus2,3, Johannes Schoetz2,3, Mitra, Sambit2,3,
Michael Förster4, Peter Hommelhoff4, Matthias Kling2,3
Institute of Experimental Physics, Faculty of Physics, University of Warsaw, ul. Pasteura 5,
02-093 Warsaw, Poland
2
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, D-85748 Garching, Germany
3
Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, D-85748 Garching, Germany
4
Fraunhofer Institute for Laser Technology, Steinbachstrasse 15, 52074 Aachen, Germany
RW3-3
Wytwarzanie plazmy niskotemperaturowej
w wyniku fotojonizacji gazu impulsami
promieniowania źródeł laserowo-plazmowych
Andrzej Bartnik1, Wojciech Skrzeczanowski1, Tadeusz Pisarczyk2, Przemysław Wachulak1,
Tomasz Chodukowski2, Zofia Kalinowska2, Ismail Saber1, Łukasz Węgrzyński1,
Tomasz Fok1, Henryk Fiedorowicz1
1
Parametryczne wzmacnianie impulsów femtosekundowych stanowi obecnie jedną z najbardziej obiecujących
ścieżek prowadzących do generacji intensywnych mocy szczytowych, często przekraczających moc petawatów
(1015 W). Ze względu na naturę procesów parametrycznych, pozbawione są one absorbcji na fali lasera pompującego, a tym samym efekty termiczne są znacznie mniejsze niż w typowych wzmacniaczach laserowych.
Dzięki temu możliwe jest rozwijanie źródeł laserowych o wysokich mocach średnich, na różnych długościach
fal, przy jednoczesnym zachowaniu szerokiego spektrum, niezbędnego do generacji krótkich impulsów femtosekundowych. W niniejszym wystąpieniu przedstawiony zostanie układ laserowy służący do generacji femtosekundowych impulsów laserowych w zakresie średniej podczerwieni. Źródłem zasiewającym jest femtosekundowy oscylator światłowodowy, połączony z dwustopniowym przedwzmacniaczem światłowodowym.
Główny stopień wzmocnienia impulsów pompujących stanowi wzmacniacz w technologii Innoslab oparty
na krysztale iterbu, pozwalający generować impulsy o czasie trwania 1000 fs przy mocy średniej powyżej
400 W [1]. Wzmocnione impulsy dzielone są na trzy kanały, przy czym pierwszy służy do generacji superkontinuum (źródło zasiewające) drugi kanał jest przetwarzany na drugą harmoniczną służącą do wzmacniani
superkontinuum, w zakresie 620-740 nm. Tak wzmocnione widmo następnie wykorzystywane jest, jako wiązka pojmująca do kolejnego stopnia wzmacniania parametrycznego, gdzie generowana jest różnica częstości
z trzecim kanałem wiązki pompującej. W wyniki procesu generacji różnicy częstości, generowane jest widmo
w zakresie fal 1600-2500 nm – pozwalające na generację impulsów o trzech oscylacjach pola elektrycznego.
Dzięki wykorzystaniu różnicy częstości z impulsów pochodzących z tego samego źródła, generowane impulsy
posiadaj stabilną fazę obwiednia nośna (CEP) [2]. Przedstawione zostaną pierwsze rezultaty z wykorzystaniem
tak wygenerowanego silnego pola elektrycznego w układach nanometrycznych, dodatkowo wzmacniających
oddziaływujące pole elektryczne.
1. P. Russbueldt, T. Mans, G. Rotarius, J. Weitenberg, H. D. Hoffmann, and R. Poprawe, Opt. Express 17(15),
12230–12245 (2009)
2. C. Vozzi, G. Cirmi, C. Manzoni, E. Benedetti, F. Calegari, G. Sansone, S. Stagira, O. Svelto, S. De Silvestri,
M. Nisoli, and G. Cerullo, Opt. Express 14(21), 10109–10116 (2006).
[email protected]
STL 2016
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
2
Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Hery 23, 00-908 Warszawa
1
Niskotemperaturowa plazma wytwarzana w wyniku fotojonizacji atomów krótkofalowym promieniowaniem
w zakresie widmowym miękkiego promieniowania rentgenowskiego (ang. soft X-ray – SXR) i skrajnego nadfioletu (ang. extreme ultraviolet) jest ważnym przedmiotem badań astrofizycznych. Plazma taka występuje we
wszechświecie w przypadku bardzo wielu obiektów astronomicznych, np. w dyskach akrecyjnych, fotosferze
białych karłów, itp. Badania laboratoryjne tego typu plazmy, określane często w literaturze terminem astrofizyka laboratoryjna (ang. laboratory astrophysics) prowadzone są głównie z zastosowaniem wysokoenergetycznych urządzeń plazmowych (ang. high energy density - HED), wytwarzających impulsy promieniowania
SXR o gęstości mocy rzędu 1010 - 1011 W/cm2 [1-3]. Plazma wytwarzana za pomocą urządzeń typu HED charakteryzuje się temperaturą elektronową rzędu kilkudziesięciu eV. Plazmę o temperaturze o rząd niższej można
wytwarzać za pomocą impulsów promieniowania jonizującego generowanego za pomocą laboratoryjnych
źródeł laserowo-plazmowych [4,5].
Plazma niskotemperaturowa, poza badaniami w zakresie astrofizyki laboratoryjnej, jest także szeroko wykorzystywana w technologii. Jest ona wytwarzana za pomocą różnego typu standardowych generatorów
plazmowych, stosowanych np. do wytrawiania mikro- i nanostruktur w układach mikroelektronicznych oraz
mikromechanicznych. Jest też stosowana do modyfikacji powierzchni różnych materiałów w celu zmiany ich
własności optycznych, chropowatości, zwilżalności, poprawy biokompatybilności itp. Plazma w takich generatorach wytwarzana jest różnymi metodami, pod niskim ciśnieniem lub ciśnieniem atmosferycznym. Niezależnie jednak od metody wytwarzania i gęstości ośrodka gazowego, gęstość elektronowa plazmy, nie przekracza
wartości 1013 cm-3, a zwykle jest na poziomie 1011 cm-3. W przypadku plazmy niskotemperaturowej wytwarzanej impulsami SXR i EUV gęstości te mogą być nawet o kilka rzędów wielkości wyższe. W przeprowadzonych
ostatnio badaniach wykazano możliwość osiągnięcia gęstości elektronowej o wartości powyżej 1018 cm-3 [6]
Ponadto możliwe jest wytwarzanie w ten sposób plazmy reaktywnej, podobnie jak w standardowych generatorach plazmowych, która może być przydatna w procesach technologicznych.
W referacie przedstawione zostaną wyniki eksperymentalnych badań niskotemperaturowej plazmy wytwarzanej poprzez naświetlanie gazów impulsami promieniowania z zakresu skrajnego nadfioletu (EUV) generowanego w źródłach laserowo-plazmowych. Przedstawione zostaną wyniki pomiarów temperatury plazmy
uzyskane na podstawie rozkładów widmowych w zakresie EUV oraz UV/VIS a także gęstości elektronowej
z rozdzielczością czasowo-przestrzenną na podstawie pomiarów interferometrycznych.
Literatura
1. S. Fujioka et al., Nature Phys. 5 (2009) 821-825
2. H.G. Wei et al., Astrophys. J. 683, 577–583 (2008)
3. J.E. Bailey et al., J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 71, 157 (2001)
4. A. Bartnik et al., Physics of Plasmas 23, 043512 (2016)
5. A. Bartnik et al., Journal of Instrumentation 11, C03009 (2016)
6. A. Bartnik et al, Plasma Phys. Control. Fusion 58, 014009 (2015)
[email protected]
RW3-4
Generacja harmonicznych wyższych rzędów
w wyniku oddziaływania femtosekundowych
impulsów laserowych wielkiej mocy
z wielostrumieniową tarczą gazową
Tomasz Fok1, Łukasz Węgrzyński1, Victoria Nefedova2, Jaroslav Nejdl2,3,
Michaela Kozlova2,3, Andrzej Bartnik1, Przemysław Wachulak1,
Roman Jarocki1, Henryk Fiedorowicz1
1
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa, Polska
2
Instytut Fizyki AS CR, ELI Beamlines Project, Praga, Czechy
3
Instytut Fizyki Plazmy AS CR, Praga, Czechy
Generacja harmonicznych wyższych rzędów (ang. High-order Harmonic Generation - HHG) w rezultacie oddziaływania femtosekundowych impulsów laserowych z ośrodkami gazowymi jest jedną z metod wytwarzania spójnego promieniowania w zakresie widmowym miękkiego promieniowania rentgenowskiego (ang.
Soft X-ray Radiation - SXR) i skrajnego nadfioletu (ang. Extreme Ultraviolet - EUV).Wytwarzane w ten sposób
impulsy promieniowania o bardzo krótkim czasie trwania (w zakresie femto- i attosekund) znalazły zastosowanie w wielu obszarach nauki, np. w badaniach ultraszybkich procesów zachodzących w półprzewodnikach
i materiałach magnetycznych, bezsoczewkowym obrazowaniu dyfrakcyjnym z nanometrową rozdzielczością,
w badaniach dynamiki elektronów w molekułach metodami interferometrii, zasiewaniu (ang. seeding) impulsów w laserach na elektronach swobodnych (FEL). Jednakże dalsze możliwości stosowania tego typu źródeł
promieniowania w praktyce silnie zależą od zwiększenia efektywności generacji wysokich harmonicznych.
Jedną z metod poprawy efektywności konwersji energii impulsów laserowych na energię impulsów spójnego promieniowania w zakresie EUV jest zastosowanie efektu sprzężenia fazy promieniowania laserowego
i promieniowania harmonicznych, które występuje podczas oddziaływania impulsu laserowego z ośrodkiem
o zmiennym przestrzennym rozkładzie gęstości wzdłuż kierunku propagacji.
W pracy zostaną zaprezentowane wyniki badań generacji harmonicznych wyższych rzędów z zastosowaniem
wielostrumieniowej tarczy gazowej opracowanej w Instytucie Optoelektroniki WAT. Badania przeprowadzono
w ośrodku naukowym Prague Asterix Laser System (PALS) w Pradze oraz Zakładzie Techniki Laserowej IOE
WAT. Wykonane pomiary harmonicznych w zakresie długości fal około 30 nm (27., 29. i 31. harmoniczna)
wykazały wzrost wydajności generacji w porównaniu z ośrodkiem o stałym rozkładzie gęstości gazu.
Badania były współfinansowane w ramach 7. Programu Ramowego Komisji Europejskiej Laserlab Europe
284464, Akcji COST MP1203 STSM 210914-044488 oraz grantu dziekańskiego RMN 08-754.
[email protected]
RS1-1
Postępy fizyki silnych pól optycznych w Korei
Płd.
K. A. Janulewicz
Instytut Optoelektroniki WAT, Warszawa
Center for Femto-Atto Science and Technology, Advanced Photonics Research Institute,
GIST, Gwangju 500-712, South Korea
Prezentacja zawiera przegląd rozwoju laserów ultra-wysokich gęstości mocy w Korei Płd. Zaczynając z poziomu kilohercowych laserów na szafirze domieszkowanym Ti, będzie pokazana droga do obecnego poziomu
mocy szczytowej 4 PW i poważnych planow budowy lasera exawatowego. Informacja o parametrach wyjściowych istniejących sytemów laserowych będzie wsparta opisem zakresu badań z ich wykorzystaniem. Eksperymenty dotyczące przyspieszania elektronów i jonów prowadziły do rekordowych rezultatów. Plazmowe
lasery rentgenowskie zostały użyte do obrazowania mikroobjektów z wysoką rozdzielczością (30-50 nm). Te
dziedziny zostały wsparte przez fizykę wysokich gestości energii i attofizykę. Ta ostatnia ma zasadniczo długą tradycję w Korei i wciąż dostarcza wyniki najwyższej klasy. Używając niskoenergetyczne lasery udało się
uzyskać poprzez laserową mikroeksplozję w dielektrykach interesujące informacje o przejściach fazowych
w materiałach zawierających różne formy silikatów. Wreszcie, po raz pierwszy w Korei wykorzystano lasery
o wysokiej repetycji do generacji energetycznych fotonów dla celów dyfrakcji i spektroskopii rentgenowskiej.
Rys.1. Schemat systemu laserowego Ti:szafir 2x1 PW w CoRELS (Center for Relativistic Laser Science) w Gwangju
[email protected]
STL 2016
RS1-2
RS1-3
Laserowe akceleratory jonów
Źródła światła V generacji
Jan Badziak
Ryszard S. Romaniuk1
Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, Warszawa
Rozwój technologii laserów impulsowych, szczególnie intensywny w ostatnich dwu dekadach, zaowocował
zbudowaniem laserów generujących bardzo krótkie, pikosekundowe lub femtosekundowe impulsy światła
o mocach sięgających petawatów i natężeniach ~1020 – 1021W/cm2. W wyniku oddziaływania takich impulsów z materią (np. tarczą stałą) wytwarzana jest plazma , w której impuls laserowy indukuje bardzo silne
pole elektryczne o amplitudzie dochodzącej do 10 – 100 GV/cm. W tak silnym polu jony mogą być przyspieszane do energii przekraczającej 1GeV na odległości krótszej od 1 cm. Wiązki jonów wytwarzane w tego
rodzaju akceleratorze (akceleratorze laserowym) mają szereg unikatowych właściwości, których uzyskanie
w tradycyjnych akceleratorach jonów jest bardzo trudne, a niekiedy niemożliwe. Należy do nich bardzo krótki czas trwania impulsu jonowego (~ 1ps lub krótszy) oraz bardzo duże natężenie, gęstość prądu i fluencja
wiązki jonów, których wartości mogą sięgać lub nawet przekraczać, odpowiednio, 1020 W/cm2, 1012A/cm2,
1020 jonów/cm2. Stwarza to możliwość różnorakich zastosowań wiązek jonów wytwarzanych w akceleratorach
laserowych w badaniach naukowych, medycynie i technologii.
W referacie omówione będą podstawowe metody laserowej akceleracji jonów, obecny stan badań w tym
zakresie oraz perspektywy rozwoju laserowych akceleratorów jonów związane między innymi z budową multi-petawatowych laserów femtosekundowych w ramach europejskiej infrastruktury laserowej ELI (Extreme
Light Infrastructure). Przedstawione zostaną niektóre wyniki badań prowadzonych nad laserową akceleracją
jonów w Polsce, w tym w Laboratorium Laserów Wielkiej Mocy IFPiLM. Zarysowane zostaną także perspektywy wykorzystania wiązek jonów wytwarzanych w akceleratorach laserowych w fizyce jądrowej, w badaniach
ekstremalnych stanów materii oraz w hadronowej terapii nowotworów.
[email protected]
STL 2016
Instytut Systemów Elektronicznych, WEiTI, Politechnika Warszawska,
Nowowowiejska 15/19, 00-665 Warszawa
1
Źródła światła koherentnego są jednym z podstawowych narzędzi badawczych w biologii, technice i innych
dziedzinach. Synchrotronowe źródło światła składa się z kilku podstawowych części: źródła energii którym
jest akcelerator wiązki elektronowej, konwertera wiązka elektronowa – wiązka fotonowa którym jest undulator, oraz fotonowych linii użytkowych. Każda z tych części osobno jest skomplikowanym urządzeniem podlegającym obecnie szybkiemu rozwojowi technologicznemu. Przyszłościowe źródła światła piątej generacji
bazują na zupełnie nowych rozwiązaniach wszystkich tych części podstawowych, w porównaniu ze źródłami
poprzednich generacji. Źródłem energii jest nowej generacji miniaturowy akcelerator laserowo-plazmowy
o polu elektrycznym rzędu setek GV/m. Miniaturowy undulator testowany jest w technologii MEMS z nowych
materiałów. Także testowane są undulatory plazmowe, wówczas znaczna część maszyny jest jednorodna
technologicznie. Klasyczne próżniowe i trudne do sterowania linie eksperymentalne i rozprowadzanie wiązki
światła zmieniają swoje znaczenie w przypadku dostępności miniaturowych undulatorów umieszczonych tuż
przy lub wewnątrz indywidualnej stacji eksperymentalnej. Po wstępie dotyczącym źródeł światła poprzednich
generacji, referat pokazuje bieżące kierunki badawcze nad wymienionymi częściami składowymi źródeł światła piątej generacji. W niektórych przypadkach jest to kontynuacja i modernizacja poprzednich technologii,
w większości jest to odważna próba zastosowania zupełnie nowych technologii jak akceleracji laserowo-plazmowej wiązki elektronowej. Młodzi uczeni z ISE PW biorą udział w pracach nad niektórymi elementami
takich przyszłościowych źródeł światła.
[email protected]
RS1-4
Generacja promieniowania z zakresu
średniej podczerwieni z wykorzystaniem
półprzewodnikowych laserów dyskowych
RS1-5
Stabilizacja wiązki w płaszczyźnie złącza
poprzez preferencję wysokiego modu bocznego
w diodach laserowych na pasmo 980 nm
Adam K. Sokół, Łukasz Piskorski, Robert P. Sarzała
Andrzej Maląg, Grzegorz Sobczak, Elżbieta Dąbrowska, Marian Teodorczyk, Andrzej Dąbrowski
Instytut Fizyki, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź, Polska
Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, 01-919 Warszawa, ul. Wólczyńska 133
W pracy dokonano numerycznej analizy możliwości wykorzystania półprzewodnikowych laserów dyskowych
(SDL, ang. semiconductor disk laser) do generacji promieniowania o długości fali z zakresu spektralnego średniej podczerwieni (3-5 μm). Zakres ten jest istotny z punktu widzenia takich zastosowań jak: bezprzewodowa
komunikacja w wolnej przestrzeni, diagnostyka medyczna, pomiary termowizyjne, spektroskopia laserowa
czy monitorowanie środowiska i detekcja gazów np. CO, CO2, NO, CH4. Lasery typu SDL stanowią z kolei szczególną rodzinę laserów półprzewodnikowych, które łączą w sobie zalety innych laserów półprzewodnikowych
oraz laserów dyskowych opartych na ciele stałym, dzięki czemu umożliwiają emisję promieniowania o stosunkowo dużej mocy i jednocześnie doskonałej jakości wiązki.
W pracy zbadane zostały dwa podejścia do generacji promieniowania z zakresu średniej podczerwieni z wykorzystaniem półprzewodnikowych laserów dyskowych. Pierwsze z nich polega na użyciu lasera wykonanego w technologii antymonkowej do bezpośredniej emisji w pożądanym zakresie spektralnym. Wstępne wyniki symulacji
(rys. 1a) pokazują, że teoretycznie, poprzez odpowiedni dobór składu studni i barier, możliwe jest wykonanie obszarów czynnych laserów typu SDL, pozwalających na generację promieniowania o długości fali nie tylko z zakresu
3-4 μm, ale również z zakresu 4-5 μm. Drugie podejście polega na wykorzystaniu dwufalowego lasera typu SDL do
generacji częstotliwości różnicowej (DFG, ang. difference frequency generation), która odpowiadałaby długości fali
z zakresu średniej podczerwieni. Laser ten miałaby wykorzystywać dwa oddzielne arsenkowe obszary czynne InGaAs/GaAs i GaInNAs/GaAs do jednoczesnej generacji promieniowania o dwóch różnych długościach fali z zakresów
spektralnych od 900 do 1040 nm i od 1250 do 1400 nm, a częstotliwość różnicowa byłaby generowana w krysztale
nieliniowym umieszczonym wewnątrz wnęki rezonansowej. Rysunek 1b pokazuje, że poprzez odpowiedni dobór
długości fal emitowanych przez laser, metoda ta umożliwiałaby teoretycznie pokrycie całego zakresu spektralnego
średniej podczerwieni 3-5 μm.
Stabilizacja wiązki w płaszczyźnie złącza w szerokopaskowych diodach laserowych (DL - dużej mocy) jest ciągle
przedmiotem poszukiwań konstrukcyjnych i technologicznych. Najczęściej proponowane są różne rozwiązania mające na celu stabilizację podstawowego modu bocznego w jak najszerszym zakresie wysterowań DL.
Do takich rozwiązań należą struktury ‘flared waveguide’, a ostatnio np. struktury z kontrolowanym termicznym efektem falowodowym. Rozwiązania te są ciągle w fazie badań. Proponowane tu rozwiązanie polega na
wbudowaniu w heterostrukturę laserową na pasmo 980 nm lateralnej struktury periodycznej (LSP, złożonej
z N par naprzemiennych pasków przewodzących i izolujących, jak na Rys. 1) w płaszczyźnie złącza. Przy odpowiednich parametrach procesu technologicznego zapewnia to preferencję modu bocznego o numerze n = N-1
(gdy n = 0 jest modem podstawowym). Jest to działanie inne niż tzw. matryc sprzężonych fazowo (phase-locked arrays), choć konstrukcyjnie struktury wydają się podobne. Struktura periodyczna wymusza stabilność
n-tego modu (o nieco większej rozbieżności niż modu podstawowego) w szerokim zakresie wysterowań, co
stabilizuje rozkład kątowy - średnicę wiązki i często jej profil. Jest to pokazane na Rys. 2, gdzie porównano
DL szerokopaskową o rosnącej rozbieżności ze wzrostem prądu sterującego oraz DL z LPS (N = 18), w której
położenie kątowe maksimów modu n = 17 (± 5°, definiujące rozbieżność) jest stałe. Szczegóły konstrukcji LSP
decydują o możliwych profilach wiązki, co zostanie szerzej omówione.
Rys. 1. a) Rozkłady wzmocnienia studni GaInAsSb o różnych składach dla bariery Al0.30Ga0.70As0.02Sb0.98.
b) Zależność długości fali możliwej do otrzymania w wyniku generacji częstotliwości różnicowej od długości fali długiej
dla różnych długości fali krótkiej w zakresie emisji obszarów czynnych InGaAs/GaAs i GaInNAs/GaAs
Podziękowania
Projekt został częściowo sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie
decyzji numer: DEC-2014/15/N/ST7/05290 i DEC-2012/07/D/ST7/02581.
[email protected]
STL 2016
Rys.1.Fotofrafia SEM ujawnionej chemicznie LPS o module Λ=9 μm w płaszczyźnie
równoległej do powierz -chni luster. Jest
tu 18 pasków aktywnych przedzielonych
paskami izolacyj- nymi otrzymanymi przez
implant. He
Rys. 2. Rozkłady kątowe promieniowania DL szerokopaskowej (po lewej) oraz DL z LSP o N = 18 (po prawej) preferującej
mod n = 17,reprezentowany przez boczne maksima, których położenie kątowe jest stałe
Praca wykonana w ramach projektu statutowego ITME.
[email protected]
RS2-1
RS2-2
Laserowa mikroobróbka polimerów
biodegradowalnych
Laserowa selektywna strukturyzacja
powierzchni przewodzących
Arkadiusz J. Antończak1, Bogusz D. Stępak2, Katarzyna Łęcka1, Krzysztof M. Abramski1
Wydział Elektroniki, Grupa Elekroniki Laserowej i Światłowodowej, 2Wydział Elektorniki Mikrosystemów
i Fotoniki, Politechnika Wrocławska Wyb. Wyspiańskiego 27, 50-327 Wrocław
Paweł E. Kozioł1, Michał Walczakowski2, Tomasz Baraniecki1
1
Oddziaływanie promieniowania laserowego na polimery charakteryzują dwa główne mechanizmy. Gdy energia fotonu jest wystarczająco wysoka (kilka eV), by bezpośrednio zerwać wiązania, naświetlony polimer dysocjuje na drodze fotolitycznej. Dla niższych energii w zależności od długości fali wzbudzane są wyższe stany
energetyczne bądź w obrębie podsieci elektronowej (głównie pasmo UV), bądź w wyniku bezpośredniego
sprzężenia foton-fonon (zakres MIR) wprost poprzez polaryzację jonów. Jeśli tempo wzbudzania włączając
w to zarówno czas trwania, jak i repetycję impulsu jest wolniejsze od termalizacji stanów wzbudzonych (~1012
s) dominującą rolę w procesie odgrywa temperatura prowadząc do termicznej dysocjacji makrocząstek.
Oba procesy pozwalają na modyfikację formy geometrycznej , jak również (celowo lub ubocznie) struktury
fizykochemicznej materiału.
W referacie zaprezentowane zostaną najnowsze osiągnięcia Grupy w zakresie laserowej mikroobróbki polimerów biodegradowalnych. Wyniki obejmować będą analizę możliwej do uzyskania jakości procesu (rys. 1),
jak również wpływu promieniowania laserowego (światłowodowy laser Yb:szkło 515 nm/515 fs; ekscymerowe lasery ArF i KrF 193 i 248 nm/~6 ns oraz lasera CO2 10,6 µm/kilkadziesiąt µs) na wybrane fizykochemiczne
własności materiału.
Wrocławskie Centrum Badań EIT+, ul. Stabłowicka 147, 54-066 Wrocław
Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Optoelektroniki, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
1
2
Na przestrzeni ostatnich kilku lat obserwuje się powszechną miniaturyzację urządzeń elektronicznych, wynikająca głównie z rosnącego zapotrzebowania na coraz mniejsze i bardziej funkcjonalne urządzenia codziennego użytku. Postęp w tej dziedzinie nie byłby możliwy bez zastosowania zaawansowanych technologii, czy też
nowych materiałów. Obecnie prace koncentrują się głównie na opracowaniu technologii nad wytwarzaniem
tanich elementów przewodzących na powierzchniach giętkich materiałów dielektrycznych, które coraz częściej znajdują szerokie zastosowanie w nowoczesnej elektronice, czy fotowoltaice. Najczęściej do realizacji
tego typu struktur wykorzystuje się technologię fotolitografii, która ze względu na złożoność procesów jest
czasochłonna, co przekłada się również na wysoki kosztów technologiczny. Dlatego istnieje potrzeba poszukiwania alternatywnych sposobów wytwarzania struktur przewodzących na powierzchni dielektryka.
Naszą propozycją jest wykorzystanie mikroobróbki laserowej do wytwarzania tego typu struktur w skali mikro
w procesie selektywnego usuwania warstwy przewodzącej z powierzchni materiałów gientkich. Proces obróbki laserowej zależy w głównej mierze od interakcji promieniowania laserowego z powierzchnią materiału
i może mieć charakter nietermiczny (ablacja fotochemiczna) lub termiczny (ablacja fototermiczna) poprzez
topienie i odparowanie materiału, co wynika z długości zastosowanego promieniowania i jego stopnia absorpcji przez materiał oraz czasu oddziaływania pojedynczego impulsu laserowego. Za sprawą umiejętnego
dobrania parametrów procesu tj. moc promieniowania, częstotliwość repetycji, prędkość skanowania czy
krotność możliwe jest całkowite usunięcie warstwy przewodzącej np. miedzi z powierzchni dielektryka bez jej
modyfikacji. Główną zaletą proponowanej metody jest możliwość odwzorowania dowolnych prototypowanych układów bez konieczności przygotowywania dodatkowych elementów w postaci maski itp., co znacznie
przyśpiesza proces projektowania nowych układów. Przykładem zastosowania tej metody jest wytworzenie
struktury filtru wykazującego swoje pasmo pracy w zakresie fal terahercowych.
Podziękowania
Prowadzone prace były finansowane ze środków własnych Wrocławskiego Centrum Badań EIT+.
[email protected]
Rys. 1. Przykład obrazujący różnice w możliwej do uzyskania jakości mikroobróbki PLLA (fragment przęsła biodegrowalnego stenta naczyniowego) wykonanego przy wykorzystaniu lasera: a) CO2 (P = 3,7 W;
V = 4,3 cm/s; PRR = 1 kHz, ω0 = 62,5 µm) [1] oraz b) ArF (F = 1,5 J/cm2 V = 12 µm/s; PRR = 70 Hz, W0 = 50 µm)
Prezentowane badania finansowane są ze środków statutowych Katedry Teorii Pola, Układów Elektronicznych
i Optoelektroniki na Wydziale Elektroniki PWr: S500-44. Część badań przeprowadzono we współpracy z Instytutem Fraunhofera IWS w Dreźnie.
[1] Stępak B., Antończak A.J., et al., Fabrication of a polymer-based biodegradable stent using a CO2 laser,
Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2014, Vol. 14, No. 2, 317–326.
[email protected]
STL 2016
RS2-3
Laserowe odwzorowanie struktur
w cienkowarstwowych przewodnikach
transparentnych
Ryszard Pawlak1, Mariusz Tomczyk1, Maria Walczak1
1
RS2-4
Laserowe mikro-strukturowanie powierzchni
do zastosowań w inżynierii materiałowej
i biomedycznej
Antoni Sarzyński1, Krzysztof Czyż1, Jan Marczak†, Antoni Rycyk1, Marek Strzelec1, Danuta Chmielewska2
Politechnika Łódzka, Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej,
ul. Stefanowskiego 18/22; 90-924 Łódź
Transparentne przewodniki cienkowarstwowe znajdują szerokie zastosowanie w nowoczesnych urządzeniach
fotowoltaicznych, organicznych diodach elektroluminescencyjnych, tranzystorach organicznych, płaskich wyświetlaczach, pasywnych elementach elastycznej i drukowanej elektroniki, sensorach. Największe znaczenie
praktyczne mają warstwy tlenku indowo-cynowego (ITO), tlenku cynkowego domieszkowanego aluminium
(AZO), ostatnio intensywnie badany graphen, a także warstwy nanorurek węglowych (CN) oraz przewodzące
polimery (polianilina, PEDOT:PSS). Warstwy te wytwarzane są z zastosowaniem technik próżniowych (fizyczne
osadzanie z fazy gazowej PVD, osadzanie chemiczne warstw atomowych ALD), metodami elektrochemicznymi
lub techniką sol-gel. Uzyskanie w tych warstwach elementów funkcjonalnych o określonym kształcie i wymiarach wymaga zastosowania metod zapożyczonych z technologii mikroelektronicznych (maskowanie, naświetlanie, trawienie), które mogą być jednakże zastąpione przez bezpośrednie odwzorowanie laserowe (laser
patterning). W artykule zaprezentowano wyniki laserowego ablacyjnego kształtowania elementów w warstwach ITO, ITO/Ag/ITO, AZO osadzanych na różnych podłożach z wykorzystaniem lasera światłowodowego IR
generującego impulsy nanosekundowe. Szczególnie istotne okazało się opracowanie optymalnych warunków
procesu z uwagi na różną grubość warstwy badanych przewodników transparentnych (rzędu 100-300 nm),
różną absorpcję wiązki laserowej i rodzaj podłoża (folia poliestrowa, Kapton, szkło). Po laserowym usunięciu
warstwy przeprowadzono badania właściwości optycznych podłoży oraz badania właściwości dielektrycznych. Poddano ewaluacji precyzję odwzorowania kształtów wytworzonych elementów. Zbadano właściwości
funkcjonalne elementów pasywnych, które potwierdziły przydatność bezpośredniego laserowego odwzorowania elementów w warstwach przewodników transparentnych z wykorzystaniem nanosekundowego lasera
światłowodowego IR.
Rys. 1. Struktury wytworzone w transparentnych przewodnikach warstwowych: a – układ elektrod w warstwie ITO/Ag/ITO
do struktur OLED, na tle pobudzony do świecenia 1 element; b – termorezystor w warstwie ITO na tle charakterystyki
względnej zmiany rezystancji w funkcji temperatury, zakres kriogeniczny
1
Instytut Optoelektroniki WAT, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, ul. Postępu 9, 02-676 Warszawa
2
Promieniowanie laserowe jest stosowane m.in. do powierzchniowej obróbki różnych materiałów. W Instytucie Optoelektroniki WAT, pod kierunkiem nieżyjącego już Profesora Jana Marczaka, podjęto szereg prac
w dziedzinie laserowej obróbki materiałów. Spośród nich na szczególne uznanie zasługuje sztandarowe dzieło
Profesora Jana Marczaka: wdrożenie w Polsce laserowej metody czyszczenia dzieł sztuki. Kolejny duży projekt
dotyczył metody bezpośredniej laserowej litografii interferencyjnej. Te dwa projekty były już szeroko omawiane na wielu krajowych i zagranicznych konferencjach naukowych. Będą także omawiane na STL2016.
Poza tymi dwoma projektami w Laboratorium Zastosowań Laserów prowadzono wiele innych prac, z których
kilka zostanie przedstawionych na Konferencji STL2016 . Były to m.in. laserowe umacnianie udarowe (projekt
zrealizowany z inicjatywy dr. W. Napadłka), laserowe zdobienie ceramiki i szkła (trzy projekty zrealizowane
wspólnie Instytutem Ceramiki i Materiałów Budowlanych), interferencyjne strukturowanie implantów medycznych (wspólnie z Politechniką Warszawską), badanie adhezji cienkich warstw (projekt realizowany wspólnie z IPPT PAN), strukturowanie warstw DLC do hodowli komórek mięśni gładkich i śródbłonka (wspólnie
z IMIM PAN), grawerowanie szkła do zastosowań mikrofluidycznych czy wreszcie wytwarzanie mikrosit
w foliach metalowych do separacji krążących komórek nowotworowych w krwi.
Na rysunku 1 zamieszczono kilka fotografii ilustrujących niektóre z wymienionych prac. Dla potrzeb eksperymentów laserowego umacniania udarowego wykonywano m.in. pomiary i modelowanie numeryczne
amplitudy fali naprężeń wzbudzanej przez impuls promieniowania laserowego (rys.1a). Wykonywano prace
dotyczące laserowego zdobienia szkła (rys.1b). W folii miedzianej o grubości 18 i 35 µm wykonywano sita do
separacji krążących komórek nowotworowych. Otwory o średnim wymiarze 11 µm, były wiercone metodą
perkusyjną. Stosowano od 10 do 30 strzałów na otwór. W okręgu o średnicy 17 mm wiercono około 100 tysięcy otworów, w odstępie około 50 µm.
Rys.1 Przykłady niektórych technologii opracowanych w Laboratorium Zastosowań Laserów IOE WAT.
a) pomiar i modelowanie amplitudy fal naprężeń; b) laserowe zdobienie szkła;
c) wytwarzanie mikrosit w folii miedzianej (średnica otworu 11 µm, odstęp między otworami 50 µm)
[email protected]
[email protected]
STL 2016
RS2-5
Modelowanie przetapiania laserowego
liniowym źródłem ciepła
Zygmunt Mucha, Krystian Mulczyk
Centrum Laserowych Technologii Metali Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce Al. 1000-lecia P.P. 7
Prezentowany artykuł zawiera opis modelu analitycznego głębokiego przetapiania laserowego wykorzystującego
liniowe źródło ciepła oraz porównanie wyników modelowania z eksperymentem laserowego przetapiania płyt stalowych wiązką lasera CO2 o mocy maksymalnej 6 kW. Prezentowany model jest rozwinięciem modelu z roku 1973
[1], który zakładał znajomość szerokości przetopu. W pracy wykorzystane jest rozwiązanie równania przewodnictwa dla liniowego źródła ciepła [2], gdzie występuje izoterma wrzenia i izoterma topnienia. Głównym założeniem
modelu jest warunek, że maksymalna szerokość izotermy wrzenia jest równa średnicy wiązki laserowej w ognisku.
Natomiast szerokość przetopu określona jest maksymalną szerokością izotermy topnienia. Pozwala to na określenie podstawowych parametrów charakterystycznych uzyskanego przetopu, tj. głębokości przetopu, jego szerokości
oraz współczynnika smukłości spoiny w funkcji prędkości przetapiania oraz mocy wiązki laserowej. Uzyskane rezultaty w formie bezwymiarowej umożliwiają zastosowanie modelu dla szerokiego zakresu materiałów i pozwalają na określenie optymalnych parametrów dla wystąpienia zjawiska kanałowego. Na tej podstawie możliwe było
uzykanie zależności energii liniowej (stosunek mocy lasera do prędkości przetapiania) i smukłości przetopienia od
prędkości. Wyniki teoretyczne zostały porównane z doświadczalnymi. Na rys. 1 pokazano zależność głębokości
przetopu od prędkości.
RS3-1
Mikrostruktura oraz własności mechaniczne
superstopu Inconel 718 przetwarzanego
technologią selektywnej laserowej
mikrometalurgii proszków SLM
Jarosław Kurzac1, Konrad Gruber1, Bogumiła Kuźnicka1, Tomasz Kurzynowski1, Edward Chlebus1
Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Technologii Laserowych,
Automatyzacji i Organizacji Produkcji
1
Selektywna laserowa mikrometalurgia proszków (ang. Selective Laser Melting, SLM) jest technologią, której
charakterystyka oferuje wiele atutów w porównaniu do tradycyjnych metod wytwarzania. Do szczególnych
zalet technologii SLM nalezą m.in. niskie zużycie materiału, możliwość wytwarzania części o wysokiej złożoności geometrycznej niemożliwych do wytworzenia innymi technologiami. Z tego powodu technologią SLM
są zainteresowane szczególnie przemysł lotniczy oraz kosmiczny. Inconel 718 jest jednym z najchętniej stosowanych superstopów w przemyśle lotniczym, energetycznym i kosmicznym. Stop ten jest żarowytrzymały
i żaroodporny, posiada wysoką wytrzymałość na pełzanie wysokotemperaturaowe (do 700°C). Inconel 718
jest przeznaczany do dwuetapowej obróbki cieplnej (przesycanie, a następnie starzenie), dzięki której osiąga
optymalne własności poprzez umocnienie wydzieleniowe. Ze względu na charakterystyczny przebieg chłodzenia stopu w trakcie procesu technologicznego, oraz powstającą w jego wyniku mikrostrukturę stopu, Inconel
718 wymagana zindywidualizowanego podejścia do procesu obróbki cieplnej.
Rys. 1. Mikrostruktura stopu Inconel 718 w a) stanie surowym. LM, b) po dobranej obróbce cieplnej. LM
Rys. 1. Wykres bezwymiarowej głębokości przetopu L odniesionej do bezwymiarowej mocy wiązki Q,
w zależnosci od prędkości przetapiania S. Linie ciągłe - rozwiązanie teoretyczne
Podziękowania
Badania przedstawione w niniejszym artykule zostały dofinansowane w ramach grantu badawczego Narodowego Centrum Badań i Rozwoju pod tytułem „Laserowe formowanie cienkościennych profili wspomagane
mechanicznie” (Nr PBS3/A5/47/2015).
[1] Swifthook D.T., Gick E.E.F., Welding Res Supl 492s -498s Nov 1973.
[2] Rosenthal D. Trans ASME 849-866 1946.
STL 2016
W pracy przedstawiono wpływ procesu SLM na mikrostrukturę oraz własności mechaniczne stopu Inconel
718 w stanie surowym po procesie oraz w stanie obrobionym cieplnie z różnymi parametrami. Mikrostrukturą
stopu Inconel 718 w stanie surowym (bezpośrednio po procesie SLM) jest niejednorodny, przesycony roztwór
stały fazy g (austenit niklowy). Występuje on w postaci ziaren kolumnowych o ukierunkowanym wzroście
oraz wewnętrznej mikrosegregacji i dezorientacji subziarn. Dobrana obróbka cieplna umożliwia osiągnięcie
drobnych, zbliżonych do równoosiowych jednorodnych ziarn austenitu niklowego. Badania własności mechanicznych przeprowadzono dla próbek wytwarzanych w czterech orientacjach 0°, 45°, 45°x45°, 90° względem
kierunku wytwarzania.
[email protected]
[email protected]
RS3-2
Właności tytanu modyfikawanego renem
przetworzonego technologią laserowej
mikrometalurgii proszków
Robert Dziedzic1, Bogumiła Kuźnicka1,Jarosław Kurzac1, Tomasz Kurzynowski1, Edward Chlebus1
1
W pracy przedstawiono wyniki badań na modyfikowaniem własności materiałowych czystego tytanu dodatkiem renu z wykorzystaniem technologii laserowej mikrometalurgii proszków (ang. Selective Laser Melting,
SLM). Techhnolgia SLM jest coraz powszechniej wykorzystywana na skalę przemysłową, a najczęściej wykorzystywanym materiałem jest tytan i jego stopy (głównie Ti6Al7Nb i Ti6Al4V) o sfeycznych czastkach i odpowiednim uziarnieniu. Wyniki przeprowadzonych badań pokazują że technologia SLM może być również wykorzystywana podczas przetwarzania mieszanin proszków charakteryzujących się cząstkami o nieregularnych
kształtach i nie wykazujących sypkości. Na rysunku 1a przedstawiono użyty w badaniach proszek renu oraz
przełom pojedynczej cząstki renu na przełomie próbki wykonanej ze stopu Ti-6% wag. Re (rysunek 1b).
RS3-3
Wpływ strategii skanowania na mikrostrukturę
i własności mechaniczne stali nierdzewnej
316L (1.4404) przetwarzanej w procesie
selektywnej laserowej mikrometalurgii
proszków (SLM)
Konrad Gruber*1, Jarosław Kurzac1, Wojciech Stopyra1, Edward Chlebus 1
1
Technologia selektywnej laserowej mikrometalurgii proszków (ang. Selective Laser Melting; SLM) jest przedstawicielem przyrostowych metod wytwarzania (ang. Additive Manufacturing; AM). Umożliwia warstwowe
wytwarzanie wyrobów, poprzez selektywne laserowe przetapianie proszków metali. Metoda SLM pozwala na
uzyskiwanie kompleksowych obiektów fizycznych w czasie jednego, zautomatyzowanego procesu wytwórczego. Dynamiczny rozwój technik AM, na który składa się coraz szersze spektrum stosowanych materiałów,
większa dostępność urządzeń oraz nowe możliwości aplikacyjne powoduje, że w wielu ośrodkach naukowych
na świecie prowadzi się badania nad ich rozwojem.
Elementy wytwarzane w technologii SLM, wykazują najczęściej charakterystyczną strukturą ziarn kolumnowych, rosnących epitaksjalnie zgodnie z kierunkiem poruszania się platformy roboczej urządzenia w czasie
wytwarzania. Ich orientacja silnie zależy od strategii skanowania warstwy proszku, w której skład wchodzą
parametry technologiczne takie jak: moc lasera i średnica wiązki lasera, czy kolejność skanowania wiązki na
kolejnych przekrojach elementu. W zależności od zastosowanego zestawu parametrów, możliwe jest uzyskanie silnej tekstury krystalograficznej {001}, równoleglej do kierunku wytwarzania, lub skrócenie długości ziarn
i rozproszenie ich orientacji.
Rys. 1. a) Proszek renu o kształcie płatkowo-gąbczastym; b) przełom przez cząstkę renu na powierzchni przełomu próbki
Ti-2% wag. Re wtworzonej z wykorzystaniem technologii SLM. SEM
Nieliczne badania literaturowe pokazują że już niewielki dodatek renu w bardzo korzystny sposób poprawia własności tytanu (poprawia stabilnośc wysokotemperaturową oraz wyraźnie podności własności
mechaniczne). Autor przeprowadził badania weryfikujące korzystne działanie renu na tytan. Przeprodzono
badania mikrostruktury, badania własności mechanicznych, określono zawartość kluczowych dla stopów tytanu pierwiastków międzywęzłowych oraz przeprowdzono badania odporności wysotemperaturowej sprawdzające korzystny wpływ renu na zwiększenie stabilnosci termicznej mikrostruktury oraz podatności do powstawania na powierzchni próbki zjawiska określanego jako „alfa case”.
[email protected]
Rys. 1. Mikrostruktura stali 316L (1.4404) dla różnych strategii skanowania SLM. a) Struktura ziarn kolumnowych o małej
dezorientacji – LM; b) Struktura ziarn kolumnowych o dużej dezorientacji - SEM
W niniejszej pracy przedstawiono wpływ wybranych strategii skanowania na mikrostrukturę stali 316L
(1.4404) oraz jej własności mechaniczne wyznaczone w statycznej próbie rozciągania, dla różnych stanów
wytworzenia (stan surowy i po obróbce odprężającej; silna i słaba tekstura krystalograficzna; różne orientacje
krystałów kolumnowych względem osi rozciągania). Całość uzupełniono wynikami pomiarów twardości oraz
badaniami fraktograficznymi.
[email protected]
STL 2016
RS3-4
RS3-5
Laserowe spawanie stali austenitycznej
i martenzytycznej do pracy w podwyższonych
temperaturach
Bogdan Antoszewski, Hubert Danielewski, Justyna Kasińska, Włodzimierz Zowczak
Politechnika Świetokrzyska
W pracy przedstawione będą wyniki prac nad spawaniem laserowym stali stopowych do pracy w podwyższonych temperaturach. Są to stale stosowane w instalacjach kotłowych pracujących w w parametrach nadkrytycznych (w temperaturach przekraczających 560°C i ciśnieniach 27 Mpa). Spawanie tego rodzaju materiałów stwarza liczne problemy technologiczne. Należy do nich możliwość pojawienia się pęcherzy gazowych,
porowatości, podtopień, wycieków, pęknięć itd. Ponadto w przypadku spawania laserowego. ze względu na
niewielką średnicę wiązki laserowej wymagane jest staranne przygotowanie łączonych krawędzi i bardzo
precyzyjne pozycjonowanie. Obok możliwych wad spawalniczych, na jakość połączeń wpływa też struktura
metalograficzna materiału spoiny i strefy wpływu ciepła określająca właściwości wytrzymałościowe połączenia. W prezentowanej pracy omówione zostaną te trudności i przedstawione sposoby ich przezwyciężania.
Pokazane będą powstałe połączenia i struktury metalograficzne. Uzyskane wyniki potwierdzają przydatność
technologii laserowych do spawania stali do pracy w podwyższonych temperaturach.
Rys. 1. Połączenie rury ze stali martenzytycznej P91 (z lewej strony) z rurą ze stali austenitycznej TP347-HFG
Praca wykonana została w ramach projektu NCBiR nr PBS1/B5/13/2012 Technologie laserowego spawania
dla energetyki i ochrony środowiska
[email protected]
STL 2016
Laserowe kształtowanie cienkościennych
płaskowników wspomagane mechanicznie
Zygmunt Mucha1, Jacek Widłaszewski2, Piotr Kurp1, Krystian Mulczyk1
1
2
Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Warszawa ul. Pawińskiego 5 b
Ze względu na rosnące stosowanie stali ultrawysokowytrzymałych, wysokowytrzymałych stopów aluminium,
a także takich materiałów kruchych, jak stopy magnezu i stopy tytanu, w ostatnich latach rozwijane są procesy obróbki plastycznej z lokalnym podgrzewaniem. Wykorzystują one generalny spadek granicy plastyczności, a także zwiększenie płynięcia plastycznego tych materiałów w podwyższonej temperaturze. Termiczne
wspomaganie obróbki plastycznej pozwala znacząco powiększać okno parametrów technologicznych, stosować mniejsze siły, z mniejszym zużyciem maszyn i oprzyrządowania i z redukcją powrotnego odkształcenia
sprężystego [Duflou i in. 2006]. Obok innych źródeł ciepła, przedmiotem badań są możliwości wykorzystania
wiązki laserowej jako źródła precyzyjnie sterowanego pod względem lokalizacji i intensywności oddziaływania
[Gisaro i in. 2015]. Obecnie używane są diody laserowe dużej mocy i lasery włóknowe. Bezdotykowe metody
kształtowania blach, płyt i rur są w Polsce badane i rozwijane w Instytucie Podstawowych Problemów Techniki
PAN i w Centrum Laserowych Technologii Metali Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach i PAN nieprzerwanie
od 1987 roku [Frąckiewicz i in. 1987]. Metoda kształtowania laserowego polega na wywoływaniu deformacji
trwałych poprzez sterowanie naprężeniem termicznym. Oprócz zalet takich, jak brak kontaktu mechanicznego, łatwość kształtowania materiałów twardych i kruchych oraz brak powrotnego odkształcenia sprężystego,
metoda wymaga czasu na doprowadzanie i odprowadzanie ciepła. Artykuł prezentuje wstępne badania nad
mechanicznym wspomaganiem kształtowania laserowego. Są one nakierowane na kształtowanie obiektów
cienkościennych z materiałów kłopotliwych w obróbce plastycznej, jak żarowytrzymałe nadstopy niklu typu
Inconel stosowane w produkcji silników odrzutowych. Przeprowadzono badania doświadczalne i modelowanie teoretyczne zachowania cienkościennych płaskowników pod obciążeniem mechanicznym, poddanych
nagrzewaniu ruchomą wiązką laserową o przekroju prostokątnym. Proces został zamodelowany przy użyciu
metody elementów skończonych. Uwzględniono dyssypację ciepła drogą promieniowania i konwekcji. Wyniki
badań eksperymentalnych i modelowania teoretycznego pozwalają przeanalizować rolę parametrów oddziaływania na termoplastyczne zachowanie cienkościennych płaskowników.
Podziękowania
Badania przedstawione w niniejszym artykule zostały dofinansowane w ramach grantu badawczego Narodowego Centrum Badań i Rozwoju pod tytułem „Laserowe formowanie cienkościennych profili wspomagane
mechanicznie” (Nr PBS3/A5/47/2015). Obliczenia zostały wykonane przy wsparciu Interdyscyplinarnego Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego (ICM) Uniwersytetu Warszawskiego w ramach grantu
obliczeniowego nr G63-5.
[Frąckiewicz i in. 1987] Frąckiewicz H., Mucha Z. , Trąmpczyński W., Baranowski A., Cybulski A., Sposób gięcia
przedmiotów metalowych. Patent polski nr 155 358. Data zgłoszenia 1987-11-26.
[Duflou i in. 2006] Duflou J. R., Aerens R., Force reduction in bending of thick steel plates by localized preheating. Annals of the CIRP, Vol. 55/1/2006.
[Gisaro i in. 2015] Gisaro A., Barletta M., Venettacci S., Veniali F., Laser-assisted bending of sharp angles with
small fillet radius on stainless steel sheets: Analysis of experimental set-up and processing parameters. Laser
Manuf. Mater. Process. (2015) 2:57-73.
[email protected]
RC1-1
Lasery półprzewodnikowe vs diody LED
w diagnostyce i terapii medycznej
Andrzej Zając1,3 , Justyna Szymańska 2, Łukasz Gryko3
1
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, 00-908 Warszawa, ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2
2
Katedra Laseroterapii i Fizjoterapii Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Collegium Medicum
ul. Jagiellońska 13-15, 85-067 Bydgoszcz,
3
Wydział Elektryczny, Politechnika Białostocka, 15-351 Białystok, ul Wiejska 45D
W referacie omówione zostaną wybrane procedury diagnostyczne i terapeutyczne, w których standardowo
stosowane jest promieniowanie emiterów półprzewodnikowych - diod LED lub laserów półprzewodnikowych.
Przedstawione i porównane zostaną wyniki badań oddziaływania promieniowania laserów półprzewodnikowych i diod LED dużej mocy w typowych aplikacjach terapeutycznych i diagnostycznych. Zaprezentowane
zostaną ilościowe wyniki pomiarów szybkości proliferacji komórek śródbłonka naczyniowego (dla linii komórkowej HUVEC) i wydzielanie czynników angiogennych VEGF-A i TGF-β dla wybranych procedur terapii światłem uzyskane w zrealizowanych badaniach na liniach komórkowych z wykorzystaniem zaprojektowanego
i wykonanego zestawu emiterów promieniowania o programowalnych parametrach spektralnych i czasowych
- laserów półprzewodnikowych i diod LED dużej mocy z zakresu spektralnego 600 – 1000nm.
[email protected]
STL 2016
RC1-2
Dobór parametrów napromieniowania
ze źródła LED ludzkich mezenchymalnych
komórek macierzystych w celu stymulacji ich
wzrostu i proliferacji
Rafał Lewandowski, Elżbieta A. Trafny, Małgorzata Stępińska, Andrzej Gietka, Paweł Kotowski,
Monika Dobrzyńska, Mariusz P. Łapiński
Centrum Inżynierii Biomedycznej, Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa
Ludzkie mezenchymalne komórki macierzyste (hMSC) są stosowane w medycynie regeneracyjnej. Zwiększenie liczby hMSC dla potrzeb klinicznych uzyskuje się obecnie w hodowlach in vitro. Jednak proces ten nie jest
wystarczająco wydajny dla skutecznego zastosowania hMSC dla celów terapeutycznych. Dlatego w ostatnich
latach poszukuje się metod efektywnej stymulacji wzrostu i proliferacji komórek hMSC w odpowiednio krótkim czasie.
Celem pracy była ocena wpływu różnych warunków naświetlania oraz parametrów niskoenergetycznego promieniowania emitowanego z układu oświetlacza LED na stymulację wzrostu i proliferacji ludzkich mezenchymalnych komórek szpiku kostnego w warunkach in vitro.
Do badań użyto komórki hMSC PoieticsTM (Lonza) uzyskane ze szpiku kostnego. Hodowlę komórek in vitro
prowadzono w odpowiednich warunkach w Pracowni Biologii Molekularnej Centrum Inżynierii Biomedycznej WAT. Komórki przeznaczone do badań hodowano w płytkach titracyjnych z użyciem pożywki hodowlanej
MSCGMTM (Lonza). Po 48 godzinach od zaszczepienia komórek płytki naświetlano w oświetlaczu opracowanym w Zakładzie Technologii Optoelektronicznych Instytutu Optoelektroniki WAT, który zawierał 12 źródeł
LED emitujących promieniowanie o długości fali 630 nm. Płytki naświetlano jedno lub trzykrotnie. Badania
wykonano dla różnych wartości powierzchniowej gęstości energii i irradiancji. Komórki poddawano naświetlaniu w pożywce hodowlanej lub w PBS. Aktywność metaboliczną komórek hMSC oceniano w ciągu co najmniej
9 dni od naświetlania w wybranych punktach czasowych za pomocą testu PrestoBlue® (Invitrogen), który
odczytywano w czytniku Clariostar® (BMG Labtech).
Populacje komórek hMSC naświetlane promieniowaniem o długości fali 630 nm emitowanym ze źródła LED wykazywały większą aktywność metaboliczną w porównaniu z populacjami komórek nienaświetlanych, gdy powierzchniowa gęstość energii wynosiła 4 J/cm2, a irradiancja 17 mW/cm2. Komórki hMSC naświetlane w PBS wykazywały
większą aktywność metaboliczną w porównaniu z populacjami komórek naświetlanych w pożywce hodowlanej
MSCGM przy wartościach powierzchniowej gęstości energii wynoszącej 4 J/cm2 i powierzchniowej gęstości mocy
17 mW/cm2. Tempo proliferacji komórek naświetlanych jedno lub trzykrotnie było zbliżone.
Promieniowanie emitowane przez opracowane źródła LED może stymulować wzrost i proliferację ludzkich
komórek hMSC w warunkach hodowli in vitro tylko przy określonych parametrach energetycznych promieniowania oraz w określonych warunkach naświetlania.
[email protected]
RC1-3
Dermatological diode laser with wavelength
975 nm – its first applications for neurofibroma
and hemangiomas
L. Piechowski1, M. Sawczak1, W. Cenian1, J. Szymańczyk2,M. Jędrzejewska-Szczerska3 and A. Cenian1
1
The Szewalski Institute of Fluid-flow Machinery, Polish Academy of Sciences, Physical Aspects of Ecoenergy
Department, Fiszera 14, 80-952 Gdańsk
2
Medical University of Warsaw, Department of Dermatology, Koszykowa 82a, 02-008 Warszawa
3
Gdańsk University of Technology, Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics,
Department of Metrology and Optoelectronics, Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk
The newly developed pulsed/cw dermatological laser (with wavelength 975 nm) is applied for therapies
requiring deep penetration of tissue e.g. cutaneous (dermal) neurofibroma (Recklinghausen disease) and
hemangiomas. The compact laser design facilitates its easy transportation. Laser radiation is transmitted toward the application region by fiber 0.6 mm in diameter. The first results of cutaneous neurofibroma therapy
using a diode laser show an improvement compared with the case of Ho:YAG laser therapy - however this
needs to be verified by comparing the results for a larger number of patients.
Fig. 1. Dermatological laser and its application for cutaneous (dermal) neurofibroma
Acknowledgement
The authors acknowledge the financial support from the National Science Centre (NCN - Poland), projects
No. 2914/B/T02/2011/40, No. 2011/03/D/ST7/03540. MJS acknowledges also the support of COST Action
BM1205, as well as DS Programs of the Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, Gdańsk
University of Technology.
[email protected]
RC1-4
Sita molekularne jako metoda izolacji
krążących komórek nowotworowych
Paulina Natalia Osuchowska1, Antoni Sarzyński2, Marek Strzelec2, Zdzisław Bogdanowicz3,
Jan Marczak†, Mariusz Piotr Łapiński1, Elżbieta Anna Trafny1
Centrum Inżynierii Biomedycznej1 i Zakład Techniki Laserowej2 Instytutu Optoelektroniki,
Wydział Mechaniczny3,Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa
Izolacja krażących komórek nowotworowych CTCs (ang. Circulating Tumor Cells) z krwi ma istotne znaczenie
w diagnostyce nowotworów złośliwych oraz monitorowaniu odpowiedzi na leczenie. Dwa główne problemy
występujące podczas izolacji CTCs to ich niska liczebność w krwi (średnio w 1 ml krwi występuje 1 komórka
CTC) oraz brak jednej konkretnej cechy fenotypowej lub genotypowej, pozwalającej na ich identyfikację. Izolowanie CTCs może odbywać się na podstawie cech fizycznych tj. wielkości komórek (ISET, Isolation by Size of
Epithelial Tumor cells) lub właściwości biologicznych tych komórek (ekspresji specyficznych białek na ich powierzchni). W Zakładzie Techniki Laserowej IOE WAT ze stopu miedzi wykonane zostały sita o średnicy otworów 10,85±0,89 µm przeznaczone do izolacji komórek metodą ISET. Sito z liczbą otworów 100 000 w odstępie
50 µm wykonane zostało metodą precyzyjnego, perkusyjnego wiercenia laserowego (od 15 do 20 strzałów na
otwór) (rys.1). Wydajność filtracyjna sita określona została za pomocą kulek fluorescencyjnych o wymiarach 4
µm, 10 µm oraz 15 µm. Procesowi filtracji na omówionym sicie poddano również zawiesiny linii komórkowych
różnych typów nowotworów.
Rys. 1. a) Rozmieszczenie i statystyka otworów na sicie wykonanym w Zakładzie Techniki Laserowej IOE. Obrazowanie za
pomocą mikroskopu cyfrowego 3D HIROX KH8700; b) Komórka raka gruczołu krokowego DU-145 w otworze sita. Zdjęcie
wykonane w Centrum Inżynierii Biomedycznej za pomoca skaningowego mikroskopu elektronowego Quanta 250 FEG
firmy Fei
W wyniku procesu filtracji nie wyosobniono żywych komórek nowotworowych ani w przesączu, ani też na
powierzchni sita, niezależnie od badanej linii komórkowej. Na efektywność procesu filtracji komórek miały wpływ zarówno słaba biozgodność użytego materiału do produkcji sita, chropowatość i porowatość powierzchni sita, krytyczna średnica otworów oraz przebieg samego procesu filtracji. Dlatego w celu izolacji
bardzo rzadkich krążących we krwi komórek nowotworowych przewidywana jest w dalszych pracach istotna
optymalizacja wyżej wymienionych parametrów.
[email protected]
STL 2016
RC1-5
Ocena zmian w poziomie autofluorescencji
ludzkich komórek w hodowli in vitro
Monika Dobrzyńska1, Małgorzata Stępińska1, Rafał Lewandowski1, Andrzej Gietka2,
Mariusz P. Łapiński1, Elżbieta A. Trafny1
Centrum Inżynierii Biomedycznej1, Zakład Technologii Optoelektronicznych2,
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa
Autofluorescencja jest to zjawisko emisji światła przez naturalne związki zwane fluoroforami po absorbcji
energii o określonej długości fali. Do naturalnych fluoroforów występujących w komórkach należą m.in.: aminokwasy (tryptofan, tyrozyna), białka (elastyna, kolagen), koenzymy – organiczne cząsteczki biorące udział
w reakcjach enzymatycznych (flawiny, FAD, NADH, NADPH), związki makrocykliczne porfiryny oraz barwniki
lipofuscyny, produkty metabolizmu lipidów. Głównym źródłem autofluorescencji komórek są utlenione mitochondrialne związki flawinowe. Celem pracy było zbadanie zmian w metabolizmie czterech różnych linii
komórek ssaków w warunkach hodowli in vitro, wykorzystując zjawisko ich naturalnej autofluorescencji. Autofluorescencję komórek badano przy dwóch długościach fali dla wzbudzenia i emisji fluorescencji: dla zredukowanych pirymidyn (np. NADPH) przy wzbudzeniu 349 nm i emisji 450 nm oraz dla utlenionych związków
flawinowych przy wzbudzeniu 460 nm i emisji 540 nm. Badano ludzkie mezenchymalne komórki macierzyste
(hMSC) linii PoieticsTM (Lonza), komórki nabłonka gruczołu piersiowego MCF 10A (ATCC® CRL-10317™), komórki raka nabłonka gruczołu piersiowego T-47D (ATCC® HTB-133™) i komórki raka gruczołu krokowego DU
145 (ATCC® HTB-81™). Dla próbek kontrolnych mierzono poziomy autofluorescencji w płytkach hodowlanych,
w których inkubowano jedynie właściwe media hodowlane. Poziom autofluorescencji dla zredukowanych
pirymidyn nie przekraczał 100% autofluorescencji próbek kontrolnych u wszystkich badanych linii komórkowych. Dla utlenionych związków flawinowych najwyższy odsetek wartości autofluorescencji próbek kontrolnych uzyskano dla hMSC – mieścił się on w przedziale od 120 do 175% autofluorescencji próbek kontrolnych.
Zaobserwowane zjawisko wysokiej autofluorescencji komórek hMSC przy wzbudzeniu falą o długości 460 nm
i emisji przy długości fali 560 nm może zatem zostać wykorzystane do bezinwazyjnego monitorowania zmian
metabolicznych w hodowli ludzkich komórek macierzystych w warunkach in vitro.
RC2-1
Nowe systemy uzbrojenia i obrony w zakresie
energii skierowanej
Zygmunt Mierczyk, Krzysztof Kopczyński
Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Optoelektroniki, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2
Systemy broni skierowanej energii – BSE (ang. Directed Energy Weapons - DEW), to systemy obejmujące:
• technologie laserowe;
• technologie wykorzystujące generatory impulsu elektromagnetycznego (ang. High Power EMP Generators), systemy generacji mikrofal wysokiej energii HPM (ang. High Power Microwave);
• technologie posługujące się wiązkami cząstek naładowanych lub neutralnych wysokich energii (ang.
Charge Particles Beams lub Neutral Particles Beams).
• Realizowany od 2015 roku Program Strategiczny NCBiR „Nowe systemy uzbrojenia i obrony w zakresie
energii skierowanej” zakłada realizację następujących celów głównych:
• opracowanie technologii i urządzeń niezbędnych do budowy nowych systemów uzbrojenia i obrony
w zakresie energii skierowanej dla potrzeb Sił Zbrojnych RP;
• opracowanie metod i sposobów ochrony i obrony przed impulsami dla żołnierza i ludności cywilnej,
infrastruktury krytycznej państwa oraz uzbrojenia i sprzętu wojskowego;
• rozwój infrastruktury badawczej w zakresie nowych technologii związanych z generatorami promieniowania elektromagnetycznego, technologii materiałowych związanych z ochroną i obroną, aparatury pomiarowej i infrastruktury laboratoryjnej.
W referacie przedstawione zostaną podstawowe informacje dotyczące stanu zaawansowania i celów realizacyjnych pięciu projektów tworzących program strategiczny, ze szczególnym uwzględnieniem projektu „Laserowe Systemy Broni Skierowanej Energii, Laserowe Systemy Broni Nieśmiercionośnej”.
Prace dotyczące militarnych zastosowań laserów prowadzone są na całym świecie od czasu budowy pierwszego lasera. W laserowych systemach broni skierowanej energii stosuje się lasery dużej mocy i energii (HEL
- High Energy Lasers), generujące promieniowanie o mocach od dziesiątek do kilkuset kW. W referacie omówione zostaną główne cele realizowanego w Polsce projektu obejmującego m.in. opracowanie laserowego
systemu broni skierowanej energii, opracowanie układów wykrywania, przeciwdziałania i zabezpieczenia
przed laserowymi systemami broni skierowanej energii, opracowanie laserowych systemów broni nieśmiercionośnej i określenie zagrożeń związanych z użyciem tych systemów, w tym sposobów ich przeciwdziałania
oraz badania skutków oddziaływania laserowych systemów broni energii skierowanej z materiałami konstrukcyjnymi, urządzeniami techniki wojskowej, a także z tkanką biologiczną.
W ramach realizacji projektu prowadzone są prace naukowo-badawcze i wdrożeniowe nad nowymi układami
laserowymi, źródłami ich zasilania, systemami transmisji promieniowania, oddziaływaniem promieniowania
elektromagnetycznego o dużej wartości gęstości mocy i energii z materią, a także jego wpływ na systemy
optoelektroniczne. Ponadto tworzona jest baza danych dotyczących odporności wybranych struktur i materiałów, co z kolei przydatne będzie przy konstrukcji układów zabezpieczających i osłaniających.
Badania zostały sfinansowane przez NCBiR umowy nr. DOB-1-6/1/PS/2014 i DOB-1-3/1/PS/2014
[email protected]
Ryc. 1. Zmiany wielkości autofluorescencji czterech badanych linii komórkowych w ciągu 16 dni hodowli w warunkach
in vitro mierzonej dla utlenionych związków flawinowych (na zdjęciu obok – komórki linii raka nabłonka gruczołu
piersiowego MCF 10A)
[email protected]
STL 2016
RC2-2
Metoda optycznej transmisji danych
z wykorzystaniem laserów impulsowych
RC2-3
Laserowa transmisja danych z zastosowaniem
modulatora współczynnika odbicia
Tadeusz Drozd, Zygmunt Mierczyk, Marek Zygmunt, Jacek Wojtanowski
Piotr Knysak, Zygmunt Mierczyk, Marek Zygmunt, Maciej Traczyk
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, 00-908 Warszawa
ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2
Aktualnie użytkowane optyczne systemy transmisji danych najczęściej jako źródła promieniowania wykorzystują lasery pracujące w sposób ciągły. Powodem tego jest możliwa do uzyskania szybkość transmisji, łatwy
sposób modulacji oraz prostota implementacji. Lasery impulsowe wykorzystywane m.in. w przemyśle, medycynie lub w systemach militarnych, ze względu na impulsowy charakter generowanego promieniowania
w systemach transmisji danych nie znalazły zastosowania. Lasery impulsowe, w zależności od typu mogą generować impulsy o mocy wielokrotnie większej niż lasery CW, zatem bardzo atrakcyjna wydaje się możliwość
wykorzystania ich do transmisji danych, z uwagi na możliwość osiągnięcia większych zasięgów transmisji, lub
zapewnienia transmisji w pogarszających się warunkach atmosferycznych, dla których lasery CW transmisji
mogą już nie zapewnić. Nie bez znaczenia jest również możliwość zaimplementowania funkcji transmisji danych w urządzeniach już wykorzystujących lasery impulsowe, zwiększając funkcjonalność tego typu urządzeń.
W Instytucie Optoelektroniki WAT opracowano metodę transmisji danych wykorzystującą jako źródło promieniowania półprzewodnikowy laser impulsowy. W artykule przedstawiono opis opracowanej metody transmisji danych oraz analizy możliwej do uzyskania szybkości i zasięgu transmisji. Ponieważ, w celu weryfikacji
założeń teoretycznych przedstawionej metody opracowane i wykonane zostały moduły umożliwiające transmisję mowy i danych użytkowych, praca zawiera również opis budowy wykonanych urządzeń oraz wyniki
praktycznych testów zestawionego łącza optycznego, w tym badania elementowej stopy błędu oraz badania
zasięgowe.
[email protected]
W Instytutucie Optoelektroniki Wojskowej Akademi Technicznej od wielu lat opracowywane są urządzenia
wykorzystujące półprzewodnikowe lasery impulsowe. W ostatnim czasie zaistniała potrzeba opracowania
metody zwrotnego przekazywania informacji do modułu zawierającego nadajnik laserowy z zachowaniem
kierunku promieniowania. Wymagania postawione przed urządzeniem zaowocowały opracowaniem systemu, który bazuje na pasywnej modulacji promieniowania odbitego od powierzchni obiektu.
Artykuł przedstawia istotne kwestie związane z opracowaniem sytemu. Omawia zasadę transmisji danych
zarówno w kierunku od nadajnika laserowego, gdzie zastosowano modulację położenia impulsu, jak i w kierunku do nadajnka, gdzie następuje modulacja promieniowania odbitego.
Wyniki przedstawionych w artykule badań terenowych potwierdzają możliwość zastosowania opracowanej
metody, w obszarze cywilnym, do monitoringu i telemetrii urządzeń nieposiadających źródeł promieniowania. W zastosowanich militarnych system może służyć do identyfikacji obiektów własnych na polu walki z wykorzystaniem impulsowego dalmierza laserowego w roli elementu zapytania.
Rys. 1. Zasada przekazywania informacji pomiędzy elementami systemu
[email protected]
STL 2016
RC2-4
Badania skutków oddziaływania wiązki
laserowej wysokiej mocy z wykorzystaniem
metody Cyfrowej Korelacji Obrazu
M. Kujawińska1, K. Malowany1, M. Malesa1, P. Łapka2, J. Marczak3
Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, Politechnika Warszawska, ul. Św. A. Boboli 8, 02-525 Warszawa 2Instytut
Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska, ul. Nowowiejska 25, 00-665 Warszawa 3Instytut Optoelektroniki,
Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2,
00-908 Warszawa
1
W pracy zaprezentowano nowe podejście do analizy skutków oddziaływania wiązki laserowej dużej
mocy z materią. Podejście to polega na analizie map przemieszczeń i odkształceń, które generowane są na
powierzchni obiektu pod wpływem zjawiska przewodzenia ciepła. Zaletą przedstawionego podejścia jest
możliwość numerycznej analizy skutków oddziaływania na podstawie par obrazów cyfrowych, a nie bezpośredniej obserwacji wiązki padającej na detektor. Metoda może być wykorzystana m. in. do analizy rozkładu
mocy wiązce laserowej dużej mocy (w odróżnieniu od obecnie dostępnych systemów, metoda nie wymaga
mechanicznych elementów skanujących, lub osłabiania wiązki padającej na detektor). Mapy przemieszczeń
i odkształceń wyznaczane są z wykorzystaniem metody Cyfrowej Korelacji Obrazu 3D (CKO 3D) [1, 2].
W pracy zaprojektowano laboratoryjne stanowisko pomiarowe oraz przeprowadzono wstępne testy metody. Ze względu na czas trwania impulsów laserowych, jak również dynamikę zjawisk absorbcji energii i przewodzenia ciepła, w układzie pomiarowym CKO 3D zastosowano szybkie kamery cyfrowe, które rejestrowały
dane z częstotliwością 500fps. Na Rysunku 1a przedstawiono laboratoryjny układ pomiarowy. Na rysunku
1b przedstawiono przykładową mapę przemieszczeń U(x,y) uzyskaną podczas testów.
RC3-0
Industrial production of large scale LBO and
RTP crystals for high-efficient lasers
Denis Balitsky, Philippe Villeval, Dominique Lupinski, Marc-André Herrmann
CRISTAL LASER SA, Parc du Breuil, 32 Robert Schuman, Messein 54850, FRANCE
LiB3O5 (LBO) and RbTiOPO4 (RTP) are two materials with very useful properties for respectively SHG and electro-optics applications. LBO crystal has become the material of choice for high power laser applications from
the UV to near IR. LBO (Figure 1a) is now the most popular material for Second Harmonic Generation (SHG) of
1064nm high power lasers and Sum Frequency Generation (SFG) of 1064nm laser source to achieve UV light
at 355nm. RTP has become over the last few years a confirmed material for high repetition rate electro-optic
modulators (Figure 1b). So, both materials are essential parts for many laser devices especially for high power
beams in green and UV (LBO) as well as pulse modulation in a large range of frequencies (RTP).
For 25 years Cristal Laser has been involved in nonlinear crystals manufacturing. LBO and RTP crystals are
both produced using top seeded growth (TSSG) method. LBO is grown with molybdate fluxes and RTP with
self-fluxes. Chemicals, growth station architecture, precise control of growth parameters are the main players
to obtain quite perfect crystals. For example, chemicals of high purity from 3N to 6N are imperative for low
impurities crystals. Distribution of the thermal field and the position of the cold point are very important
for large crystals growth. The right configuration of the flux circulation leads to growth of >3 kg LBO single
crystals. The long time experience in crystal growth allowed accurate temperature setting as a function of the
weight of crystal. The control of growth parameters such as temperature inside growth station consist of 2,
3 or more resistive heaters. The temperature setting is automatic and depends on the weight of the crystal.
Growth duration is more than 2 months and requires a precise control of the growth parameters.
All these parameters lead to perfect crystals growth that is necessary for demanding optics application and
high production yield.
Rys. 1. a) Zdjęcie laboratoryjnego układu pomiarowego, przykładowa : mapa przemieszczeń w płaszczyźnie:
b) wynik pomiarów przemieszczeń i c) model MES rozkładu przemieszczeń
W przeprowadzonych seriach badań laboratoryjnych wykorzystano próbki wykonane z aluminium i z mosiądzu. Wyniki eksperymentów porównywano z opracowywanym modelem numerycznym próbek (Rys. 1c)
w celu weryfikacji uzyskiwanych wyników. Dane przeanalizowano także pod kątem możliwości odtworzenia
rozkładu mocy w wiązce naświetlającej. Prace wykonane zostały w ramach projektu LSBSE realizowanego
na rzecz bezpieczeństwa i obronności Państwa (Umowa DOB-1-6/1/PS/2014).
[1] M. Sutton, J. J. Orteu, H. Schreier, Image Correlation for shape, motion and deformation measurements,
Springer, 2009.
[2] M. Malesa, K. Malowany, U. Tomczak, B. Siwek, M. Kujawińska, A. Siemińska-Lewandowska, Application of 3d digital image correlation in 179 maintenance and process control in industry, Computers in
Industry, vol. 64, 1301–1315, 2013.
[email protected]
STL 2016
Figure 1. Left: a) LBO crystal, weight aprox. 1.5kg, Right:
b) RTP electro-optic cells for modulation a laser beam at 1064nm, size 6x6x(10x2) mm3
[email protected]
RC3-1
RC3-2
Nowe nanomateriały w laserowej technice
generacji ultrakrótkich impulsów
Luminescencja w zakresie średniej
podczerwieni z szkieł chalkogenidkowych
domieszkowanych jonami ziem rzadkich
Jarosław Sotor1, Grzegorz Soboń1, Krzysztof M. Abramski1
L. Sojka(1), Z. Tang(2), H. Sakr(2), E. Beres-Pawlik(1), D. Furniss(2), A. Seddon(2), T.M. Benson(2), S. Sujecki(1,2)
Grupa Elektroniki Laserowej i Światłowodowej, Politechnika Wrocławska
1
Dynamiczny wzrost liczby praktycznych zastosowań impulsów optycznych o czasach trwania poniżej 1 ps powoduje jednocześnie intensyfikację badań nad metodami ich generacji w zakresach spektralnych od głębokiego ultrafioletu do średniej podczerwieni. Kluczowym elementem rezonatorów laserowych umożliwiających
generację ultrakrótkich impulsów, oprócz ośrodków wzmacniających charakteryzujących się wzmocnieniem
w szerokim zakresem spektralnym, są nasycalne absorbery. Elementy te umożliwiają inicjacje oraz stabilizację
pracy lasera w trybie synchronizacji modów.
Pasmo jak również zakres spektralny pracy projektowanych i budowanych systemów laserowych generujących ultrakrótkie impulsy ograniczone są niejednokrotnie parametrami dostępnych obecnie nasycalnych absorberów półprzewodnikowych typu SESAM (ang. Semiconductor Saturable Mirror). Spowodowało to znaczny wzrost zainteresowania nowymi nanomateriałami wykazującymi znaczący efekt nasycalnej absorpcji oraz
co najważniejsze charakteryzującymi się szerokim i ultra-szerokim spektralnym zakresem pracy (od setem
to tysięcy nm). Aktualnie badania te koncentrują się na nanomateriałach węglowych (nanorurki węglowe,
grafen), izolatorach topologicznych (np. Bi2Se3, Sb2Te3), dichalkogenkach metali przejściowych (np. MoS2,
WS2) oraz czarnym fosforze. Przykładowo, wykorzystując nasycalne absorbery na bazie kompozytów grafen/
PMMA (rys. 1a,b) uzyskano generację ultrakrótkich impulsów w zakresie spektralnym 1550 nm – 2090 nm (lasery światłowodowe bazujące na włóknach domieszkowanych jonami erbu, tulu i holmu) (rys. 1c). Parametry
wygenerowanych impulsów obrazuje rys. 1d-e.
W ramach referatu przedstawiony zostanie obecny stan wiedzy w tym temacie. Określone zostaną perspektywy rozwoju nowych technologii nasycalnych absorberów. Potencjał zastosowania tych nanomateriałów zostanie poparty wynikami uzyskanymi przez Grupę.
Telecommunications and Teleinformatics Department, Wroclaw University of Technology, Wybrzeże
Wyspianskiego 27, 50-370 Wroclaw, Poland
2
George Green Institute for Electromagnetics Research, University of Nottingham,
University Park, NG7 2RD Nottingham, UK
1
Jednym z największych wyzwań współczesnej fotoniki jest opracowanie efektywnych źródeł światła
pracujących w zakresie średniej podczerwieni. Potencjalne źródła światła pracujące w tym zakresie mogą
znaleźć wiele zastosowań w branży medycznej oraz czujnikowej. Uzyskanie efektywnej emisji z zakresu średniej
podczerwieni nie jest możliwe w szkłach krzemionkowych ze względu na fakt wysokiej energii fononów tej
matrycy szklistej. W celu osiągnięcia emisji powyżej 3 μm potrzebna jest matryca szklista charakteryzująca się
niską energią fononów. Materiałem który może spełnić to wymaganie jest szkło chalkogenidkowe. Szkło to
charakteryzuje się niską energią fononów poniżej 400 cm-1 co predysponuje je do osiągnięcia emisji powyżej
3 μm [1,2]. Materiały te cechują się również wysokimi wartościami współczynnika załamania z czego wynika
wysoka wartość przekrojów czynnych emisji oraz absorpcji dla szkieł chalkogenidkowych domieszkowanych
jonami ziem rzadkich.
W artykule zostaną zaprezentowane wyniki badań teoretycznych i eksperymentalnych nad nowymi typami
szkieł oraz światłowodów chalkogenidkowych domieszkowanych jonami ziem rzadkich mogących znaleźć
zastosowanie w laserach pracujących w zakresie bliskiej oraz średniej podczerwieni. W szczególności
zostanie omówiona luminescencja z zakresu średniej podczerwieni (między 3-6.5 mm) uzyskana dla szkieł
chalkogenikdowych domieszkowanych jonami Pr3+ oraz Tb3+ [3,4]. Dodatkowo korzystając z wyników
eksperymentalnych oraz modelowania numerycznego zostaną określone warunki uzyskania wzmocnienia
w zakresie średniej podczerwieni.
Literatura
1. A. Seddon, Z. Tang, D. Furniss, S. Sujecki, and T. Benson, “Progress in rare-earth-doped mid-infrared fiber
lasers,” Opt. Express 18, 26704-26719 (2010).
2. H. Sakr, D. Furniss, Z. Tang, L. Sojka, N. A. Moneim, E. Barney, S. Sujecki, T. M. Benson, and A. B. Seddon,
“Superior photoluminescence (PL) of Pr3+-In, compared to Pr3+-Ga, selenide-chalcogenide bulk glasses
and PL of optically-clad fiber,” Opt. Express 22, 21236-21252 (2014).
3. L. Sójka, Z. Tang, D. Furniss, H. Sakr, A. Oladeji, E. Bereś-Pawlik, H. Dantanarayana, E. Faber, A. B. Seddon, T.
M. Benson, and S. Sujecki, “Broadband, mid-infrared emission from Pr3+ doped GeAsGaSe chalcogenide
fiber, optically clad,” Opt. Mater. 36(6), 1076–1082 (2014).
4. S. Sujecki, A. Oladeji, A. Phillips, A. B. Seddon, T. M. Benson, H. Sakr, Z. Tang, E. Barney, D. Furniss, Ł.
Sójka, E. Bereś-Pawlik, K. Scholle, S. Lamrini, and P. Furberg, “Theoretical study of population inversion
in active doped MIR chalcogenide glass fibre lasers (invited),” Opt Quant Electron 47, 1389-1395 (2015).
[email protected]
Rys. 1. a) Kompozyty grafen/PMMA do zastosowań jako nasycane absorbery,
b) widmo Ramana kompozytu zawierającego 24 warstwy grafenu, c) schemat rezonatora pierścieniowego. Widma
optyczne wraz z uzyskanymi czasami trwania impulsów (wstawienia) uzyskane w układach z włóknami domieszkowanymi
jonami Er (d), Tm (e) i Ho (f)
[email protected]
STL 2016
RC3-3
Monolityczny mikrolaser impulsowy
generujący promieniowanie 1,5 µm
Jarosław Młyńczak1*, Krzysztof Kopczyński1, Nabil Belghachem1, Jarosław Kisielewski2,
Ryszard Stępień2, Marek Wychowaniec3, Jacek Galas3, Dariusz Litwin3, Adam Czyżewski3
1
2
Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa
3
Instytut Optyki Stosowanej, ul. Kamionkowska 18, 03-805 Warszawa
Opracowano i wykonano impulsowy mikrolaser monolityczny Er3+,Yb3+:glass/Co2+:MgAl2O4 generujący promieniowanie w obszarze promieniowania bezpiecznego dla wzroku. Ośrodek aktywny został termicznie połączony z nasycalnym absorberem.
Otrzymano promieniowanie laserowe o następujących parametrach: moc w impulsie 10,53 kW, czas trwania
impulsu mierzony na połowie wysokości 3,8 ns, energia w impulsie 40,01 µJ, sprawność różniczkowa 5,31 oraz
próg generacji 226 mW. Częstotliwość repetycji impulsów jest zależna od mocy pompującej i dla =375 mW
wynosiła 0.735 kHz.
Schemat budowy mikrolasera przedstawiono na rysunku 1, a generowaną moc średnią w funkcji średniej
mocy pompującej padającej na ośrodek aktywny na rys. 2.
Prace były finansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach projektów PBS1/B5/16/2012
i DOB-1-6/1/PS/2014.
RC3-4
Optyczne i termiczne właściwości kryształów
Gd3(Al,Ga)5O12:Ho3+, Gd3(Al,Ga)5O12:Tm3+
i Gd3(Al,Ga)5O12:Er3+, potencjalnych ośrodków
czynnych laserów krystalicznych generujących
w zakresie bliskiej podczerwieni
Jarosław Komar1, Marek Berkowski2, Michał Głowacki2, Piotr Solarz1, Andrzej Jeżowski1 ,
Witold Ryba-Romanowski1
Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN, ul. Okólna 2, 50-422 Wrocław
2
Instytut Fizyki PAN, al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa
1
Pośród szerokiej rodziny podstawianych granatów używanych jako matryce dla luminescencyjnych jonów
ziem rzadkich układ Gd3(Ga,Al)5O12 (GGAG) jest najnowszym przedstawicielem. Został on początkowo zaproponowany jako materiał scyntylacyjny domieszkowany jonami Ce3+[1]. W tej pracy wytworzono metodą Czochralskiego kryształy o nominalnej stechiometrii Gd3Al2.5Ga2.5O12 pojedyńczo domieszkowane jonami Ho3+, Er3+
and Tm3+. Otrzymane kryształy przedstawiono na rys. 1.
Rys. 1. Zdjęcia otrzymanych kryształów: GGAG:2at%Yb3+ (a), GGAG:0.5at%Er3+ (b), i GGAG:1at%Ho3+ (c). Prawy wykres przewodność cieplna niedomieszkowanego kryształu oraz kryształów domieszkowanych jonami Ho3+ i Er3+
Rys. 1. Schemat budowy mikrolasera: FoP – światłowód
diody pompujacej; PB – wiązka pompujaca; Op – układ
optyczny; AM – ośrodek aktywny Er3+,Yb3+:glass; SA – pasywny modulatur Co2+:MgAl2O4; GB – wiązka generowana
Rys. 2. Generowana moc średnią w funkcji średniej mocy
pompującej padającej na ośrodek aktywny
[email protected]
STL 2016
W matrycy GAGG częściowe podstawienie jonów Ga3+ i Al3+wywołuje zaburzenie pola krystalicznego wywołujące niejednorodne poszerzenie linii jonów luminescencyjnych. Obserwowane szerokości linii są około cztery
razy większe niż te dla uporządkowanej matrycy YAG.
Długo żyjąca (czas życia 4,7 ms) emisja GAGG:Er, w zakresie spektralnym od 1450 do 1650 nm, charakteryzująca się wysokim przkrojem czynnym na emisję jest związana z przejściem kończącym się na stanie podstawowym którego rozszczepienie wynosi 581 cm-1[2]. Widmo przejścia 5I7 - 5I8 dla kryształów GGAG:Ho rozciąga się
pomiędzy 1850 a 2150 nm osiągając szczytowy przekrój czynny na emisję równy 1.17×10-20cm2 przy 2090 nm.
Rozszczepienie stanu końcowego wynosi 489 cm-1. Współdomieszkowanie jonami iterbu pozwala na wydajne
pompowanie optyczne [3]. Widmo emisji 3F4 – 3H4 krzyształów GGAG:Tm rozciąga się pomiędzy 1630 nm
a 2005 nm. Przy stężeniu jonów Tm3+ wynoszącym 4% około 90% energii wiązki pompującej zgromadzonej na
poziomie pompowania 3H4 zasila górny poziom laserowy przez bezpromienistą relaksację dając w rezultacie
tzw. pompowanie dwa-za-jeden (ang. “two-for-one pumping”).
Literatura
[1] K. Kamada, T. Endo, K. Tsutumi, J. Pejchal, M. Nikl, Cryst. Growth Des. 3, 4484–4490 (2011)
[2] T. Niedźwiedzki, W. Ryba-Romanowski, J. Komar, M. Głowacki, M. Berkowski, J. Lumin. 177 (2016) 219–227
[3] W. Ryba-Romanowski, J. Komar, T. Niedźwiedzki, M. Głowacki, M. Berkowski, J. Alloys Compd. 656, 573–
580 (2016)
[email protected]
RC3-5
Detekcji sygnałów DAVLL z synchronicznym
przełączaniem polaryzacji wykorzystująca
ciekły kryształ ferroelektryczny jako metoda
stabilizacji częstotliwości promieniowania
laserowego
Grzegorz Dudzik*, Janusz Rzepka i Krzysztof M. Abramski
Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki, Katedra Teorii Pola, Układów Elektronicznych
i Optoelektroniki, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław
Przedstawiamy metodę detekcji sygnałów DAVLL (Dichroic Atomic Vapor Laser Lock) z synchronicznym przełączaniem polaryzacji (nazwaną PSDAVLL), którą zastosowano w praktyce do stabilizacji częstotliwości lasera VCSEL
wykorzystując komórkę z parami izotopów rubidu (85,87Rb) na długości fali 780 nm (Rys.1a). Ideę detekcji stanowi
połączenie dobrze znanej metody wykorzystującej zjawisko dichroizmu par atomów do stabilizacji częstotliwości
laserów oraz spektroskopii (DAVLL) z układem detekcji synchronicznej zawierającej powierzchniowo stabilizowaną
ferroelektryczną komórkę ciekłokrystaliczną (SSFLC). Komórka SSFLC jest elementem przełączającym polaryzację
światła laserowego oraz jednocześnie pełni funkcję płytki ćwierćfalowej.
Rys. 1. Układ eksperymentalny PSDAVLL (a) oraz układy detekcji (c,d) z uzyskanymi sygnałami wyjściowymi (b)
Zastosowanie metody PSDAVLL zwiększyło o 9,6 dB dynamikę detekowanego sygnału (DNR-Dynamic Range Ratio)
w porównaniu z powszechnie znaną i używaną w metodzie DAVLL, detekcją w konfiguracją polarymetru zbalansowanego (Rys.1cd). W układzie stabilizacji lasera VCSEL uzyskano stałości częstotliwości 2,7x10-9, odtwarzalność na poziomie
1,2x10-8 oraz wartość DNR równą 81,4 dB. Przedstawiona metoda detekcji, posiadająca jeden tor pomiarowy z pojedynczą fotodiodą, całkowicie eliminuje problem offsetu wzmacniaczy fotodiod występujący w układzie BP, zmian wzmocnienia wzmacniacza fotodiody od warunków otoczenia oraz efektów starzenia elementów elektronicznych. Mniejsza wrażliwość prezentowanego układu detekcji na zmianę warunków otoczenia zwiększa dokładność stabilizacji częstotliwości
oraz wartość jej odtwarzalności. Wyższa wartość DNR oznacza większe nachylenie zbocza detekowanego sygnału (dla
PSDAVLL: 5,9 V/GHz oraz BP: 3 V/GHz–Rys.1b) co również zwiększa dokładność stabilizacji częstotliwości promieniowania
laserowego, którego moc optyczna może wynosić zaledwie dziesiątki µW.
[email protected]
STL 2016
RP1-1
Holografia cyfrowa w pomiarach i obrazowaniu
trójwymiarowym
Tomasz Kozacki, Małgorzata Kujawińska
Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, Politechnika Warszawska, ul. Św. A. Boboli 8, 02-525 Warszawa
Holografia i interferometria holograficzna są unikalnymi technikami pozwalającymi na rejestrację i rekonstrukcję informacji o zespolonym froncie falowym reprezentującym trójwymiarowy obiekt i jego zmiany.
Jednakże dopiero rozwój cyfrowych wersji tych metod na dobre wprowadził je do współczesnych technik
pomiarowych i obrazowania trójwymiarowego. Głównym atutem cyfrowej holografii (CH) jest numeryczny
etap rekonstrukcji, który pozwala na realizację ilościowego obrazowania zespolonej fazy w rozszerzonej głębi
ostrości (Extended Focus Imaging, EFI) oraz dokonywania różnorodnych operacji na tej fazie.
W referacie zaprezentowane zostaną najnowsze osiągnięcia Zakładu Inżynierii Fotonicznej w dwóch obszarach:
cyfrowej mikroskopii holograficznej (CMH) i tomografii holograficznej (TH) do pomiarów obiektów fazowych
oraz pozyskiwania danych i obrazowania holograficznego obiektów trójwymiarowych w szerkokątnym displeju holograficznym.
W CMH omówione zostanie rozwinięcie i implementacja koncepcji EFI do precyzyjnych pomiarów profilu
mikro-powierzchni o znacznych wartościach kąta nachylenia zboczy (mikrosoczewki, mikroformy). Dla tego
typu przedmiotów najdokładniejszą i najbardziej elastyczną metodą realizacji EFI jest technika LRA (Local
Ray Approximation), która pozwala na konwersję wysokoaperturowego pola optycznego w kształt dla prawie
dowolnych warunków oświetlania (falą płaską poosiową, płaską pochyloną i sferyczną). Omówione zostaną
metody zwiększenia dokładności pomiaru holograficznego poprzez optymalizację warunków oświetlania tak,
aby jak najlepiej wykorzystać aperturę zastosowanego układu optycznego oraz implementację koncepcji syntetycznej apertury (SA) wspomaganych przez EFI.
Cyfrowa holografia jest często mylnie postrzegana, jako technika umożliwiająca pełne obrazowanie 3D.
W istocie jest to technika 2½D, a obrazowanie struktury wewnetrznej obiektu jest możliwe dzięki zastosowaniu techniki tomograficznej. W drugiej części referatu omówione zostaną systemy holograficznej mikroskopii
tomograficzne pracujęce w całym i ograniczonym kącie projekcji. W szczególności przedstawione zostaną
algorytmy tomograficzne bazujące na koncepcji EFI, które umożliwiają minimalizację błędów bicia w tomografii z próbką obrotową, znaczne zwiększenie dokładności rekonstrukcji dla obszarów poza osią obrotu oraz
rozwinięcie algorytmu do innych warunków oświetlenia niż falą płaską.
W ostatniej części referatu przedstawione zostaną koncepcje rejestracji, przetwarzania i rekonstrukcji hologramów cyfrowych bazujace na poprzednio omówionych algorytmach (EFI, SA i in.), lecz zmodyfikowane dla
potrzeb obrazowania obiektów trójwymiarowych w displeju holograficznym o szerokim polu widzenia. Zaprezentowany zostanie końcowy wynik rekonstrukcji hologramu z syntetyczną aperturą w postaci monochromatycznego i barwnego obrazu obiektu 3D wysokiej jakości.
Prezentowane prace wykonane zostały w ramach programów Narodowego Centrum Nauki MAESTRO (um.
2011/02/A/ST7/00365) i OPUS (um. 2015/17/B/ST8/02220) oraz programu Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej
TEAM/2011-7/7 współfinansowanego przez Europejski Fundusz Rozwoju Regionalnego.
[email protected]
RP1-2
RP1-3
Zdalne wykrywanie par alkoholu
w poruszających się pojazdach
Laserowy pomiar prędkości pojazdów
Michał Muzal, Zygmunt Mierczyk, Marek Zygmunt, Wiesław Piotrowski
Krzysztof Kopczyński, Jan Kubicki, Jarosław Młyńczak, Jadwiga Mierczyk, Klaudia Hackiewicz
Instytut Optoelektroniki WAT Kaliskiego 2, 01-476 Warszawa
W pracy przedstawiono wyniki dotychczasowych prac prowadzonych w Instytucie Optoelektroniki WAT nad
zdalną detekcją par alkoholu w poruszających się samochodach metodą różnicowej absorpcji promieniowania. Zwrócono szczególną uwagę na problemy związane z widmem transmisyjnym szyb oraz związków chemicznych (łącznie z parami alkoholu) w kabinach sprawdzanych pojazdów (rys. 1). Uwzględniono przy tym
istotny problem różnego współczynnika absorpcji w szybach dla możliwych do wykorzystania wiązek światła:
odpowiednio dla wiązki absorbowanej w parach alkoholu i wiązki odniesienia. Opisane zostały wyniki badań
zbudowanego modelu urządzenia (rys. 2) dla wykrywania par alkoholu w samochodach o znanych szybach.
Przeprowadzono również rozważania nad wykorzystaniem międzypasmowych laserów kaskadowych do zdalnego wykrywania par alkoholu w ruchomych samochodach i wykonano podstawowe badania układu wykorzystującego te lasery między innymi przy prześwietlaniu odpowiedniej kuwety z parami alkoholu o określonych stężeniach.
Rys. 1. Zestawienie charakterystyk transmisyjnych
z długościami fal promieniowania wybranych laserów
Rys. 2. Model urządzenia
[email protected]
STL 2016
Wojskowa Akademia Techniczna Im. Jarosława Dąbrowskiego
Instytut Optoelektroniki, Ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa 49
Prezentowana metoda laserowego pomiaru prędkości polega na zdalnym pomiarze drogi przebytej przez pojazd
w zadanym odstępie czasu. Jej głównym elementem jest laserowy pomiar odległości. Metoda jest przeznaczona do implementacji w miernikach przenośnych, „bezpiecznych dla oka” i zdolnych wykonać pomiar o zasięgu
kilkuset metrów. Wymagania, jakie tego typu mierniki powinny spełniać, aby uzyskać dopuszczenie do użytkowania, narzucają na ich konstrukcję szereg ograniczeń. Określenie dopuszczalnego błędu pomiaru prędkości
na ±1km/h oznacza, że przyrząd którego całkowity czas pomiaru wynosi 300ms powinien wykonać pomiar drogi z dokładnością nie gorszą niż ±8cm, a błąd pojedynczego pomiaru odległości nie powinien być większy niż
±6cm. Spełnienie wymagań na bezpieczeństwo dla oka łączy się z koniecznością wyposażenia toru nadawczego
w źródło promieniowania o niskiej emisji. Wymóg ten znacząco ogranicza maksymalny zasięg pomiaru. Zwiększenie zasięgu oraz poprawę stosunku sygnał/szumu umożliwia technika odbioru
z synchronicznym sumowaniem jednakże do jej zastosowania konieczna jest cyfrowa rejestracja sygnału echa. W technice cyfrowej, rejestrację sygnału analogowego umożliwiają przetworniki analogowo - cyfrowe. Niestety, nawet najszybsze z dostępnych przetworników, taktowane
z częstotliwością 500MHz, nie zapewniają rozdzielczości pomiaru czasu odpowiedniej do laserowego pomiaru prędkości. Osiągnięcie pożądanej dokładności wymusza konieczność opracowania
i implementacji algorytmów obliczeniowych bazujących na charakterystycznych cechach zarejestrowanego
sygnału.
Rys. 1. Wynik analizy błędu określenia odległości za pomocą opracowanej metody w zależności od relacji wielkości
zarejestrowanego sygnału do szumu
W artykule zaprezentowano metodę precyzyjnego wyznaczania odległości na podstawie zarejestrowanych przebiegów sygnału echa. Przedstawiono analizę błędu omawianej metody oraz wyniki komputerowych symulacji i badań terenowych. Potwierdzono, że jej zastosowanie pozwala
na zwiększenie rozdzielczość pomiaru odległości powyżej granicy wynikającej z częstotliwości próbkowania
sygnału echa oraz spełnienie wymagań stawianych laserowym miernikom prędkości.
[email protected]
RP1-5
RP1-4
Charakterystyka i klasyfikacja pyłków
roślinnych za pomocą laserowych metod
optycznych
Monika Mularczyk-Oliwa, Aneta Bombalska, Mirosław Kwaśny, Krzysztof Kopczyński,
Maksymilian Włodarski, Miron Kaliszewski, Jerzy Kostecki
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
Problem pyłkowicy – choroby związanej z alergią na pyłki roślinne stał się w ostatnich latach jedną z najczęstszych chorób cywilizacyjnych. Bardzo istotny wydaje się fakt monitoringu środowiska pod kątem obecności
określonego rodzaju alergenu. Na potrzeby aeropalinologii istnieje konieczność rozszerzenia grupy tradycyjnych metod identyfikacji pyłków, o szybsze i bardziej precyzyjne systemy badawcze.
Celem pracy była charakterystyka i klasyfikacja określonych rodzajów pyłków roślinnych przy użyciu laserowych metod optycznych, popartych analizą chemometryczną. Zbadano kilkanaście gatunków pyłków, dla
których utworzono bazę charakterystyk spektralnych przy użyciu metod: LIF, rozpraszania ramanowskiego,
absorpcji w podczerwieni. Zebrano charakterystyki spektralne zarówno popularnych alergenów jak i pyłków
o małym znaczeniu klinicznym. Na podstawie zarejestrowanych widm dokonano analizy statystycznej, która
umożliwiła klasyfikację badanych gatunków pyłków.
Do badania widm emisji od cząstek stałych naniesionych na płytki zastosowano laser Nd:YAG z generacją czwartej
harmonicznej (266 nm) firmy Intelite oraz laser diodowy GaN (375 nm) firmy Power Technology Inc.
W rejestracji widm rozpraszania ramanowskiego badanego materiału użyto spektrometru ramanowskiego
Nicolet IS-50 o długości fali wzbudzającej 1064nm. Zakres pomiarowy obejmował liczby falowe w granicach
400-4000 cm-1.
W rejestracji widm absorpcyjnych w zakresie średniej podczerwieni 4000-650 cm-1, zastosowano podstawową technikę rejestracji w modzie transmisyjnym przy użyciu tabletek z KBr oraz techniki odbiciowe: ATR - osłabionego całkowitego wewnętrznego odbicia i DRIFT- odbicia rozproszonego.
Uzyskano wstępną klasyfikację pyłków roślinnych z podziałem na jednostki taksonomiczne. Duży wpływ na
podział klasyfikacji miała zastosowana metoda oraz jej czułość.
Metody badania odchyłek kształtu powierzchni
elementów optycznych do budowy systemów
formowania wiązki lasera wysokiej mocy
Michał Józwik1, Maciej Trusiak1, Kamil Liżewski1, Nikolay Voznesenskiy2, Małgorzata Kujawińska1
Instytut Mikromechaniki i Fotoniki, Wydział Mechatroniki, Politechnika Warszawska
ul. Św. A. Boboli 8, 02-525 Warszawa
2
Difrotec OÜ, Riia 181b, 51014 Tartu, Estonia
1
W pracy zaprezentowany zostanie przegląd metod i systemów interferometrycznych, które mogą być zastosowane do badania jakości powierzchni optycznych elementów wykorzystywanych do budowy systemów
formowania wiązki laserów wysokiej mocy. W pierwszej części pracy poza przeglądem komercyjnych systemów zaprezentowany zostanie układ interferometru dyfrakcyjnego [1] umożliwiający dokładne pomiary elementów sferycznych o dużych średnicach oraz aperturze numerycznej do NA=0,55 bez konieczności zakupu
wzorca interferencyjnego. Dodatkowo omówione zostaną nowe metody przetwarzania wstępnego obrazu
interferencyjnego i analizy odtworzonej fazy bazujące na empirycznej dekompozycji modów [2] i umożliwiające kontrolowane podniesienie jakości interferogramu oraz odseparowanie informacji o różnych parametrach
badanej powierzchni.
W drugiej części referatu zasygnalizowane zostaną metody interferometryczne i rozwiązania bazujące na polowym czujniku Shacka-Hartmanna do badań wpływu wysokoenergetycznej wiązki laserowej na kształt badanych elementów optycznych. W szczególności przeanalizowana zostanie opcja pośredniego zastosowania
interferometrów z poprzecznym rozdzieleniem czoła fali. Zaproponowane zostaną różne scenariusze pomiarowe uwzględniające wykorzystanie nowych jednoobrazowych metod analizy interferogramów.
W obu przypadkach przeanalizowane zostaną źródła błędów metod pomiarowych wpływających na niepewność pomiarów dla różnych warunków pracy badanych elementów optycznych.
Referowane prace wykonane zostały w ramach projektu LSBSE realizowanego na rzecz bezpieczeństwa
i obronności państwa (umowa DOB-1-6/1/PS/2014) oraz projektu 7PR UE ACTPHAST.
[1] N. Voznesenskiy, D. Ma, C. Jin, H. Zhang, J. Yu, M. Voznesenskaia, T. Voznesenskaia, and W. Zhang, ”Point
diffraction interferometry based on the use of two pinholes”, Proc. SPIE 9525, 9251K (2015)
[2] M. Trusiak, M. Wielgus, and K. Patorski, “Advanced processing of optical fringe patterns by automated
selective reconstruction and enhanced fast empirical mode decomposition,” Opt. Lasers Eng. 52(1), 230–240
(2014)
[email protected]
Rys. 1. Klasyfikacja pyłków na podstawie widm ramanowskich i analizy chemometrycznej HCA
[email protected]
STL 2016
RP1-6
RP2-1
Wieloosiowy interferometr laserowy
do badań geometrii maszyn.
Optoelektroniczny system wykorzystujący
spektroskopię laserową do wykrywania
markerów chorobowych w oddechu ludzkim
Janusz Rzepka, Grzegorz Budzyń, T. Podżorny, J. Tkaczyk
Tadeusz Stacewicz1, Zbigniew Bielecki2, Jacek Wojtas2, Janusz Mikołajczyk2, Dariusz Szabra2,
Paweł Magryta1, Artur Prokopiuk2
Politechnika Wrocławska, Lasertex Sp. z o. o.
Streszczenie referatu:
W pracy przedstawiono interferometr do badania geometrii maszyn umożliwiający pomiary trzech wzajemnie
prostopadłych osi maszyny z jednego ustawienia lasera. Układ umożliwia pomiary pozycjonowania każdej
z osi oraz pomiary prostopadłości osi metodą diagonalną, bez konieczności kolejnych justowań zespołu pomiarowego dla każdej osi. Przełączanie osi pomiarowych jest realizowane w układzie generatora kierunku
wiązki, który stanowi jednocześnie optyczny układ interferometru pomiarowego. Układ generatora wykorzystuje nowatorskie przełączniki ciekłokrystaliczne na bazie wysokotransmisyjnych komórek ciekłokrystalicznych. Komórki opracowane zostały w Instytucie Fizyki Technicznej WAT. Dokładność kartezjańskiego układu
generacji kierunku wiązki wynosi +/- 10 sekund. Straty odbiciowe przełącznika ciekłokrystalicznego są poniżej
0,5 %. Stabilność zespołu przełączania kierunku wiązki wynosi +/-2 sekundy. Stabilność temperaturowa wymiarów geometrycznych poniżej 0,1 mikrometra/Co.
[email protected]
1
Instytut Fizyki Doświadczalnej, Wydz. Fizyki, Uniwersytet Warszawski, Pasteura 5, 02-923 Warszawa
2
W ostatnich latach obserwuje się intensywny rozwój metod diagnozowania stanów chorobowych w oparciu
o badania powietrza wydychanego. Analiza oddechu, w wypadku stwierdzenia w nim zbyt wysokiej koncentracji pewnych gazowych związków chemicznych, zwanych biomarkerami, może dać szybką odpowiedź o konkretnym procesie chorobowym (tab. 1), często na wczesnym etapie lub posłużyć do monitorowania procesu
leczenia. Ponadto jest nieinwazyjna i bezbolesna.
Tab. 1. Przykładowe biomarkery schorzeń i ich typowe stężenia
Biomarker
Stężenie
w oddechu
zdrowego
człowieka [ppb]
Przykładowe choroby
Długość fali
detekcji nm
Uzyskana
czułośc
[ppb]
Technika
detekcji
Aceton
< 1400
cukrzyca
266
5000
SSWO
Amoniak
< 2000
Choroby wątroby, choroba wrzodowa
żołądka i dwunastnicy wywołana przez
Helicobacter Pylori
1527,041
1000
MUPASS
+ WMS
Etan
< 12
Choroba Alzhaimera, miażdżyca,
cukrzyca, rak
3348,16
3,5
SSWO
Metan
< 10000
Bakterie jelitowe
2253,66
100
MUPASS
+ WMS
Siarczek
karbonylowy
< 30
Choroby wątroby, odrzucenie przeszczepu płuc
4875
1
SSWO
Tlenek
azotu
< 50
Astma, przewlekłe zapalenie oskrzeli
5262,96
5
SSWO
Tlenek
węgla
< 10000
Rozstrzenie oskrzeli, stres oksydacyjny,
astma, angina, hiperbilirubinemia
2333,72
400
MUPASS
+ WMS
W ramach realizowanego w naszym zespole projektu badawczego SENSORMED opracowany został system
detekcji sensorów biomarkerów wymienionych w tab. 1. Stężenie tych gazów w próbce powietrza wydychanego z płuc wyznaczane jest na podstawie pomiaru absorpcji promieniowania laserowego dostrojonego do
wybranych molekularnych linii spektralnych. Wykorzystano ultraczułe techniki pomiaru absorpcji: Spektroskopię Strat we Wnęce Optycznej (SSWO/CEAS) oraz spektroskopię wieloprzejściową połączoną z techniką
modulacji fali lasera (MUPASS + WMS). Schemat systemu sensorów przedstawiony został na rys. 1. Poza modułem detekcji optycznej i modułem analizy danych opracowano także układ pobierania i kondycjonowania
próbki wydychanego powietrza.
STL 2016
RP2-2
Absorpcyjna i dyspersyjna spektroskopia
laserowa wzmocniona wnęką optyczną
Daniel Lisak, Agata Cygan, Szymon Wójtewicz, Piotr Wcisło, Mikołaj Zaborowski, Grzegorz Kowzan,
Piotr Masłowski, Roman Ciuryło
Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej,
Instytut Fizyki, ul. Grudziądzka 5, 87-100 Toruń
Rys. 1. Schemat systemu sensorów do wyznaczania koncentracji biomarkerów w powietrzu wydychanym z płuc
Podziękowania: Badania realizowano w ramach projektu Sensormed (ID 179900) finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju oraz projektu DEC-2011/03/B/ST7/02544 finansowanego przez Narodowe
Centrum Nauki
[email protected]
Pomiary widm molekularnych o wysokiej rozdzielczości są ważne w wielu zastosowaniach, obejmujących badania podstawowe, metrologię, jak i detekcję gazów. W przypadku bardzo słabych absorpcji metody spektroskopii laserowej wzmocnionej wnęką optyczną, takie jak spektroskopia cavity ring-down (CRDS) zapewniają
wysokiej jakości widma z bardzo wysokim stosunkiem sygnału do szumu [1,2]. Zaprezentowane zostaną wyniki badań kształtów molekularnych linii widmowych metodą CRDS ze stabilizacją częstotliwości modów wnęki
(FS-CRDS [3]) oraz innych metod wzmocnionych wnęką, opisanych poniżej.
Eksponencjalne zaniki światła, mierzone w SRDS, związane są z szerokością spektralną modów wnęki. Związek
ten wykorzystywany jest w spektroskopii szerokości modów – cavity mode-width spectroscopy (CMWS) [4-6],
w której widmo absorpcyjne otrzymywane jest z precyzyjnego pomiaru szerokości połówkowej modów wnęki. Analiza osiąganych dokładności pomiaru metod CRDS i CMWS osiąganych dla różnych poziomów absorpcji wewnątrz wnęki wskazuje na ich komplementarność [5]. Dla niskich absorpcji, odpowiadających długim
czasom zaniku i wąskim spektralnie modom, wyższą precyzję powinna osiągać metoda CRDS. W przeciwnym
przypadku, dla wysokich absorpcji, odpowiadających krótkim zanikom i szerokim modom, precyzja CMWS
powinna być wyższa.
Pomiar dyspersyjnych przesunięć modów stanowi alternatywną metodę bardzo dokładnej spektroskopii. Ponieważ częstotliwość daje się mierzyć najdokładniej ze wszystkich wielkości fizycznych, bezpośredni pomiar
jednowymiarowego widma absolutnej lub różnicowej częstotliwości modów (1-dimensional cavity mode-dispersion spectroscopy – 1D-CMDS) [7,8] powinien wyeliminować potencjalne problemy wynikające z nieliniowością systemu detekcji natężenia światła i zminimalizować systematyczne błędy aparaturowe. W przeciwieństwie do wszystkich metod spektroskopii absorpcyjnej, w 1D-CMDS obydwie osie widma mogą być
dowiązane do najdokładniejszych wzorców częstotliwości [9].
Nowe metody spektroskopii wzmocnionej wnęką mogą być szczególnie przydatne w zastosowaniach wymagających wysokiej dokładności pomiarów słabych absorpcji, np. spektroskopia do monitorowania atmosfery
i metrologii gazu, termometria dopplerowska, jak również w badaniach podstawowych związanych z pomiarami częstotliwości, natężeń i kształtów linii widmowych. Bezpośrednie porównanie różnych, absorpcyjnych
i dyspersyjnych metod pozwala na identyfikacje potencjalnych efektów aparaturowych na sub-procentowym
poziomie dokładności, wymaganym w wielu nowoczesnych zastosowaniach spektroskopii laserowej.
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] 64 | Sympozjum Techniki Laserowej
STL 2016
Cygan A, Lisak D, Wójtewicz S, et al., Phys. Rev. A 85, 022508 (2012)
Lin H, Reed ZD, Sironneau VT, Hodges JT, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Tr. 161, 11 (2015)
Long DA, Cygan A, van Zee RD, et al., Chem. Phys. Lett. 536, 1 (2012)
Nakagawa K, Katsuda T, Shelkovnikov AS, et al., Opt. Commun. 107, 369 (1994)
Cygan A, Lisak D, Morzyński P, et al., Opt. Express 21, 29744 (2013)
D. A. Long, G.-W. Truong, R. D. van Zee, et al., Appl. Phys. B 114, 489 (2014)
Cygan A, Wcisło P, Wójtewicz S, et al., Opt. Express 23, 14472 (2015)
Cygan A, Wójtewicz S, Zaborowski M, et al., Meas. Sci. Technol. 27, 045501 (2016)
Cygan A, Wójtewicz S, Kowzan G, et al., J. Chem. Phys. accepted (2016)
[email protected]
RP2-3
Wybrane algorytmy analizy i przetwarzania
sygnałów w spektroskopii strat we wnęce
optycznej
Janusz Mikołajczyk1, Małgorzata Panek1, Paweł Magryta2, Zbigniew Bielecki1, Tadeusz Stacewicz2,
Jacek Wojtas1
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. S.Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
2
Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul.Pasteura 5, 02-093 Warszawa
1
Laserowa spektroskopia absorpcyjna - LAS znajduje obecnie coraz szersze zastosowanie w wielu dziedzinach
nauki i technologii. Umożliwia ona wykrywanie substancji z dużą selektywnością oraz czułością na poziomie
nawet ppt. Dlatego też, trwają intensywne prace dotyczące jej aplikacji w medycynie, ochronie środowiska
oraz szeroko rozumianym bezpieczeństwie. Opracowano wiele metod LAS, które testowane są np. do wykrywania biomarkerów chorobowych w wydychanym przez człowieka powietrzu, szkodliwych gazów w powietrzu oraz wykrywania par materiałów wybuchowych. Jedną z najczulszych metod jest laserowa spektroskopia
strat we wnęce optycznej (SSWO). Zapewnia ona uzyskanie progu czułości od 10-9cm-1 do nawet 10-14cm-1.
Istota jej działania polega na dopasowaniu linii absorpcyjnej zastosowanego źródła promieniowania do widma absorpcji badanej substancji oraz wyznaczeniu czasu zaniku promieniowania propagującego się w specjalnie skonstruowanej wnęce optycznej. Istnieją również rozwiązania, w których dokonuje się pomiaru przesunięcia fazowego pomiędzy promieniowaniem na wejściu i wyjściu wnęki optycznej.
W pracy przedstawiono wyniki prac związanych z opracowaniem programów do analizy widm absorpcyjnych
oraz symulacji układu przetwarzania sygnałów w SSWO. Analizator widm umożliwia zdefiniowanie linii absorpcyjnych gazów, które mogą być najbardziej efektywne ze względu na minimalizację wpływu ewentualnych interferentów. Procedury te są realizowane na podstawie danych importowanych z bazy HITRAN.
Głównym zadaniem układu przetwarzania sygnałów było określenie czasu zaniku promieniowania (τ) we wnęce. Opracowano kilka metod, w których zastosowano m.in. algorytmy Levenberg-Marquardt, najmniejszych
kwadratów (LS), najmniejszych modułów (LA) i bisquare (B), dyskretnej transformaty Fouriera, stopniowego
całkowania oraz synchronicznego całkowania. Przeprowadzono symulacje ich działania dla różnych parametrów wejściowych, na podstawie których określono istotne właściwości pod kątem dokładności i szybkości
działania. Parametrami wejściowymi były m.in. liczba pobranych próbek sygnału (N) (rys. 1a) oraz odpowiadający im przedział czasu (ta) (rys. 1b).
RP2-4
Spektroskopia wielofotonowa
z wykorzystaniem czujników światłowodowych
Elżbieta Bereś-Pawlik1*, Hanna Stawska1, Maciej Popenda1, Łukasz Pajewski1, Robert Hossa2
Katedra Telekomunikacji i Teleinformatyki
Katedra Systemów Przetwarzania Sygnałów
Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław
1
2
W pracy przedstawiono badania związane ze spektroskopią wielofotonową, realizowane w Zespole w ciągu
dwóch ostatnich lat. Przedstawiono czujniki światłowodowe, stosowane do przesyłania krótkich impulsów
z zakresu średniej podczerwieni, a także czujniki do przesyłania sygnałów pikosekundowych do pomiaru intensywności fluorescencji oraz czasów życia. Dodatkowo zaprezentowane zostały prace związane z projektowaniem włókien fotonicznych o niskiej dyspersji i tłumienności do przesyłania sygnałów femtosekundowych.
Przedstawiono konstrukcje światłowodowych czujników wielomodowych do pomiarów intensywności fluorescencji z wykorzystaniem impulsów piko- i femtosekundowych.
[email protected]
Rys. 1. Wyniki symulacji wpływu doboru czasu trwania analizowanego sygnału (a) oraz ilości punktów pomiarowych
(b) na błąd pomiaru czasu zaniku sygnału
[email protected]
STL 2016
RP2-5
Kompaktowe, spektroskopowe sensory
stężenia gazów, pracujące w zakresie średniej
podczerwieni: zasada działania i aplikacje
Aleksander Głuszek1, Arkadiusz Hudzikowski1, Frank K. Tittel2
Rice University, 6100 Main St, 77005 Houston, Teksas, Stany Zjednoczone
1
2
Spektroskopia laserowa wykorzystująca kwantowe lasery kaskadowe (Quantum Cascade Laser - QCL) i międzypasmowe lasery kaskadowe (Interband Cascade Laser - ICL), pracujace w paśmie średniej podczerwieni (3–8 µm),
umożliwia wykorzystanie silnych podstawowych, rotacyjno-wibracyjnych, linii absorpcyjnych, które są mocniejsze
o co najmniej jeden rząd od tych występujących w paśmie bliskiej podczerwieni. Dzięki temu, możliwe jest
konstruowanie i wdrażanie kompaktowych sensorów molekuł gazów, które znajdują zastosowanie między innymi
w przemyśle petrochemicznym, monitorowaniu środowiska naturalnego czy diagnostyce medycznej. W tej pracy
przedstawiony aplikacje i różne techniki związane z pomiarem stężenia metanu (CH4) [1,2], etanu (C2H6) [1], tlenku
azotu (NO) i węgla (CO) zostaną przedstawione w niniejszej publikacji.
Molekuły np. metanu, etanu czy tlenku azotu można wykrywać wykorzystując spektroskopię absorpcyjną opartą o przestrajalne źródła laserowe. W celu poprawy czułości takiego sensora stosuje się wieloodbiciowe komórki absorpcyjne,
zwiększając dystans jaki światło przebywa przez ośrodek [2]. W tej pracy zostanie zaprezentowany czujnik metanu (Rys.
1) o niewielkich wymiarach (32x20x17 cm3) i niskiej konsumpcji energii (mniej niż 6 W), osiągający limit detekcji 1.4 ppb
dla minutowego czasu uśredniania [2]. Źródłem światła o długości 3291 nm jest nowoczesny międzypasmowy laser kaskadowy zespolony z radiatorem i modułem Peltiera o objętości nieprzekraczającej 5x5x5 cm3. W celu wydłużenia ścieżki
optycznej do 56 m zastosowano kompaktową komórkę wieloodbiciową o objętości 220 ml firmy Sentinel Photonics.
Czujnik wykorzystuje metodę pomiaru bezpośredniego, gdzie laser jest przestrajany przy pomocy sygnału piłokształtnego, a sygnał na detektorze bezpośrednio odwzorowuje kształt piku absorpcyjnego. By zwiększyć rozdzielczość i czułość
zastosowano algorytm uśredniający sygnał z detektora.
Rys. 1. Kompaktowy sensor metanu: a) trójwymiarowy model, b) wykres dewiacji Allana
Referencje:
[1] F. Tittel, A. Gluszek, A. Hudzikowski, L. Dong, C. Li, P. Patimisco, A. Sampaolo, V. Spagnolo, J. Wojtas; “Recent advances of mid–infrared compact, field deployable sensors: principles and applications”, Geophysical
Research Abstracts Vol. 18, EGU2016-8864, (2016).
[2] L. Dong, C. Li, N. P. Sanchez, A. K. Gluszek, R. Griffin and F. K. Tittel;” Compact CH4 sensor system based
on a continuous-wave, low power consumption, room temperature interband cascade laser”, Appl. Phys Lett.
108, 011106 (2016).
[email protected]
STL 2016
SESJA PLAKATOWA 1
PL1-1
Generacja solitonów sprzężonych w laserze
światłowodowym z nasycalnym absorberem na
bazie grafenu
Jakub Bogusławski1, Grzegorz Soboń1, Iwona Pasternak2, Aleksandra Krajewska2,
Włodek Strupiński2, Krzysztof M. Abramski1, Jarosław Sotor1
Grupa Elektroniki Laserowej i Światłowodowej, Politechnika Wrocławska,
Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław
2
Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie, Wołczyńska 133, 01-919 Warszawa
1
Lasery światłowodowe pracujące w trybie synchronizacji modów mogą generować impulsy o różnych charakterystykach, w zależności od parametrów wnęki rezonansowej, co jest opisane równaniem Ginzburga-Landaua. Podstawowym rozwiązaniem równania w dyspersji anomalnej jest pojedynczy impuls o charakterze solitonu optycznego. Innym rozwiązaniem może być para impulsów sprzężonych, oscylujących razem we wnęce. Powstają one
w przypadku, gdy energia we wnęce jest odpowiednio duża. Pokazujemy, że laser światłowodowy może pracować
zarówno w trybie generującym pojedynczy impuls, jak i parę impulsów sprzężonych, w zależności od mocy pompującej. Laser jest zbudowany w oparciu o światłowody całkowicie utrzymujące polaryzację, dzięki czemu jedynym
zmiennym parametrem jest moc pompująca. Laser może generować stabilnie pojedynczy impuls o czasie trwania
290 fs i paśmie optycznym 11 nm. Dla większej mocy pompującej zaobserwowano generację sprzężonej pary solitonów optycznych o czasie trwania 460 fs i separacji 9,4 ps. Stabilność generowanych impulsów została dodatkowo
potwierdzona z wykorzystaniem metody dyspersyjnej transformaty Fouriera, pokazując, że para solitonów sprzężonych oscyluje w rezonatorze z niezmienną intensywnością oraz separacją w czasie.
PL1-2
Światłowodowy układ laserowy z pasywną
synchronizacją modów generujący
promieniowanie o długości fali ~2 μm
Maria Michalska, Marcin Mamajek, Jacek Świderski
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
W komunikacie zaprezentowano światłowodowy układ laserowy składający się z lasera tulowego z pasywną sysnchronizacją modów realizowaną za pomocą półprzewodnikowego zwierciadła wysycalnego (SESAM) oraz wzmacniacza światłowodowego. Oscylator zbudowany został na bazie światłowodu domieszkowanego jonami tulu
(Tm3+) pompowanego rezonansowo promieniowaniem o długości fali 1550 nm. Do budowy wzmacniacza zastosowano włókno optyczne dwupłaszczowe, o średnicy rdzenia/płaszcza wewenętrznego odpowiednio 10/130 µm
(NA=0.15/0.46), pompowane promieniowaniem o długości fali 793 nm.
Opracowany układ generuje regularny ciąg impulsów o wyjściowej mocy średniej >2 W. Czas trwania impulsów optycznych wynosi ok. 110 ps. Częstotliowść repetycji tych impulsów wynosi 81 MHz, co dokładnie odpowiada czasowi własnemu rezonatora lasera. Charakterystyka czasowa promieniowania emitowanego przez
układ laserowy przedstawiona została na Rys. 1.
Rys. 1. Schemat układu eksperymentalnego lasera światłowodowego (a), widmo optyczne i wzór interferencyjny (b) oraz
funkcja autokorelacji oscylującej pary solitonów (c)
Eksperymentalny układ lasera światłowodowego domieszkowanego jonami erbu w konfiguracji pierścieniowej
przedstawiony jest na Rys. 1(a). Laser został zaprojektowany w kompaktowy sposób, z wykorzystaniem zintegrowanego komponentu hybrydowego (sprzęgacz WDM, izolator i sprzęgacz wyjściowy). W roli nasycalnego absorbera
został użyty grafen wielowarstwowy. Rys. 1(b) przedstawia widmo optyczne oscylującej pary solitonów optycznych
oraz zbliżenie wzoru interferencyjnego powstającego wskutek wzajemnego oddziaływania impulsów. Okres modulacji o wysokim kontraście wynosi 0,88 nm. Rys. 1(c) przestawia funkcję autokorelacji impulsów – impulsy są od
siebie oddzielone o 9,4 ps. Stosunek intensywności poszczególnych pików, wynoszący około 1:2:1, pokazuje, że oba
impulsy mają bardzo zbliżoną intensywność.
Badania zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki (nr 2014/13/N/ST7/01968).
[email protected]
STL 2016
Rys. 1. Oscylogram prezentujący przykładowy ciąg impulsów (a) oraz pojedynczy impuls
(b) generowany przez opracowany układ laserowy
Opracowany układ laserowy generował promieniowanie o długości fali 1994 nm. Szerokość połówkowa
(FWHM) linii emisji wynosiła 0.32 nm.
Badania realizowane w ramach projektu nr UMO-2014/13/B/ST7/00442 finansowanego przez Narodowe
Centrum Nauki.
[email protected]
PL1-3
Analiza nieliniowej struktury periodycznej
wykazującej parzystą symetrię
Agnieszka Mossakowska-Wyszyńska1, Piotr Witoński1, Paweł Szczepański1,2
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa
2
Instytut Łączności, ul. Szachowa 1, 04-894 Warszawa
1
Od blisko dwóch dekad badane są jednowymiarowe struktury periodyczne wykazujące symetrię PT (z ang.
parity time) [1]. Struktury takie są zbudowane z dwóch materiałów czynnych optycznie ułożonych naprzemiennie, wzmacniającego i stratnego, o wartościach współczynnika załamania dobranych zgodnie z regułą:
n*(-x)=n(x) [2]. W ogólności, współczynniki załamania obu materiałów są zespolone, a ich części urojone mają
przeciwne znaki: dla materiału wzmacniającego ng=nRe-inIm, a dla stratnego na=nRe+inIm. Struktury PT wykazują
szereg ciekawych własności, np.: kierunkową niewidzialność, nieodwracalność propagacji światła, czy doskonałą absorpcję.
W pracy przedstawiono po raz pierwszy analizę nieliniowej struktury periodycznej wykazującej parzystą symetrię, uwzgledniającą nasycenie wzmocnienia i absorpcji. Analiza ta polegała na zbadaniu własności transmisyjnych i odbiciowych struktury PT przy oświetlaniu jej falą płaską o założonej mocy. Do opisu propagacji
pola elektromagnetycznego w badanej strukturze wykorzystano zmodyfikowaną metodę macierzy przejścia
wraz z formalizmem fal Blocha [3]. Model ten pozwala na zbadanie wpływu rzeczywistych parametrów struktury periodycznej (okres struktury PT, liczba komórek elementarnych zbudowanych z dwóch warstw: wzmacniającej i stratnej, poziom wzmocnienia i start) oraz mocy fali padającej na własności transmisyjne.
Celem dokładniejszej analizy, rozpatrzono cztery przypadki struktur PT, w których zespolony współczynnik
załamania w różny sposób zależał od nasycenia wzmocnienia i nasycenia strat. W pierwszym przypadku zbadano strukturę bez uwzględnienia obu nasyceń, gdzie części urojone współczynników załamania obu warstw
nie zależą od natężenia pola elektromagnetycznego. W drugim i trzecim przypadku, studiowano struktury
w którym współczynnik załamania jednej warstwy (odpowiednio wzmacniającej bądź stratnej) ulegał nasyceniu. W czwartym przypadku, analizowano struktury gdzie oba współczynniki załamania ulegały nasyceniu.
Zaproponowany model pozwala na wyznaczenie szeregu charakterystyk. Pierwsza grupa pokazuje zależność
odbicia i transmisji w funkcji liczby komórek elementarnych oraz okresu struktury znormalizowanego do
długości fali dla różnych wartości urojonej części współczynnika załamania obu warstw. Charakterystyki te
pozwalają wybrać optymalne parametry geometryczne struktury oraz współczynniki załamania, dla których
uzyskuje się maksimum transmisji i odbicia. Dla tak wybranych parametrów, wyznaczana jest druga grupa
charakterystyk ilustrująca rozkład pola elektro-magnetycznego propagującego się w dwóch przeciwnych kierunkach wewnątrz struktury. Trzecia grupa charakterystyk obrazuje zależność współczynników odbicia i transmisji w funkcji mocy fali płaskiej padającej na strukturę. Otrzymane charakterystyki pokazują silny wpływ
natężenia fali padającej na własności nieodwracalności propagacji światła w badanych strukturach.
Literatura:
[1] C. M. Bender, S. Boettcher, Phys. Rev. Lett., 80 (1998) 5243.
[2] R. El-Ganainy, K. G. Makris, D. N. Christodoulides, Z. H. Musslimani, Opt. Lett. 32 (2007) 2632.
[3] P. Yeh, A. Yariv, C−S. Hong, J. Opt. Soc. Am., 67 (1977) 423.
[email protected]
PL1-4
Analiza możliwości generacji impulsów
ultrakrótkich w planarnej strukturze
hybrydowej z wykorzystaniem grafenu jako
nieliniowego absorbera
Radosław Piekarski 1, Bartosz Janaszek1, Paweł Szczepański1,2, Robert Mroczyński1
2
1
Jedną z metod generowania impulsów ultrakrótkich charakteryzujących się łatwością w implementacji jest metoda pasywna synchronizacji modów (ang. Passive Mode-locking), wykorzystująca nieliniowy absorber. W ogólności
czas trwania generowanego impulsu zależy od szerokości krzywej wzmocnienia ośrodka aktywnego, liczby wzbudzonych modów, jak również jest determinowany własnościami nieliniowego absorbera. Jednym z interesujących
nieliniowych ośrodków, pozwalających na pasywne wymuszenie synchronizacji modów jest grafen [1]. Ośrodek
ten zachowuje nieliniowe właściwości w szerokim zakresie spektralnym oraz ultrakrótki czas relaksacji, pozwalając
na generację impulsów rzędu dziesiątek fs [2]. W komunikacie zaproponowano wykorzystanie warstwy grafenu
do wymuszenia pracy impulsowej w strukturze laserowej współpracującej z polimerowymi układami optyki zintegrowanej. Jest to struktura hybrydowa rys. 1, w której część aktywną stanowi falowodowy wzmacniacz wykonany
w technologii fosforku indu sprzęgnięty z odcinkiem falowodu polimerowego w którym umieszczona jest warstwa grafenu o nieliniowej absorpcji. Cała struktura zamknięta jest w rezonatorze optycznym. Do analizy generacji
w tego typu strukturze opracowano model numeryczny bazujący na metodzie różnic skończonych w dziedzinie
czasu, uwzględniający nieliniowe wzmocnienie w ośrodku aktywnym, nieliniową absorbcję warstwy grafenu oraz
falowodowy charakter całej struktury laserowej. Uzyskane charakterystyki pracy pozwoliły na określenie wpływu
geometrii rezonatora, liczby warstw grafenu tworzącego nieliniowy absorber oraz jego położenia rezonatorze na
pracę impulsową. Na ich podstawie wskazano geometrie analizowanych struktur laserowych, w których uzyskiwano pracę impulsową w wyniku synchronizacji modów.
Rys. 1. Schemat struktury
Uzyskane wyniki stanowią
podstawę do zaprojektowania i wykonania przy współpracy z HHI struktur hybrydowych, a co za tym idzie,
ich eksperymentalnej weryfikacji.
Literatura
[1] Zhipei Sun, Tawfique
Hasan, Felice Torrisi, Daniel Popa, Giulia Privitera,
Fengqiu Wang, Francesco
Bonaccorso, Denis M. Basko and Andrea C. Ferrari,
“Graphene Mode-Locked Ultrafast Laser” ACS Nano, 2010, 4 (2), pp 803–810
[2] D. G. Purdie, D. Popa, V. J. Wittwer, Z. Jiang, G. Bonacchini, F. Torrisi, S. Milana, E. Lidorikis and A. C. Ferrari,
“Few-cycle pulses from a graphene mode-locked all-fiber laser” Appl. Phys. Lett. 106, 253101 (2015)
[email protected]
STL 2016
PL1-5
Generacja ultrakrótkich impulsów w zakresie
spektralnym 2070 – 2090 nm w układzie lasera
ze światłowodem aktywnym domieszkowanym
jonami holmu
M. Pawliszewska1, G. Soboń1, P. Kaczmarek1, A. Przewolka2, I. Pasternak2, P. Peterka3, W. Strupiński2,
K. Abramski1, J. Sotor1
1
Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, Wrocław
Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Wólczyńska 133, Warszawa
3
Instytut Fotoniki i Elektroniki Czeskiej Akademii Nauk, 182 51 Praga, Czechy
2
Lasery emitujące ultrakrótkie impulsy w zakresie powyżej 2 μm znalazły szereg zastosowń m.in. w chirurgii
czy spektroskopii [1]. Takie długości fali są osiągalne dla konstrukcji bazujących na światłowodach domieszkowanych holmem, które ze względu na wzrost dostępności źródeł pompujących oraz nasycalnych absorberów
(SA) na bazie nanomateriałów są intensywnie rozwijane.
W tej pracy przedstawiono laser z pasywną synchronizacją modów z wykorzystaniem SA na bazie kompozytu
grafen/PMMA [2]. Schemat pierścieniowego rezonatora laserowego w konfiguracji całkowicie światłowodowej o częstotliwości repetycji 51 MHz i jego trójstopniowego systemu pompującego przedstawiono na rys.
1a). Ze względu na całkowicie anomalną dyspersję rezonatora generowano solitony optyczne o szerokości
połówkowej na poziomie 6 nm i czasie trwania na poziomie ~800 fs (rys. 1b). Optymalizację mocy wyjściowej
dokonano przez zastosowanie sprzęgaczy wyjściowych o stopniu podziału (CR) w zakresie 10-80%. Wraz ze
wzrostem CR obserwowano przestrajanie się widma optycznego w kierunku fal krótszych. Uzyskano zakres
przestrajania środkowej długości fali od 2074 do 2091 nm (rys. 1c). Zmiana CR pozwoliła na maksymalizację
mocy i energii odpowiednio do poziomu 112 mW i 2.2 nJ (rys. 1d).
PL1-6
Projekt lasera TJ VCSEL wykonanego na bazie
materiałów azotkowych
Robert P. Sarzała, Karol Pijanowski, Marcin Gębski, Magdalena Marciniak, Włodzimerz Nakwaski
Instytut Fizyki, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź, Polska
Prace nad laserami VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser) wytwarzanymi w technologii azotkowej prowadzone są od kilkunastu lat, ale dopiero ostatnio powstały ich pierwsze konstrukcje pracujące z falą ciągłą w temperaturze pokojowej. Niestety ich parametry użytkowe nadal znacznie odbiegają od potrzeb konsumentów. Przyrządy
te mogą znaleźć zastosowanie w systemach optycznego przesyłu danych za pomocą światłowodów plastikowych,
w systemach LiFi, w pikoprojektorach, poligrafii wysokiej rozdzielczości, spektroskopii itp.
Podstawowym problemem w tego typu konstrukcjach jest wytworzenie efektywnych i trwałych zwierciadeł
DBR (distributed bragg reflector) oraz zapewnienie jednorodnego wstrzykiwania prądu do warstwy czynnej
lasera. Na chwilę obecną wydaje się, że mimo oczywistych wad, najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie
zwierciadeł dielektrycznych lub zupełnie nowego podejścia tzn. zwierciadeł MHCG (monolithic high contrast
grating). Bardzo słaba przewodność elektryczna materiału GaN typu p oraz poważne problemy w stosowaniu
w tych konstrukcjach warstw ITO (indium tin oxide) skłaniają do wniosku, że problemy elektryczne laserów
GaN VCSEL najlepiej rozwiąże zastosowanie w ich konstrukcji złącza tunelowego (TJ - tunnel junction).
Rys. 1. Rozkład temperatury w warunkach pracy progowej lasera TJ VCSEL z dwoma dielektrycznymi zwierciadłami DBR a)
oraz obliczony rozkład fali elektromagnetycznej w rezonatorze lasera TJ VCSEL z jednym dielektrycznym zwierciadłem DBR
i jednym zwierciadłem typu MHCG b)
Rys. 1. a) Schemat lasera. b) Autokorelacja impulsu wyjściowego. c) Widma optyczne dla skrajnych wartości CR.
d) Moc i energia impulsów w funkcji CR
[1] K. Scholle i in., w: Frontiers in Guided Wave Optics and Optoelectronics, InTech, 2010.
[2] G. Soboń i in., Opt. Mater. Express 5, 2884 (2015).
[email protected]
STL 2016
Mimo że pewne kierunki konstrukcyjne dla laserów VCSEL wykonanych na bazie GaN zostały wytyczone, to
projektowanie ich nadal stanowi wyzwanie. Sprawne działanie tych urządzeń zależy bowiem od precyzyjnego
zgrania i optymalizacji wielu elementów struktury lasera aby zapewnić optymalne warunki odprowadzenia
ciepła, propagacji fali elektromagnetycznej i rozpływu prądu. W pracy podjęto próbę zaprojektowania konstrukcji lasera VCSEL ze złączem tunelowym (TJ VCSEL) wykonanego na bazie materiałów azotkowych. Projekty wykonano zarówno dla konstrukcji z dielektrycznymi zwierciadłami DBR jak i dla konstrukcji ze zwierciadłami MHCG. Wyznaczono także progowe parametry pracy tych przyrządów.
Praca częściowo zrealizowana w ramach grantu finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki grant
2014/13/B/ST7/00633.
[email protected]
PL1-7
PL1-8
Badania quasi-ciągłego i impulsowego
oddziaływania silnego promieniowania
laserowego na materiały techniki wojskowej
Światłowodowy laser tulowy do zastosowań
w małoinwazyjnej chirurgii endoskopowej
i robotycznej
Antoni Rycyk, Krzysztof Czyż, Jan Marczak†, Antoni Sarzyński, Wojciech Skrzeczanowski,
Roman Ostrowski, Marek Strzelec, Karol Jach, Robert Świerczyński
Maria Michalska1, Wiesław Brojek2, Zbigniew Rybak3, Piotr Sznelewski4, Marcin Mamajek1,
Jacek Świderski1
2
METRUM CRYOFLEX Sp. z o.o., Sp. k., ul. Zielna 29, 05-082 Blizne Łaszczyńskiego
3
Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich, Wybrzeże L. Pasteura 1, 50-367 Wrocław
4
Centralny Szpital Kliniczny Ministerstwa Spraw Wewnętrznych, ul. Wołoska 137, 02-502 Warszawa
W komunikacie opisano prace związane z badaniami oddziaływania silnego promieniowania laserowego
z wybranymi metalami, stanowiącymi typowe materiały stosowane w technice wojskowej (MTW), takie jak
aluminium, miedź, mosiądz i tytan. Zaprojektowano i zbudowano laserowe stanowisko eksperymentalne
składające się z dwóch systemów laserowych Nd:YAG pracujących w reżimie swobodnej generacji. W reżimie
równoległej pracy obu systemów uzyskano energię impulsów 1 ms na poziomie 10 J, a przy zsynchronizowanym, szeregowym ich włączaniu – energię na poziomie 5 J w czasie około 2ms. Badano ubytki masy MTW
w funkcji gęstości padającej mocy laserowej. Na podstawie zdjęć mikroskopowych określono rozkłady intensywności wiązki laserowej oraz geometrii 3D odparowania materiału tarczy (rys.1a).
Określono zmiany współczynnika odbicia powierzchni MTW wywołane oddziaływaniem krótkookresowych
pre-impulsów o dużej gęstości mocy. Wykorzystano w tym celu wzorcowy laser Nd:YAG, generujący, po wzmocnieniu impulsy 10 ns o energii do 1 J o rozkładzie zbliżonym do rozkładu gaussowskiego. Przykładem
uzyskanych wyników jest charakterystyka dla tarczy aluminiowej, przedstawiona na rys.1b.
1
W komunikacie zaprezentowano demonstrator światłowodowego lasera tulowego generującego wiązkę ciągłą promieniowania o długości fali 1940 nm. Laser ten stanowi komponent urządzenia medycznego dedykowanego do małoinwazyjnej chirurgii endoskopowej i robotycznej. Widok modułu lasera przedstawiony został
na Rys. 1.
Rys. 1. Widok modułu światłowodowego lasera tulowego o pracy ciągłej
Rys. 1. a) Mikrofotografia śladu oddziaływania wiązki laserowej z płytą aluminiową. Czas trwania impulsu 566 ms,
energia impulsu 1064 nm około 4.2 J; b) Wykres zmian współczynnika odbicia polerowanego aluminium w funkcji
pierwszych dziesięciu naświetleń krótkim pre-impulsem 10 ns.
Przeprowadzono również badania widm emisyjnych MTW metodą laserowo indukowanej spektrometrii przebicia (LIBS) w warunkach oddziaływania silnych i słabych oraz długich i krótkich impulsów wzbudzania.
Promieniowanie plazmy rejestrowano za pomocą spektrometru ESA 4000 w obszarze UV VIS (200 – 780 nm)
z rozdzielczością widmową około 20000. Przy naświetlaniu długim, niszczącym impulsem laserowym zaobserwowano zanik widm w ultrafioletowej części długości fali (od 200 do około 350 nm) oraz, w przypadku
tarczy aluminiowej, pojawienie się pasm cząsteczkowych AlO, wytworzonych w plazmie w wyniku reakcji
chemicznej atomów Al z atomami tlenu, ponieważ eksperyment prowadzony był w powietrzu.
Podziękowania
Prace wykonano w ramach projektu NCBiR nr DOB-1-6/1/PS/2014: „Laserowe Systemy Broni Skierowanej
Energii, Laserowe Systemy Broni Nieśmiercionośnej”.
[email protected]
STL 2016
Laser został zbudowany z użyciem światłowodu aktywnego typu dwupłaszczowego o średnicy rdzenia/płaszcza wewnętrznego odpowiednio 25/250 µm (NA=0.06/0.46) pompowanego promieniowaniem o długości fali
793 nm. Do budowy rezonatora lasera użyte zostały światłowodowe siatki Bragga. Na wyjściu lasera generowane jest promieniowanie o mocy ciągłej 30 W przy sprawności różniczkowej 45% (odniesionej do mocy
promieniowania pompującej diody laserowej). Parametr jakości wiązki wyjściowej lasera wynosi M2<1.3.
Opracowane urządzenie podlega testom dotyczącym bezpieczeństwa, funkcjonalności oraz skuteczności jako lasera chirurgicznego w zakresie cięcia tkanek z jednoczesną hemostazą krwi oraz minimalną destrukcją tkanek w linii
cięcia (cięcie tkanek narządów miąższowych oraz gruczołowych i mięśni). Oczekuje się, że użycie opracowanego
lasera pozwoli na minimalizację karbonizacji tkanek w linii cięcia, tym samym skutecznie zminimalizuje odczyn
zapalny tkankowy i przyspieszy proces regeneracji.
Badania realizowane w ramach projektu nr INNOTECH-K3/IN3/55/225968/NCBR/14 finansowanego przez
Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka
[email protected]
PL1-9
PL1-10
Światłowodowy laser tulowy z przełączanym
wzmocnieniem i pasywną synchronizacją
modów
Skalowanie mocy erbowego lasera
światłowodowego pracujęcego w trybie
synchronizacji modów z nasycalnym
absorberem na bazie grafenu
Maria Michalska, Marcin Mamajek, Jacek Świderski
Jan Tarka1,Jakub Bogusławski1, Iwona Pasternak2, A. Przewółka2, Grzegorz Soboń1,
Włodek Strupiński2, Krzysztof M. Abramski1, Jarosław Sotor1
W komunikacie zaprezentowano światłowodowy laser tulowy pompowany rezonansowo impulsami promieniowania o długości fali 1550 nm. Jako ośrodek aktywny lasera użyte zostało włókno optyczne dwupłaszczowe charakteryzujące się średnicą rdzenia/płaszcza wewenętrznego odpowiednio 10/130 μm (NA=0.15/0.46).
Synchronizacja modów lasera realizowana była za pomocą półprzewodnikowego zwierciadła wysycalnego
(SESAM).
W opracowanym układzie uzyskano generację impulsów optycznych wynikających z przełączania wzmocnienia (ang. gain-switching) z jednoczesną synchronizacją modów wzdłużnych lasera o 100% głębokości modulacji. Obwiednia impulsów promieniowania wyjściowego charakteryzowała się czasem trwania ok. 120 ns.
W obrębie tej obwiedni rejestrowano ok. 30 subimpulsów o znacznie krótszym czasie trwania, rzędu pikosekund (Rys. 1).
Grupa Elektroniki Laserowej i Światłowodowej, Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, Wrocław,
2
Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Wółczyńska 133, Warszawa
1
Ze względu na dopracowana technologię włókien światłowodowych podtrzymujących stan polaryzacji (PM)
lasery światłowodowe znajdują coraz więcej zastosowań w przemyśle, medycynie oraz badaniach naukowych.
W tej pracy przedstawiono wyniki badań nad skalowaniem mocy całkowicie światłowodowego lasera pracującego w trybie pasywnej synchronizacji modów, wykorzystującego włókno aktywne domieszkowane jonami erbu
i nasycalny absorber na bazie kompozytu grafen/PMMA [1]. Skalowanie mocy uzyskano przez zmianę stopnia
podziału sprzęgacza wyjściowego przy jednoczesnym zachowaniu pozostałych parametrów geometrycznych
rezonatora (Rys.1b). Eksperymentalnie oraz numerycznie wyznaczono możliwe osiągalne moce wyjściowe
rezonatora laserowego, szerokość połówkową widma oraz czasy trwania impulsów (Rys. 1a,e). Przy 10% sprzęgaczu wyjściowym uzyskano najkrótszy impuls (148 fs) w erbowym laserze światłowodowym pracującym w reżimie
anormalnej dyspersji. Największą moc wyjściową (15,66 mW) uzyskano w konfiguracji z 70% sprzęgaczem wyjściowym(Rys.1d). Nasycalny absorber zapewniał stabilną pracę impulsową dla wartości sprzężenia wyjściowego od
10% do 70% przy zarejestrowanym stosunku sygnału do szumu ponad 65 dB. (Rys. 1c).
Rys. 1. Oscylogram prezentujący impuls promieniowania pompy @1550 nm (przebieg czerwony) oraz impuls generowany
na wyjściu światłowodowego lasera tulowego @2000 nm (przebieg niebieski)
Opracowany laser pracował z częstotliwością repetycji 50 kHz (impulsy typu gain-switch) i generował promieniowanie o długości fali 1999 nm. Częstotliwość impulsów zsynchronizowanych wynosiła 89 MHz i dokładnie odpowiadała czasowi własnemu rezonatora lasera. Szerokość połówkowa (FWHM) linii emisji wynosiła 0.29 nm. Zastosowane rozwiązanie konstrukcyjne lasera jest przedmiotem zgłoszenia patentowego (P.415946).
Badania realizowane w ramach projektu nr UMO-2014/14/M/ST7/00868 finansowanego przez Narodowe
Centrum Nauki.
[email protected]
STL 2016
Rys. 1. A-Widma uzyskane dla skrajnych konfiguracji 10% oraz 70% wraz z odpowiadającymi im czasami trwania impulsów, B-schemat prezentowanego systemu laserowego, C-praca impulsowa w dziedzinie częstotliwośći, D-moc wyjściowa
oraz energia generowanych impulsów w funkcji użytego sprzęgacza wyjściowego, E-centralna długość fali emitowanego
solitonu oraz odpowiadająca im szerokość połówkowa widma w funkcji uzytego sprzęgacza wyjściowego
Referencje:
[1] G. Soboń i in., Opt. Mater. Express 5, 2884 (2015).
[email protected]
PL1-11
Okład stabilizacji kierunku wiązki laserowej
PL1-12
Przestrajalny, impulsowy laser Cr2+:ZnSe
J. Rzepka, G. Budzyń, T. Podżorny, J. Tkaczyk,
Łukasz F. Gorajek
Politechnika Wrocławska, Lasertex Sp. z o. o.
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, 00-908 Warszawa, ul. gen. S. Kaliskiego 2
Przedstawiony zostanie okład do stabilizacji kierunku wiązki laserowej. Analiza kierunku wiązki zrealizowana
została w oparciu o analizę obrazu interferencyjnego z wykorzystaniem linijki detektorów. Do wyznaczenia
kąta odchyłki zastosowano procedurę programowa dopasowania obrazu interferometrycznego do funkcji
sinus. W celu eliminacji tła od rozkładu gaussowskiego mocy zastosowano analizę dwóch obrazów przesuniętych fazowo. Układ wykonawczy sterowania kierunkiem wiązki opracowany został na bazie matrycowego
przetwornika ciekłokrystalicznego. Przetwornik został opracowany w Instytucie Fizyki Technicznej WAT. Opracowany okład znalazł zastosowanie u termometrii laserowej do pomiary kierunku wiązki w stosunku do bazy.
[email protected]
Przeprowadzono badania i optymalizację impulsowego lasera opartego na polikrystalicznym ośrodku aktywnym Cr2+:ZnSe generującego promieniowanie w paśmie widmowym powyżej 2,2 µm. Przyjęto, że opracowywany układ będzie generował promieniowanie o mocach szczytowych rzędu kilkuset kW, nie będzie posiadał
aktywnego chłodzenia oraz będzie się charakteryzował kompaktową konstrukcją.
W oparciu o analizę literaturową oraz wyniki symulacji komputerowych, opracowano model laboratoryjny
tandemu: laser Cr2+:ZnSe pompowany impulsowym laserem Tm3+:YLF. Ponadto przeprowadzono badania
eksperymentalne ww. układu laserowego, które pokazały możliwość uzyskania wysokich mocy szczytowych
(około 0,3 MW) z wysoką sprawnością generacji bliską granicy kwantowej.
Badania możliwości przestrajania długości fali generacji lasera Cr2+:ZnSe przeprowadzono w rezonatorze
o długości geometrycznej 160 mm, w którym umieszczono pryzmat z selenku cynku o kącie wierzchołkowym
44.6 stopnia. Pryzmat ustawiony był w taki sposób, aby oś rezonatora tworzyła z płaszczyzną wejściową kąt
Brewstera, dzięki czemu zminimalizowano straty fresnelowskie. Przestrajanie długości fali realizowano poprzez odchylanie zwierciadła wyjściowego. Uzyskano przestrajanie długości fali w zakresie ponad 100 nm
(Rys. 1a). Niestety nie można było określić długofalowego krańca zakresu przestrajania długości fali, wykorzystane urządzenia pomiarowe rejestrowały promieniowanie o długości fali poniżej 2400 nm.
Uzyskano eksperymentalnie energetyczną sprawność generacji 77% w odniesieniu do zaabsorbowanej energii lasera Tm3+:YLF bliską granicy kwantowej wynoszącej 78% (Rys. 1b). Ponadto uzyskano impulsy promieniowania laserowego o najkrótszym czasie trwania, jaki dotychczas uzyskano w ośrodkach TM2+:AIIBVI pracujących
w reżimie przełączania wzmocnienia, co stanowi istotne osiągnięcie w skali światowej.
Rys. 1. a) Widmo przestrajania długości fali lasera Cr2+:ZnSe dla różnego wychylenia zwierciadła wyjściowego,
b) charakterystyka energetyczna lasera Cr2+:ZnSe pracującego w reżimie przełaczania wzmocnienia.
Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji
numer DEC-2013/09/N/ST7/01248.
[email protected]
STL 2016
PL1-13
Własności propagacyjne aktywnych struktur
falowodowych HMM funkcjonalizowanych
grafenem
Anna Tyszka-Zawadzka1, Bartosz Janaszek1, Paweł Szczepański1,2, Robert Mroczyński1
1
PL1-14
Źródło ultrakrótkich impulsów promieniowania
rentgenowskiego w zakresie keV powstałych
w wyniku oddziaływania impulsów lasera
NOPCPA z tarczą wykonaną z ciała stałego
Łukasz Węgrzyński 1, Tomasz Fok 1, Paweł Wnuk 2, Yuriy Stepanenko 2,
Przemysław Wachulak 1, Andrzej Bartnik 1, Henryk Fiedorowicz 1,
Czesław Radzewicz 3, Krystyna Lawniczak-Jabłońska 4
2
Jednym z kierunków badań nad metamateriałami hiperbolicznymi (HMM ang. hyperbolic metamaterial) są
zagadnienia związane z własnościami propagacyjnymi struktur falowodowych budowanych na bazie ośrodków HMM. Badania prowadzone nad planarnymi falowodami z ośrodkiem HMM złożonym z naprzemiennie
ułożonych warstw metalu i dielektryka [1-2] wykazały, że mody prowadzone w tego typu falowodach posiadają odmienne cechy niż mody w klasycznych falowodach z ośrodkiem izotropowym. W szczególności, mody te
mogą być podwójnie zdegenerowane, ponadto oprócz zwykłych modów prowadzonych TM i TE mogą istnieć
mody powierzchniowe oraz hybrydowe [1], kierunek przepływu energii jest odwrotny do kierunku wektora
falowego. Niespotykaną dotąd własnością falowodowych struktur metamateriałowych jest możliwość propagacji modów spowolnionych, tj. modów o prędkości grupowej bliskiej zeru, co daje możliwość projektowania
urządzeń typu „slow light” [2].
Spośród ostatnich prac dotyczących materiałów hiperbolicznych na szczególną uwagę zasługują badania poświęcone strukturom bazującym na kompozycji grafen-dielektryk. Według najnowszych doniesień, grafen
może z powodzeniem zastąpić warstwę metalu w tworzeniu ośrodków o hiperbolicznej dyspersji [3]. Kluczową cechą grafenu w kontekście HMM jest jego konduktywność optyczna, która silnie zależy od potencjału
chemicznego. Zależność ta umożliwia dynamiczną zmianę właściwości optycznych grafenu, a co za tym idzie,
na kontrolę własności propagacyjnych struktury HMM funkcjonalizowanej grafenem. Warto podkreślić, że cecha ta, niemożliwa do osiągnięcia w klasycznych ośrodkach hiperbolicznych, może mieć szczególne znaczenie
w kontekście falowodów bazujących na HMM.
Celem niniejszej pracy jest analiza własności propagacyjnych aktywnych struktur falowodowych wykorzystujących ośrodek HMM funkcjonalizowany grafenem. W szczególności rozważany jest planarny falowód symetryczny, którego rdzeń wykonany jest z naprzemiennie ułożonych warstw grafenu i aktywnego materiału dielektrycznego. Aktywny charakter struktury wyrażony jest poprzez część urojoną przenikalności elektrycznej
opisaną krzywą Lorentza. Zmiana potencjału chemicznego grafenu i co za tym idzie własności optycznych
struktury, uzyskiwana jest za pomocą zewnętrznego pola elektrycznego. Do analizy własności propagacyjnych
badanej struktury wykorzystano metodę pół-analityczną. Otrzymane wyniki numeryczne pokazują możliwość
zwiększania efektywnego wzmocnienia dla danego modu falowodu z ośrodkiem HMM funkcjonalizowanym
grafenem.
Literatura
[1] B. R. Lavoie, P. M. Leung, and B. C. Sanders, “Metamaterial waveguides”, arXiv:1110.1341v1, 2012
[2] W. T. Lu, Y. J. Huang, S. Sridhar, “Slow light using negative metamaterials”, Proc. of SPIE Vol. 8095
80951D-1, 2011
[3] Iorsh, Ivan V., et al. “Hyperbolic metamaterials based on multilayer graphene structures.” Physical Review B 87.7 (2013): 075416
[email protected]
STL 2016
2
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk, Kasprzaka 44/52, 01-224 Warszawa
3
Instytut Fizyki Eksperymentalnej, Uniwersytet Warszawski, Hoża 69, 00-681 Warszawa
4
Instytut Fizyki, Polska Akademia Nauk, Al. Lotników 32/47, 02-668 Warszawa
1
W ramach pracy przedstawiono wyniki badań nad impulsowym źródłem promieniowania rentgenowskiego w zakresie keV, zbudowanym z zastosowaniem nowego lasera femtosekundowego typu NOPCPA opracowanego w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie. Laser wytwarzał impulsy promieniowania o czasie
trwania poniżej 20 fs i energii ponad 100 mJ z repetycją 10 Hz. Wytwarzane ultrakrótkie impulsy promieniowania rentgenowskiego powstawały w wyniku oddziaływania femtosekundowych impulsów laserowych
z tarczą stałą umieszczoną wewnątrz cylindrycznej komory próżniowej. Tarczę w formie metalicznego dysku
zamocowano do stolika obrotowego zapewniającego jej osiowosymetryczny obrót. Wiązkę lasera skupiano
na powierzchni tarczy za pomocą soczewki o ogniskowej f=50 mm umieszczonej wewnątrz komory.
W eksperymentach zastosowano tarcze metalowe wykonane z żelaza (liczba atomowa Z=26) oraz miedzi (liczba atomowa Z=29). Metale te charakteryzuje występowanie silnych linii promieniowania charakterystycznego
w zakresie keV : dla żelaza K-α1=6391eV, K-α2=6404eV oraz dla miedzi : K-α1=8028 eV, K-α2=8048eV. Badania
emisji rentgenowskiej prowadzono z zastosowaniem scyntylatora P41 firmy ProxiVision GmbH oraz z kamery CCD na zakres rentgenowski iKON M firmy Andor o rozdzielczości 1024x1024pix. W pomiarach widma
wytwarzanego promieniowania rentgenowskiego zastosowano metodę filtrów absorpcyjnych oraz metodę
odbicia Bragga od kryształu ADP. Stwierdzono generację promieniowania charakterystycznego K-α z tarcz
metalowych wykonanych z żelaza oraz miedzi. Graniczną wartością energii impulsów femtosekundowych dla
której rejestrowano promieniowanie charakterystyczne była wartość 50 mJ. Intensywność promieniowania
rentgenowskiego zwiększała się wraz ze wzrostem energii impulsów laserowych. Opracowane źródło rentgenowskie zastosowano do wstępnych badań w zakresie radiografii obiektów biologicznych.
[email protected]
PL1-15
Modelowanie procesów przetapiania tarcz
metalowych impulsami lasera ciągłego
działania z preimpulsami
Karol Jach, Jan Marczak†, Robert Świerczyński, Roman Ostrowski, Antoni Sarzyński,
Wojciech Skrzeczanowski, Marek Strzelec, Antoni Rycyk, Krzysztof Czyż
1
W pracy przedstawiono wstępne wyniki analiz teoretycznych dotyczących oddziaływania promieniowania lasera ciągłego działania z metalowymi tarczami. Interesujący nas zakres mocy lasera zawiera się w granicach
od 1 do 10 kW, a grubości tarcz w zakresie od 0,1 do 1 cm. Przyjęto ponadto, że średnica wiązki na tarczy (Al)
jest rzędu ~ 1 cm. Model matematyczno-fizyczny zjawiska oparto na równaniu zachowania energii (model jednowymiarowy przestrzennie – (z,t)) z uwzględnieniem: pochłaniania i transportu promieniowania wewnątrz
tarczy, przewodnictwa cieplnego, odbicia części promieniowania od powierzchni tarczy oraz strat cieplnych
w procesach topienia i parowania. Współczynniki pochłaniania i odbicia światła od powierzchni tarczy opisano formułami półempirycznymi uwzględniającymi ich zależność od temperatury i gęstości. W pierwszej części
pracy założono, że tarcza pozostaje nieruchoma w procesie nagrzewania. Umożliwiło to wykonanie względnie szybkich serii symulacji komputerowych umożliwiających wszechstronną analizę czasowo-przestrzennych
charakterystyk zjawiska oraz wykonanie zbiorczych wykresów typu: czas przetopienia tarczy (lub odparowania) w funkcji mocy lasera dla wybranych grubości tarcz i średnic plamki. Przykładowy wynik przedstawiono
na rys.1.
PL1-16
Układy synchronizacji fazy wiązek
w światłowodowych wzmacniaczach
do wykorzystania w układach koherentnego
sumowania wiązek laserowych
Paweł Kaczmarek, Adam Wąż, Grzegorz Soboń, Jarosław Sotor, Krzysztof M. Abramski
Grupa Elektroniki Laserowej i Światłowodowej, Politechnika Wrocławska
Układy sumowania wiązek laserowych umożliwiają tworzenie źródeł promieniowania laserowego o mocach wyjściowych przewyższających limity technologiczne występujące dla pojedynczych źródeł. Jedną z technik jest metoda koherentnego sumowania wiązek. Ten sposób zwielokrotniania mocy wyjściowej źródeł laserowych najczęściej
opiera się na konfiguracji MOPA (ang. Master Oscillator Power Amplifier), w której wiązka z lasera sygnałowego
małej mocy jest wzmacniana a następnie rozdzielana na N równoległych torów wzmacniających sygnał do pożądanego poziomu mocy wyjściowej. Tak wzmocnione równoległe wiązki są następnie składane tworząc wiązkę
wyjściową. Podstawowym warunkiem umożliwiającym sprawne sumowanie jest synchronizacja faz dodawanych
wiązek. Aby to uzyskać, każdy równoległy tor wzmacniający musi zawierać sterowany przesuwnik fazy umożliwiający kompensację zmian fazy w poszczególnych torach. Niniejsza praca przedstawia rezultaty naszych doświadczeń
związanych z budową i optymalizacją układów sterujących przesuwnikami fazy do zastosowań w koherentnym sumowaniu wiązek laserowych.
Rys. 1. Wpływ gęstości mocy lasera q0 na czas osiągnięcia
temperatury topnienia tt w tarczy aluminiowej dla kilku wartości grubości tarczy. Założono stałą wartość średnicy plamki
D=0,5 cm
W drugiej części pracy rozważano problem zwiększenia
efektywności oddziaływania promieniowania z tarczą
(zmniejszenie współczynnika odbicia) przez krótki (<20
ns) preimpuls dużej mocy. Wymagało to rozbudowania
układu równań o równanie ciągłości i równanie ruchu,
tak aby uwzględnić odparowywanie powierzchni tarczy
pod wpływem preimpulsu, co wydłużyło czas obliczeń
o kilka rzędów wielkości. Z tego względu wykonano
wstępne symulacje dla układu modelowego, w którym
impuls ograniczono do czasu rzędu 2 ms i mocy rzędu
1 MW. Wykazano, że działanie cieplne preimpulsu nie ma praktycznie wpływu na uzyskiwane głębokości przetopienia tarczy. Natomiast istotny wpływ na głębokość przetopienia może mieć zniszczenie (zmatowienie) powierzchni tarczy przez preimpuls, a więc zmniejszenie współczynnika odbicia. Zaproponowano model zmian
współczynnika odbicia od stanu powierzchni. Wyniki zilustrowano odpowiednimi wykresami.
Podziękowania: Prace wykonano w ramach projektu NCBiR nr DOB-1-6/1/PS/2014: „Laserowe Systemy Broni
Skierowanej Energii, Laserowe Systemy Broni Nieśmiercionośnej”.
[email protected]
STL 2016
Rys. 1. Wykonany światłowodowy modulator fazy, przykładowe oscylogramy z pracy układu synchronizacji fazy:
Przebiegi od góry:
1 sygnał sterujący modulatorem fazy, 2 sygnał symulujący zmiany fazy, 3 i 4 sygnały fotodetektorów na wyjściu interferometru
Na rysunku 1 przedstawiono wykonany przesuwnik fazy typu „fiber-stretcher” oraz przykładowe oscylogramy
pracy mikrokontrolerowego układu synchronizacji fazy do wiązki odniesienia w konfiguracji interferometru
Macha-Zehndera. Zmiany fazy w torze synchronizowanym symulowane były za pomocą drugiego modulatora
umożliwiającego szybkie zmiany długości toru synchronizowanego o kilka długości fali.
Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach projektu realizowanego na rzecz
bezpieczeństwa i obronności Państwa w ramach konkursu nr 1/PS/2014 pl.: „Laserowe Systemy Broni Skierowanej Energii, Laserowe Systemy Broni Nieśmiercionośnej”.
[email protected]
PL1-17
Światłowodowy wzmacniacz „eye-safe” do
układów MOPA o mocy wyjściowej 20W
PL1-18
Pompowany poprzecznie laser Nd:YAG z samoadaptującym rezonatorem
Paweł Kaczmarek1, Adam Wąż1, Grzegorz Dudzik1, Dorota Stachowiak1,2, Krzysztof Abramski1
Mateusz Kaśków, Waldemar Żendzian
Politechnika Wrocławska Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław,
Wrocławskie Centrum Badań EIT+, ul. Stabłowicka 147, 54-066 Wrocław
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
1
2
W niniejszej pracy prezentujemy wykonany przez nasz zespół światłowodowy wzmacniacz promieniowania
koherentnego o długości fali 1550 nm i mocy wyjściowej 20 W. Urządzenie wykonane jest całkowicie w technice światłowodowej, bez wykorzystanie elementów optyki objętościowej co czyni je odpornym na warunki
zewnętrzne i eliminuje konieczność kłopotliwego justowania.
Rys. 1. Pomiary stopnia wyjściowego LMA. a) widma sygnałów wyjściowych, b) charakterystyka wyjściowa
Prezentowany układ to trójstopniowa kaskada MOPA. Pierwszy stopień to klasyczny wzmacniacz EDFA, drugi
stopień bazuje na światłowodzie z podwójnym płaszczem. Stopień końcowy to domieszkowany jonami erbu
i iterbu światłowód z podwójnym płaszczem typu LMA umożliwiający uzyskanie dużej mocy wyjściowej przy
relatywnie dobrej jakości wiązki.
Badania sfinansowane zostały ze środków Wrocławskiego Centrum Badań EIT+ w ramach realizacji projektu
„Wykorzystanie nanotechnologii w nowoczesnych materiałach” – NanoMat (POIG.01.01.02-02-002/08) finansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego (Program Operacyjny Innowacyjna
Gospodarka, Poddziałanie 1.1.2)
[email protected]
STL 2016
Prezentujemy wyniki badań generacji swobodnej oraz możliwość generacji nanosekundowych impulsów
w laserze Nd:YAG z nowym typem samo-adaptującego rezonatora z zamkniętym obiegiem wiązki [1-3]. Dla
generacji swobodnej uzyskano energię wyjściową 250 mJ ze sprawnością różniczkową 34% w wiązce bliskiej
ograniczenia dyfrakcyjnego o parametrze jakości wiązki M2 < 1.6.
Rys. 1. Charakterystyka energetyczna lasera Nd:YAG z samo-adaptującym rezonatorem
(a) oraz przestrzenny rozkład natężenia promieniowania w polu dalekim (b)
Dla generacji z pasywną modulacją dobroci rezonatora (monokryształy Cr:YAG) uzyskano monoimpuls o energii 20 mJ o czasie trwania 24 ns, co odpowiadało mocy szczytowej równej 875 kW (M2 < 1.7). W generacji
z aktywnym przełączaniem strat (komórka Pockelsa) energia monoimpulsu wynosiła 18.3 mJ. Czas trwania
impulsu był równy 9.5 ns. Odpowiadało to mocy szczytowej 1.93 MW. Parametr jakości wiązki wynosił
M2 = 1.4 dla obu osi.
[1] W. Zendzian, J. K. Jabczynski, M. Kaskow, L. Gorajek, J. Kwiatkowski, K. Kopczynski, „250 mJ, self-adaptive,
diode-side-pumped Nd:YAG slab laser,” Optics Letters 37(13), 2598-2600 (2012)
[2] M. Kaskow, W. Zendzian, J. K. Jabczynski, L. Gorajek, M. Piasecki, „Passively Q-switched Nd:YAG laser with
diffractive output resonator,” Laser Physics Letters 11(11), 115813 (2014)
[3] W. Zendzian, M. Kaskow, J. K. Jabczynski, „Diode-pumped, actively Q-switched Nd:YAG laser with self-adaptive, reciprocal, closed-loop resonator,” Optics Express 22(25), 30657-30662 (2014)
[email protected]
PL1-19
Analiza generacji w strukturze lasera
światłowodowego z rezonatorem
w konfiguracji typu theta
PL1-20
Całkowicie światłowodowy laser
z synchronizacją modów generujący impulsy
o energii 2,1 µJ
Radosław Piekarski1,2, Bartosz Janaszek1,2 , Marcin Kieliszczyk1,2 , Ryszard Piramidowicz1,2
Karol Krzempek, Krzysztof Abramski
1
Koło Naukowe Optoelektroniki PW, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa
Katedra Teorii Pola, Układów Elektronicznych i Optoelektroniki, Politechnika Wrocławska,
Jednym z najczęściej wykorzystywanych rozwiązań przy konstruowaniu laserów światłowodowych jest konfiguracja pierścieniowa z falą biegnącą. Konfiguracja ta zapobiega zjawisku przestrzennego wypalania dziur, co
skutkuje wzrostem sprawności lasera, a zarazem pozwala na osiąganie wyższych mocy wyjściowych. Jednakże
wspominane rozwiązanie wymaga kosztownego elementu izolatora optycznego, który nie raz determinuje
koszt całego rezonatora. W ostatnich latach pojawiła się koncepcja rezonatora w konfiguracji theta (Rys. 1),
który pozwala na zachowanie jednokierunkowego obiegu promieniowania w rezonatorze bez konieczności
zastosowania izolatora optycznego [1].
Standardowe konstrukcje światłowodowych laserów z synchronizacją modów generujących krótkie impulsy
laserowe w paśmie telekomunikacyjnym (ok. 1550 nm) umożliwiają uzyskanie energii impulsów rzędu dziesiątek nanodżuli [1]. Dla laserów erbowych energia impulsu limitowana jest głównie przez konieczność zachowania równowagi pomiędzy efektami dyspersji i nieliniowości (m. in. efektu SPM) [1]. Z tego powodu w impulsowych laserach wykorzystujących włókna aktywne o dużym wzmocnieniu obserwowane są niepożądane
efekty: rozpad solitonów, zwielokrotnienie częstotliwości repetycji czy niestabilne impulsowanie [2]. W roku
2008 opublikowana została teoretyczna praca dotycząca możliwości wykorzystania tzw. efektów Dissipative Soliton Resonance (DSR) w celu wygenerowania bezpośrednio z rezonatora zsynchronizowanych fazowo
impulsów, o energiach o kilka rzędów wyższych niż w „standardowych” światłowodowych układach laserów
[3]. Bazując na pracy Chang et al. skonstruowano pierwszy na świecie całkowicie światłowodowy laser z synchronizacją modów, który umożliwia generowanie impulsów o energiach do 2,12 µJ [4]. Schemat układu
przedstawiono na rys. 1. Laser pracuje w konfiguracji rezonatora typu „ósemkowego”, w którym elementem
wyjściowym jest cyrkulator. Takie rozwiązanie pozwoliło uzyskać rekordową energię impulsów bez narażania
na zniszczenie elementu wymuszającego kierunek obiegu impulsów. Przy maksymalnej mocy pompującej (18
W) laser generuje zsynchronizowane impulsy z repetycją 800 kHz, czasie trwania 170 ns i mocy średniej impulsów 1,7 W.
2
Rys. 1. Konfiguracja rezonatora typu theta
W ramach niniejszej pracy zaprezentowana zostanie analiza funkcjonalna proponowanej konfiguracji rezonatora wraz wynikami symulacji. Analiza zostanie przeprowadzona pod kątem uzyskiwania różnych reżimów
pracy, a także będzie zawierała analizę porównawczą dotyczącą generacji w światłowodach domieszkowanych różnymi jonami ziem rzadkich.
Literatura
[1] Svyatoslav Kharitonov and CamilleSophie Brès, ”Isolator-free unidirectional thulium-doped fiber laser”,
Light Science & Applications (2015) 4, e340; doi:10.1038/lsa.2015.113
[email protected]
STL 2016
Rys. 1. Schemat lasera. CIR – cyrkulator, PC – kontroler polaryzacji, MS – absorber pompy, COMB – sprzęgacz światłowodu
3+
3+
z podwójnym płaszczem, Er/Yb DC – 5m włókna aktywnego domieszkowanego Er i Yb
Praca naukowa finansowana w ramach programu Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego pod nazwą „Iuventus Plus” w latach 2015-2017, nr projektu IP2014 021773.
[1] W. H. Renninger, et al., J. Opt. Soc. Am. B 27(10), 1978–1982 (2010). [2] F. Amrani, et al., Opt. Lett.
34(14), 2120–2122 (2009).
[3] W. Chang, et al., Phys. Rev. A 78(2), 023830 (2008).
[4] K. Krzempek, Optics express 23 (24), 30651-30656 (2015)
[email protected]
PL1-21
Pompowany diodowo laser Tm:YAP jako
wydajne źródło pompujące na długości fali
1940 µm
Jacek Kwiatkowski, Waldemar Żendzian, Jan K.Jabczyński
Zakres widmowy promieniowania w obszarze 2 µm ma szczególne znaczenie i liczne zastosowania zarówno w życiu cywilnym, jak i technice wojskowej ze względu na oddziaływanie promieniowania o tych
długościach fal na wzrok ludzki. Jest to tak zwany zakres bezpieczny dla wzroku. Lasery domieszkowane
jonami tulu generujące promieniowanie o długość fali 1940 nm są wykorzystywane między innymi jako
źródła pompujące do kryształów Ho:YLF. W ostatnich latach bardzo dużą popularność zdobywają konstrukcje hybrydowe, w których jako pompę lasera holmowego wykorzystuje się laser światłowodowy generujący
promieniowanie o ściśle określonej długości fali. W układach takich, najczęściej jednak nie ma możliwości
kształtowania widma lasera pompującego. Wady tej nie posiadają lasery objętościowe domieszkowane jonami tulu, w których szerokie widmo luminescencji w połączeniu z odpowiednią konstrukcją rezonatora oraz
elementami składowymi układu umożliwiają uzyskanie generowanej długości fali w dość szerokim zakresie
długości fal.
W prezentacji przedstawiono szczegółowe wyniki badań eksperymentalnych lasera Tm:YAP pracującego
w trybie CW pompowanego diodą laserową o długości fali 793 nm. Parametry energetyczne oraz widmowe
lasera zostały zbadane w zależności od transmisji oraz promienia krzywizny zwierciadeł wyjściowych. Dla
zwierciadła wyjściowego o transmisji 19,5% uzyskano moc wyjściową 4,53 W ze sprawnością różniczkową
41,5% oraz optyczną 25,7%. Przedstawiono także wpływ temperatury kryształu Tm:YAP na wartość mocy
wyjściowej lasera.
PL1-22
Źródła światła we współczesnej
fotochemoterapii
Mirosław Kwaśny, Andrzej Gietka, Paweł Kotowski, Zygmunt Mierczyk
Fotochemoterapia jest metodą leczenia, w której wykorzystuje się równoczesne działanie endogennego lub
wprowadzonego do organizmu zewnętrznego uczulacza i promieniowania elektromagnetycznego o długości
fali dopasowanej do pasm absorpcji związku chemicznego. Do klasycznych metod fotochemoterapii należą
metoda fotodiagnostyki (PDD) i fotodynamicznego leczenia (PDT) oraz PUUV. W metodzie PDT czynnikiem
niszczacym zmieniono chorobowo tkanki są reaktywne formy tlenu (tlen singletowy, rodniki) generowane
z tlenu rozpuszczonego w organiźmie. Metoda PUUV wykorzystuje działanie na tkanki wzbudzonych światłem
psoralenów pod wpływem promieniowania z zakresu UVA. Ostatnio, w związku z pojawieniem się źródeł
typu matryc diod superluminescencyjnych (sLED) nastąpił silny rozwój fototerapii celowanej w zakresie wąsko pasmowym UVB (ok. 310 nm) oraz fototerapii światłem niebieskim do leczenia łuszczycy. W metodzie
PDT w ciagu 25 lat jej rozwoju stosowano wszystkie możliwe laserowe i niekoherentne żródła światła, w tym
lasery barwnikowe, helowo-neonowe, diodowe, oświetlacze halogenowe, metalo- halogenowe, ksenonowe.
W Instytucie Optoelektroniki WAT we współpracy z małymi firmami produkcyjnymi opracowano i wdrożono
do codziennej praktyki klinicznej oświetlacze typu matryce SLED, generujące światło o długościach fali 635
(PDT) i 405 nm (PDD) o różnych konstrukcjach, dla różnych aplikacji. Źródła charakteryzują się odpowiednią,
regulowanym natężeniem napromienienia (120-40 mW/cm2 zależności od konkretnych wymagań. Przykłady
rozwiązań pokazano na rysunku 1.
Rys. 1. Konstrukcje oświetlaczy typu matryce sLED do fotochemoterapii
Rys. 1. Wyniki badań energetycznych oraz widmowych lasera Tm:YAP dla zwierciadeł wyjściowych o różnej transmisji
oraz promienia krzywizny 100 mm
[email protected]
STL 2016
Oświetlacze mogą być wykonane dla dermatologii, z płaską lub składana głowicą lub z wyjściem światłowodowym dla ginekologii, laryngologii i stomatologii. Możliwy jest ciągły lub przerywany sposób emisji promienowania, co zapewnia skuteczniesy przebieg procesu fotoutleniania. Możliwy zakres spektralny źródeł
obejmuje UVB, UVA, VIS i NIR. Technologia żródeł promieniownia opartych na matrycach sLED jest najbardziej
perspektywiczna ze względów ekonomicznych i takich cech jak trwałośc, prostota wykonania, niezawodnośc
działania, długi czas eksploatacji.
[email protected]
PL1-23
Badania własności spektroskopowych
fotouczulaczy dla metody PDT
Magdalena Naurecka, Bartosz Sierakowski, Mirosław Kwaśny
Fotodiagnostyka (PDD) i fotodynamiczna terapia (PDT) po 25 latach badań, stała się ważną metodą uzupełniającą klasyczne metody leczenia chorób nowotworowych i nienowotworowych. PDT polega na selektywnym fotoutlenieniu zmienionych chorobowo tkanek przy jednoczesnym udziale egzogennego fotouczulacza,
światła i tlenu rozpuszczonego w środowisku tkanek pod wpływem generowanych aktywnych form tlenu.
Celem pracy były badania i porównanie własności fotofizycznych większości współczesnych preparatów stosowanych na świecie – pochodnych porfiryn, chloryn, bakteriochloryn, ftalocyjanin, pochodnych fenotiazynowych. Fotodiagnostyka opiera się na zjawisku fluorescencji wzbudzanej laserowo (LIF) zewnętrznych
uczulaczy, selektywnie absorbowanych w zmienionych chorobowo tkankach. Użytecznymi parametrami do
porównywania emisyjnych własności różnych grup uczulaczy są wydajności kwantowe generacji tlenu singletowego i wydajności fluorescencji. Wydajność kwantową generacji tlenu singletowego wyznaczano przez
pomiary fosforescencji przy długości fali 1270nm. Zbudowano stanowisko i opracowano metodę wyznaczania
wydajności kwantowej up - konwersji ze wzbudzeniem promieniowaniem lasera o długości fali 980 nm. Obok
wyznaczenia tych parametrów, zmierzono pełne charakterystyki emisyjne zwiazków w postaci map wzbudzeniowo - emisyjnych (EX-EM). Przykład EX-EM hematoporfiryny pokazano na rys1.
Rys. 1. Pasmo emisji tlenu singletowego, generowanego przez etanolowe roztwory hematoporfiryny (1) i protoporfiryny IX
(2) oraz mapa EX-EM hematoporfiryny
PL1-24
Opracowanie metody analitycznej do
oznaczania zawartości kwasu 5-ALA w maści
stosowanej w terapii fotodynamicznej
Anna Romiszewska, Wiktoria Kasprzycka, Alfreda Padzik-Graczyk
Kwas 5-aminilewulinowy jest jednym z podstawowych związków stosowanych w terapii i diagnostyce fotodynamicznej (PDT,PDD). Jest prekursorem protoporfiryny IX (PPIX).
Protoporfiryna i jej pochodne należą do grupy najczęściej stosowanych preparatów w PDT, zwanych fotouczulaczami. W PDT/PDD fotouczulacz jest wzbudzany światłem o odpowiedniej długości fali (jest to maksimum
absorpcji dla danego fotouczulacza), w wyniku czego tworzy się tzw. efekt fotodynamiczny prowadzący do
uszkodzenia i śmierci komórek nowotworowych. W PDT/PDD, kwas 5-aminolewulinowy (a także jego estry),
jest stosowany w postaci 20% roztworu wodnego (Levulan, Metvix), żelu czy maści.
Kwas 5-ALA należy do związków stosunkowo trudnych do analitycznego oznaczania. Podobnie jak wszystkie aminokwasy, jest związkiem całkowicie nielotnym, a także charakteryzuje się niezbyt wysoką stabilnością
termiczną. Dlatego metody analityczne, które mogą być przydatne do wydzielenia z materiału badawczego
i oznaczenia kwasu 5-aminolewulinowego, bazują na procesie rozdziału w fazie ciekłej. Szczególnie godną
polecenia metodą jest w tym przypadku metoda wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC.
Bezpośrednia analiza HPLC kwasu 5-aminolewulinowego napotyka na trudności ze względu na jego wysoką
polarność. Analiza z użyciem klasycznych kolumn z odwróconą fazą (np. typu C-18) jest wysoce problematyczna z uwagi na bardzo krótkie czasy retencji, co przekłada się na niską zdolność rozdzielczą kolumny w stosunku
do analizowanego związku i spadkiem specyficzności metody. Innym poważnym problemem bezpośredniej
analizy kwasu 5-aminolewulinowego jest brak w jego cząsteczce grup chromoforowych. Wyklucza to możliwość analizy z wykorzystaniem najbardziej rozpowszechnionych detektorów spektrofotometrycznych (np.
UV-VIS, DAD) i zmusza do korzystania z kłopotliwej w użyciu i niezbyt czułej detekcji refraktometrycznej czy
elektrochemicznej.
Dodatkowe trudności oznaczania kwasu 5-aminolewuliwego wiążą się z formą jego preparatu w postaci maści. Jej skład powoduje, że bezpośrednia próba przeprowadzenia kwasu do roztworu zawsze kończy się emulgacją próbki, i całkowicie uniemożliwia wprowadzenie jej na kolumnę.
Celem niniejszej pracy było opracowanie procedur analitycznych pozwalających na proste i precyzyjne oznaczanie 5-ALA w preparatach typu maść. Prace przebiegały w dwóch kierunkach:
1. sposób przygotowanie próbek maści zawierającej kwas 5-aminolewulinowy do analizy.
2. przeprowadzenie kwasu 5-aminolewulinowego w próbce w pochodną, zawierającą chromofor umożliwiający analizę za pomocą detektorów spektrofotometrycznych, a jednocześnie o obniżonej polarności pozwalającej na efektywną analizę HPLC z wysoką specyficznością.
[email protected]
Zmierzone wartości wydajności kwantowych powszechnie stosowanych uczulaczy zawierają się w zakresie
0.05-0.2, a wydajności generacji tlenu sinletowego w zakresie 0.3-0.7. Wartości te zależą nie tylko od struktury chemicznej związków, ale również od polarności środowiska, temperatury i stężenia, które ma decyjący
wpływ na stopień monomeryzacji.
[email protected]
STL 2016
PL1-25
PL1-26
Wytwarzanie Biomechanicznych Struktur
Funkcjonalnych za pomocą technologii
Selective Laser Melting
Analiza wzmocnienia w objętościowych
strukturach metamateriałów hiperbolicznych
funkcjonalizowanych grafenem
Patrycja Szymczyk1, Grzegorz Ziółkowski1, Andrzej Pawlak1, Bogdan Dybała1, Edward Chlebus1
Bartosz Janaszek1, Anna Tyszka-Zawadzka1, Paweł Szczepański1,2, Robert Mroczyński1
Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny, Katedra Technologii Laserowych, Automatyzacji
i Organizacji Produkcji, CAMT-FPC, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław
1
Nowoczesne metody wytwarzania przyrostowego (Additive Manufacturing) bazujące na przetwarzaniu proszków metali, takie jak Selektywna Laserowa Mikrometalurgia (SLM) umożliwiają opracowywanie zindywidualizowanych implantów o unikalnej geometrii oraz złożonej architekturze.
Wykorzystanie metod inżynierii tkankowej stwarza nowe możliwości regeneracji chorych lub uszkodzonych
tkanek, co powoduje, iż znajduje ona coraz szersze zastosowanie w medycynie. Wśród wymienionych metod odbudowy ubytków powstałych po zabiegach chirurgicznych, wytwarzanie biomechanicznych struktur
funkcjonalnych (BSF) charakteryzujących się zespołem cech chemicznych, biologicznych i mechanicznych, dopasowanym do wymagań biochemicznych oraz przewidywanych rzeczywistych obciążeń, odkształceń i przemieszczeń wynikających ze specyficznej budowy anatomiczno-fizjologicznej pacjenta, może być skuteczną
metodą leczenia. Implanty w postaci biomechanicznych struktur funkcjonalnych mogą tymczasowo zastępować powstały ubytek, jak również stanowić odpowiednie podłoże do rozwoju nowych tkanek, a ich porowata
architektura może umożliwić penetrację w głąb implantu czynników wzrostu oraz kościotwórczych komórek
kostnych – osteoblastów.
Opracowana przez autorów technologia wytwarzania BSF ze stopu tytanu (Ti6Al7Nb), umożliwia wytwarzanie
regularnie porowatych struktur o otwartej porowatości.
1
Obecnie na świecie obserwowany jest niezwykle dynamiczny wzrost zainteresowania metamateriałami hiperbolicznymi (HMM ang. hyperbolic metamaterial) stanowiącymi klasę metamateriałów (ośrodków o ujemnym
współczynniku załamania) charakteryzującą się hiperboliczną dyspersją. Ze względu na ich niezwykłe własności optyczne materiały te stwarzają nowe perspektywy kontroli promieniowania e.m., a co za tym idzie nowe
możliwości aplikacji [1]. HMM to periodyczne struktury jednoosiowe opisywane tensorem przenikalności
elektrycznej, którego diagonalna postać [ε]=[ε‫װ‬, ε‫װ‬, ε ^ ] zawiera elementy przeciwnego znaku. Najnowsze
badania koncentrują się na strukturach hiperbolicznych funkcjonalizowanych grafenem [2]. Ze względu na
silną zależność przenikalności elektrycznej grafenu od jego potencjału chemicznego, możliwa jest realizacja
przestrajalnych struktur hiperbolicznych o dynamicznie zmieniających się własnościach optycznych. Cecha ta,
nieosiągalna w strukturach klasycznych, umożliwia zaproponowanie nowej generacji ośrodków HMM pozwalających na kontrolę maksymalnego wzmocnienia promieniowania e.m. w zakresie pasma ośrodka wzmacniającego. W niniejszej pracy rozważana jest struktura HMM złożona z naprzemiennie ułożonych warstw grafenu
i aktywnego materiału dielektrycznego (Rys. 1).
Rys. 1. Przykłady struktur BSF wytwarzanych za pomocą technologii AM
Przedstawione wyniki pokazują możliwości zastosowania technologii SLM do wytwarzania skafoldów kostnych nie tylko o dużej złożoności geometrycznej, ale przede wszystkim o odpowiednio ukształtowanych własnościach mechanicznych, takich jak wytrzymałość czy sztywność. Osiągnięte rozmiary porowatości kanałów
wewnętrznych (porów) struktur BSF umożliwiają proliferację komórek zasiedlających skafold, a także pozwalają na uzyskanie właściwości biomechanicznych odpowiadających charakterystyce tkanki kostnej.
[email protected]
STL 2016
2
Rys. 1. Schemat struktury
Rys. 2. Efektywne wzmocnienie w funkcji długości fali
dla różnych wartości potencjału chemicznego
Zmiana potencjału chemicznego grafenu i co za tym idzie własności optycznych struktury, uzyskiwana jest za
pomocą zewnętrznego pola elektrycznego. Aktywny charakter struktury wyrażony jest poprzez część urojoną
przenikalności elektrycznej opisaną krzywą Lorentza. Do opisu efektywnych parametrów struktury wykorzystano metodę efektywnego ośrodka. Przyjęte modele pozwoliły na uzyskanie charakterystyk wzmocnienia
w funkcji częstotliwości pokazujących możliwość uzyskania struktury o przestrajalnym wzmocnieniu, którego
kontrola może by realizowana poprzez sterowanie zewnętrznym polem elektrycznym (Rys. 2). Zaproponowana struktura pozwoli na stworzenie nowej klasy aktywnych struktur o przestrajalnym maksimum wzmocnienia w funkcji częstotliwości.
Literatura
[1] A. Poddubny, I. Iorsh, P. Belov, and Y. Kivshar, “Hyperbolic metamaterials,” Nat. Photonics, vol. 7, no. 12,
pp. 948–957, Dec.
[2] Iorsh, Ivan V., et al. “Hyperbolic metamaterials based on multilayer graphene structures.” Physical Review
B 87.7 (2013): 075416
[email protected]
PL1-27
Monoimpulsowy laser Er:YAG @2.94 µm
o energii do 50mJ i repetycji do 40Hz
PL1-28
Ultraszybki laser Yb:KGW z hybrydową
synchronizacją modów
Marek Skórczakowski1, Grzegorz Daszczuk2
Maciej Kowalczyk, Krzysztof M. Abramski, Jarosław Sotor
2
Siltec Sp.z o.o., ul.E.Orzeszkowej 5, 02-374 Warszawa
Grupa Elektroniki Laserowej i Światłowodowej, Wydział Elektroniki, Politechnika Wrocławska,
Przedmiotem komunikatu jest pompowany lampowo laser na bazie pręta Er:YAG φ4x100 mm2 z domieszką
50% jonów Er3+ generujący impulsy o czasie trwania powyżej 140 ns. Według wiedzy autorów jest to najsilniejszy laser Er:YAG z modulacja dobroci przy pracy z repetycją rzędu kilkudziesięciu Hz. Lasery tego typu od
około 20 lat stanowią przedmiot badań ze względu na potencjalne aplikacje medyczne powodowane ekstremalnie wysoką absorpcją generowanego przez niego promieniowania w tkankach (104 cm-1). Wady stosowanych w większości prac przełączników dobroci (głównie elektrooptycznych) powodują, że laser ten nie jest
skomercjalizowany. W naszej pracy proponujemy zastosowanie wysokiej klasy przełącznika na bazie wirującego zwierciadła, który pozbawiony jest tych wad. Nie wprowadza on żadnych dodatkowych strat, a małe
wzmocnienie ośrodka aktywnego dopuszcza jego stosunkowo niewielką szybkość przełączania.
Przy repetycji powyżej 10 Hz nie można pominąć wpływu ogniskowania termicznego w pręcie Er:YAG (wg
naszych pomiarów średnia moc pompy rzędu 300 W wytwarza w nim soczewkę termiczną o ogniskowej około
300 mm) na pracę lasera i konieczna jest kompensacja tego efektu. W tym celu zastosowano pręt o czołach
wklęsłych. Podwyższona repetycja nie pozwala na dowolny wybór parametrów wejściowych lasera (energii
pompy, częstotliwości repetycji, prędkości obrotowej zwierciadła) ponieważ wzajemnie na siebie wpływają.
Jest to zasadniczą wadą tej metody modulacji dobroci.
W pracy przedstawiono wyniki szeregu pomiarów parametrów lasera (głównie energii i czasu trwania impulsu) w warunkach podwyższonej repetycji w zależności od energii pompy, średniej mocy pompy, prędkości
obrotowej zwierciadła, temperatury. Najistotniejsze z nich przedstawiono na rys.1.
Rozwijanie technologii laserowych umożliwiających generację ultrakrótkich impulsów światła w zakresie
spektralnym 1 µm jest niezmiernie istotne dla szeregu praktycznych zastosowań naukowych jak i przemysłowych. Ultraszybkie lasery na ciele stałym są idealnymi źródłami dla wielu rozwiązań wykorzystujących
promieniowanie o wysokim natężeniu np. mikroobróbki laserowej, czy też zastosowań biomedycznych takich
jak wielofotonowa mikroskopia fluorescencyjna lub operacje chirurgiczne.
1
Rys. 1. Charakterystyka promieniowania emitowanego przez laser pracujący w reżimie hybrydowej synchronizacji modów.
(a) Autokorelacja z dopasowana funkcją sech2 (zakres 600 fs). Wstawienie: Autokorelacja w oknie czasowym o szerokości 5
ps. (b) Widmo optyczne impulsów. Wstawienie: Widmo w dziedzinie częstotliwości radiowych.
Rys. 1. Zależność energii i czasu trwania impulsów od energii pompy i repetycji
Widoczna jest silna zależność energii impulsu (nawet ponad 100%) i słaba zależność jego czasu trwania (do 10%)
od częstotliwości repetycji (średniej mocy pompy) przy ustalonej energii pompy (wzmocnieniu). Oznacza to, że
wzrost temperatury w pręcie skutkuje głównie zmianą strat dyfrakcyjnych, a nie modyfikuje istotnie wzmocnienia.
Wniosek ten poparty był serią pomiarów wykonanych w różnych temperaturach przy niskiej repetycji.
Zauważono ponadto, że zakres prędkość obrotowej zwierciadła przy której generuje sie jeden impuls zależy
nie tylko od energii pompy (wzmocnienia), także od średniej mocy pompy i wymaga zwiększenia, gdy obciążenie cieplne wzrasta.
[email protected]
STL 2016
W tej pracy przedstawiamy impulsowy laser Yb:KGW z pasywną synchronizacją modów pompowany jednomodową diodą o mocy na poziomie 750 mW. Zastosowanie takiego źródła umożliwiło wykluczenie aktywnego chłodzenia ośrodka aktywnego, a także zapewniło wysoką jakość wiązki pompującej. Zademonstrowane
zostaną dwa reżimy pracy impulsowej: laser z synchronizacją modów opartą na lustrze typu SESAM oraz
z hybrydową synchronizacją modów. W tym przypadku za generację impulsów odpowiada lustro SESAM oraz
soczewkowanie Kerra, które może zostać uzyskane poprzez odpowiednią zmianę geometrii wnęki. W tym
reżimie uzyskano generację impulsów o czasie trwania 59 fs i o mocy średniej 62 mW. Szerokość połówkowa
widma optycznego to 20.2 nm, co jest wartością zbliżoną do ograniczenia wykorzystywanego ośrodka aktywnego [1]. Parametry generowanych impulsów obrazuje rys. 1.
Bibliografia:
[1] N. V. Kuleshov, et al., “Pulsed laser operation of Yb-doped KY(WO4)2 and KGd(WO4)2,” Opt. Lett. 22(17),
1317-1319 (1997).
[email protected]
PL1-29
PL1-30
Przyczyny pęknięć różnoimiennych złączy
zakładkowych lutospawanych laserem
diodowym dużej mocy
The structure and properties of laser beam
welded joints without additional material in
S700MC thermomechanically rolled steel
Artur Czupryński1, Marcin Adamiak2
Jacek Górka1, Sebastian Stano2
Wydział Mechaniczny Technologiczny Politechniki Śląskiej, Katedra Spawalnictwa, ul. Konarskiego 18A, 44100 Gliwice
2
Wydział Mechaniczny Technologiczny Politechniki Śląskiej, Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych, ul. Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice
1
W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących przyczyn pękania lutospoin w różnoimiennych złączach
zakładkowych wykonanych laserem diodowym dużej mocy ROFIN DL 020 z użyciem materiału dodatkowego
w postaci proszku aluminium gatunku 1070A, na przykładzie łączenia cienkich blach z aluminium gatunku
1050A (wg normy PN-EN 573-3:2014) i stali miękkiej niestopowej gatunku DC04+ZE75/75 (wg normy PN-EN10152:2011) obustronnie pokrytej elektrolitycznie powłoką cynkową. Przedstawiono wyniki badań metalograficznych makroskopowych, mikroskopowych, rys. 1, oraz badań dyfraktometrycznych złącza. Wskazano
na problemy metalurgiczne zachodzące podczas procesu oraz przedstawiono sugestie dotyczące technologii
lutospawania laserowego materiałów znacznie zróżnicowanych pod względem własności fizycznych i składu
chemicznego.
1
Silesian University of Technology: Welding Department, Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Poland
2
Instytut Spawalnictwa (Institute of Welding): Department of Welding Technology,
Bl. Czeslawa 16-18, 44-100 Gliwice, Poland
Laser welding being one of the many known techniques of material joining in case of joining simple and not
very large components works properly due to its advantages. Nowadays, thanks to the technological progress
and increasing laser power this process appears in the area reserved until recently only for techniques of
conventional welding. The aim of research was determination of the impact of laser beam welding without
additional material on properties and structure of joints in 10 mm thick S700MC thermomechanically rolled
steel, Fig. 1, 2. Conducted mechanical testing enabled classifying the joint at quality level B according to the
requirements of ISO 13919-1 standard.
Fig. 1. Welding station
Rys. 1. Obraz SEM złącza zakładkowego aluminium gatunku 1050A - ocynkowana stal niestopowa gatunku DC04, lutospawanego laserowo proszkiem aluminiowym gatunku 1070A (pow. 850x) oraz mikroanaliza składu chemicznego w obszarze
pomiaru znajdującym się w lutospoinie przy powierzchni blachy stalowej
[email protected]
STL 2016
Fig. 1. Macrostructure of w welded joint
Destructive testing has revealed that joints are characterised by the tensile strength approximately 5% lower
than that of parent material. Conducted metallographic testing of thin foil using high-resolution transmission scanning electron microscope has revealed that during welding along with increasing content of parent
metal in a weld the content of alloying micro-additives Ti and Nb is growing, especially at the fusion line.
Large content of strengthening phases during cooling leads to the strong precipitation hardening through
fine-dispersion precipitates of (Ti,Nb)(C,N) type having a size of several nm, what results in the reduction of
plastic properties. In order to increase the impact resistance the application of hybrid welding seems to be
favourable, what would enable the reduction of the content of Ti and Nb alloying micro-additives in a weld.
[email protected]
PL1-31
Napawanie laserem diodowym warstw
wierzchnich kompozytowych na osnowie
kobaltu ze sferycznym węglikiem wolframu
Damian Janicki, Jacek Górka, Artur Czupryński, Marcin Żuk
Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Katedra Spawalnictwa,
ul. Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice
Materiały kompozytowe na osnowie metalicznej (Metal Matrix Composite - MMC) zawierające węglik wolframu (WC), jako fazę umacniającą, stanowią ważną grupę materiałów stosowanych do wytwarzania warstw
wierzchnich o wysokiej odporności na zużycie ścierne i erozyjne. Istotnym aspektem procesu napawania tego
typu warstw wierzchnich jest dobór spawalniczego źródła ciepła, umożliwiającego precyzyjną kontrolę stopnia rozpuszczania cząstek fazy umacniającej w ciekłym jeziorku spawalniczym. Laser diodowy dużej mocy
z bezpośrednią transmisja wiązki na obrabianą powierzchnię (HPDDL - High Power Direct Diode Laser), dzięki
równomiernemu rozkładowi gęstości mocy na powierzchni ogniska wiązki (top-hat beam profile) jest idealnym źródłem ciepła w procesie napawania warstw wierzchnich kompozytowych typu MMC.
Artykuł przedstawia wyniki badań procesu napawania laserowego proszkowego warstw wierzchnich kompozytowych, składających się ze stopu kobaltu Stellite 6 – osnowa oraz sferycznych cząstek WC – faza umacniająca, z użyciem lasera HPDDL z prostokątnym ogniskiem wiązki laserowej o wymiarach 6.8 mm x 1.8 mm.
W procesie napawania zastosowano strumieniowy boczny system podawania proszku do ciekłego jeziorka
napoiny, o kształcie strumienia proszku dopasowanym do wymiarów ogniska wiązki laserowej. Materiał dodatkowy do napawania stanowił mieszaninę proszku metalicznego o składzie chemicznym stopu Stellite 6
oraz sferycznych cząstek WC o granulacji 50-200 µm i udziale objętościowy 60%.
Wykazano, iż proces napawania warstw wierzchnich kompozytowych typu MMC z użyciem lasera HPDDL
umożliwia precyzyjną kontrolę stopnia rozpuszczania fazy umacniającej w ciekłym jeziorku napoiny. Równomierny rozkład gęstości mocy na powierzchni ogniska wiązki lasera HPDDL oraz dopasowany do jego wymiarów kształt strumienia proszku umożliwią wytwarzanie wysokiej jakości warstw MMC, przy minimalnych
energiach liniowych napawania, na poziomie 240 J/mm. Stopień rozpuszczenia cząstek WC w ciekły jeziorku
napoiny można ograniczyć do około 10%. Jednocześnie napawane warstwy mają równomierny rozkład fazy
umacniającej w metalicznej osnowie i minimalny udział materiału podłoża.
[email protected]
PL1-32
Niepewności pomiaru w akredytowanych
badaniach mocy i energii promieniowania
laserowego
Andrzej Antonik, Wojciech Skrzeczanowski, Jacek Janucki, Roman Ostrowski
Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego, Instytut Optoelektroniki
ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa 49 Laboratorium Badawcze Instytutu Optoelektroniki WAT jest akredytowane przez Polskie Centrum Akredytacji i spełnia
wymagania normy PN-EN ISO/IEC 17025:2005. Akredytacja zobowiązuje laboratorium do przedstawiania klientowi miarodajnych wyników. Jednym z aspektów miarodajności wyniku badania jest jego wiarygodność, która oznacza, że ilościowy wynik pomiaru powinien być przedstawiony z określoną niepewnością. Laboratorium Badawcze IOE WAT, które
akredytowało m.in. pomiar mocy i energii promieniowania laserowego, opracowało procedury szacowania niepewności
w tych pomiarach. Na rys.1 pokazano typowe schematy pomiarowe w/w wielkości.
Rys. 1 Schematy układów do pomiaru mocy i energii promieniowania laserowego stosowane
w akredytowanym laboratorium badawczym IOE WAT: a) pomiar z wykorzystaniem osłabiacza
promieniowania, b) pomiar bezpośredni, c) pomiar z wykorzystaniem lunety optycznej
Przy szacowaniu niepewności wzięto pod uwagę wszystkie składniki niepewności, istotne przy pomiarze
mocy/energii. Ich liczba zależy od użytego schematu pomiarowego. Przykładowo, w schemacie według rys.
1c uwzględnione są następujące składowe niepewności (przy założeniu, że temperatura i wilgotność w czasie pomiaru mieszczą się w granicach dopuszczalnych dla użytego wyposażenia pomiarowego): niepewność
współczynnika transmisji lunety, niepewność współczynnika odbicia i niepewność pomiaru mocy/energii.
Każda z tych wielkości posiada swoją część o charakterze niepewności standardowej (typu A) oraz część składową, (typu B), związaną z zastosowanym wyposażeniem lub właściwościami użytego materiału. Ostatecznie
niepewność całkowita pomiaru mocy lub energii wyrażona jest następująco:
(1)
gdzie uA niepewność standardowa średniej z n pomiarów mocy lub energii, uB – niepewność typu B, (zależna
od zastosowanego układu), zaś tzw. niepewność rozszerzona według zależności:
(2)
gdzie k95 = 2 – współczynnik rozszerzenia, który dla rozkładu normalnego zapewnia poziom ufności ok. 95%.
Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN ISO/IEC 17025:2005 oraz dokumentu EA-4-16 wynik pomiaru mocy lub
energii promieniowania laserowego przedstawiany jest następująco:
(3)
gdzie Q - wartość średnia z pomiarów mocy/energii, U95 - niepewność rozszerzona pomiaru energii Q,
k – współczynnik rozszerzenia
[email protected]
STL 2016
PL1-33
Analiza parametrów generacyjnych
lasera światłowodowego z rezonatorem
w konfiguracji typu theta
Radosław Piekarski, Bartosz Janaszek, Marcin Kieliszczyk , Paweł Bortnowski, Emil Siejak,
Rafał Krysiński, Krzysztof Anders, Ryszard Piramidowicz
Jedną z częściej używanych konfiguracji laserów światłowodowych jest konfiguracja pierścieniowa z falą biegnącą. Rozwiązanie takie zapobiega zjawisku przestrzennego wypalania dziur, co skutkuje wzrostem sprawności lasera, a zarazem pozwala na osiągnięcie wyższej mocy wyjściowej. Główną wadą tej konstrukcji jest
konieczność zastosowania izolatora optycznego, który znacznie zwiększa koszty całego układu. W ostatnich
latach pojawiła się koncepcja rezonatora w tzw. konfiguracji theta (Rys. 1), która pozwala na zachowanie
jednokierunkowego obiegu promieniowania w rezonatorze bez zastosowania izolatora optycznego i uzyskanie parametrów pracy porównywalnych z tymi uzyskiwanymi w klasycznych rezonatorach pierścieniowych
z izolatorem optycznym [1].
Rys. 1. Konfiguracja rezonatora typu theta
Niniejsza praca koncentruje się na zagadnieniach optymalizacji warunków pracy laserów światłowodowych
w konfiguracji theta, obejmując w szczególności projektowanie, modelowanie, analizę i eksperymentalną weryfikację podstawowych parametrów generacyjnych układu lasera włóknowego przedstawionego schematycznie na rys. 1.
Prezentowana praca została wykonana w ramach projektów badawczych Koła Naukowego Optoelektroniki
PW, finansowanych ze środków własnych Politechniki Warszawskiej.
Literatura
[1] Svyatoslav Kharitonov and Camille-Sophie Brès, “Isolator-free unidirectional thulium-doped fiber laser”
Light: Science & Applications (2015) 4, e340; doi:10.1038/lsa.2015.113
[email protected]
STL 2016
PL1-34
Czasowo-rozdzielcza spektroskopia
emisyjna plazmy laserowej stopu aluminium
w powietrzu
G.A. Wubetu1, 2, T. J. Kelly1, P. van Kampen1, P. Wachulak2, A. Bartnik2, W. Skrzeczanowski2,
H. Fiedorowicz2 and J.T. Costello1
NCPST and School of Physical Science, Dublin City University, Glasnevin, Dublin 9, Irlandia
2
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Polska
1
Spektroskopia indukowana laserem (ang. Laser Induced Breakdown Spectroscopy LIBS) jest jedną z podstawowych technik pozwalających an detekcję i klasyfikację oraz potencjalnie na ilościowy pomiar różnych pierwiastków w badanym materiale [1]. Aktualnie w ramach badań duży nacisk kładzie sie na poprawę limitu detekcji (LOD) tej metody, czym zajmuje się wiele grup na świecie. LIBS w zakresie VUV zarówno z pojedynczym
[2] jak i podwójnym [3] impulsem laserowym jest aktualnie silnie badany i rozwijany. Głównym parametrem
decydującym o LOD jest stosunek sygnału do tła (ang. signal to background ratio SBR). W celu poprawy LOD
często stosuje się odpowiednio bramkowany w czasie LIBS [3]. Poprzez opoźnienie otwarcia kameru ICCD
(ang. intensified charge-coupled device) w stosunku do impulse laserowego możliwe jest znaczne zmniejszenie tła i jego fluktuacji co znacznei poprawia SBR i LOD.
W pracy przedstawione zostały czasoworozdzielcze widma emisyjne UV-VIS, zarejestrowane podczas ablacji stopu aluminium laserem nanosekundowym, co skutkowalo powstaniem plazmy laserowej w powietrzu.
Badano cztery stopy aluminium o różnym składzie. Główny składnik domieszki – magnez, powodował obecność linii Mg I w widmie emisyjnym na długości fali 285.213 nm, która leży w pobliżu linii pochodzącej od Al
II na długości fali 281.619 nm. Linie te użyto do konstrukcji krzywej kalibracyjnej, powstałej jako stosunek
intensywności linii w funkcji domieszki w każdym stopie. Dzięki temu zmierzono LOD dla Mg, który wynosi
0.0013%. Oszacowano także parametry plazmy laserowej. Nienakładające się linie Al II na długościach fali
281.619 nm, 385.655 nm i 466.3 nm użyto do określenia temperatury elektronowej bazując na wykresie
Saha-Boltzmana. Wyniosła ona (3.0-3.5 eV) dla czasów opóźnień 1-4 μs i dla szerokości bramki 1 μs. Gęstość
elektronową zmierzono z poszerzenia Starka odizolowanej linii Al I na długości fali 358.69 nm i wyniosła ona
1-7×1016 cm-3 dla czasów opóźnień 1-4 μs i dla szerokości bramki 1 μs.
Literatura
[1] D. W. Hahn and N. Omenettto, Applied Spectroscopy 64 335A-366A (2010)
[2] M A Khater, J T Costello and E T Kennedy, Applied Spectroscopy 56 970-983 (2002)
[3] X Jiang, P Hayden, J T Costello and E T Kennedy, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy 901
106-113 (2014)
Podziękowania
Przedstawione eksperymenty były możliwe do wykonania dzięki wsparciu Education, Audio-visual and Culture Executive Agency (EACEA) Erasmus Mundus Joint Doctorate Programme ‘EXTATIC’, Project No. 2013 –
0033 i Science Foundation Ireland Grant Nos.12/IA/1742 and 14/TIDA/2452.
[email protected]
PL1-35
PL1-36
Pompowane diodowo lasery ciała stałego
z modulacją dobroci do zastosowań
w znakowarkach laserowych
Światłowody germanowe ko-domieszkowane
jonami Yb3+/Tm3+/Ho3+
Marcin Kochanowicz1, Jacek Żmojda1, Piotr Miluski1, Tomasz Ragiń1, Andrzej Zając1, Maciej Sitarz2,
Piotr Jeleń2, Dominik Dorosz1
Łukasz Boruc, Maciej Giemza
1
Solaris Laser S.A., Warszawa
Przedstawiono autorskie opracowanie dwóch typów laserów ciała stałego z modulacją dobroci przystosowanych do integracji z systemami znakującymi. Projekty laserów realizowane były w ramach programu INNOTECH Narodowego Centrum Badań i Rozwoju we współpracy z Instytutem Optoelektroniki WAT. Pierwszy
z laserów emituje promieniowanie bliskiej podczerwieni (1064 nm) i generuje moc średnią 10 W, drugi to
laser zielony (532 nm) o mocy średniej 3 W. Zastosowanie przełącznika dobroci rezonatora umożliwiło uzyskanie wysokoenergetycznych impulsów o krótkim czasie trwania. Takie właściwości generowanego przez lasery
promieniowania umożliwiają znakowanie przy ograniczonym wpływie termicznym na materiał w miejscu obróbki. Przy konstruowaniu wyżej wymienionych laserów duży nacisk został położony również na uzyskanie jak
najwyższej jakości wiązki. W obu laserach wiązkę charakteryzuje parametr M2 = 1,2.
Wymienione lasery znajdują zastosowanie w urządzeniach wytwarzanych przez Solaris Laser.
Rys. 1. Moc szczytowa lasera i czas trwania impulsu
w zależności od prądu diody pompującej
Rys. 2. Czas trwania impulsu lasera 1064 nm
dla częstotliwości repetycji 10 kHz
[email protected]
Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny ,Katedra Elektroenergetyki, Fotoniki i Techniki Świetlnej,
ul. Wiejska 45D, 15-351 Białystok,
2
Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, ul. Mickiewicza 30,
30-059 Kraków, Poland
Szkła z układu GeO2 – Ga2O3 – BaO w odniesieniu do klasycznych szkieł krzemionkowych charakteryzują
się niską energia fononów (805 cm-1) oraz większą zdolnością do akceptacji jonów pierwiastków ziem
rzadkich bez efektu klasterowania oraz sepearacji fazowej. Ponadto, ich wysoka stabilność termiczna
pozwala na formowanie ich w struktury światłowodowe. Zaprezentowano konstrukcję dwupłaszczowego
światłowodu z rdzeniem ze szkła germanowego ko-domieszkowanego jonami 0,5Yb2O3/0,4Tm2O3/0,05Ho2O3
charakteryzującego się ultra szerokim pasmem emisji w zakresie 2 mm powstałym w wyniki transferu energii
Yb3+ → Tm3+,Ho3+.
Rys. 1. Widmo luminescencji światłowodu, fotografia czoła włókna (inset) (a), schemat energetyczny w układu Yb3+/Tm3+/
Ho3+, (lexc=976 nm).
Zwiększona szerokość połówkowa pasma emisji (FWHM=344 nm) jest wynikiem superpozycji pasm
luminescencji powstałych w wyniku następujących przejść promienistych: Tm3+: 3F4 → 3H6. oraz Ho3+: 5I7 →
5
I8. Należy zauważyć, że w potrójnym układzie domieszek ziem szerokość pasma emisji światłowodu jest
dodatkowo ograniczona w wyniku zjawiska reabsorpcji w pasmach 1600 – 1800 nm oraz 1900 – 2100 nm.
Uzyskane ultra szerokie pasmo ASE pozwala na konstruowanie nowych światłowodowych szerokopasmowych
źródeł promieniowania wzmocnionej emisji spontanicznej. Ponadto, światłowód z rdzeniem germanowym kodomieszkowanym jonami Yb3+/Tm3+/Ho3+ daje możliwości wykorzystania go w realizacji laserów włóknowych
wykorzystujących światłowodowe siatki Bragga.
Podziękowanie
Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji
numer DEC-2013/09/D/ST8/03987”
[email protected]
STL 2016
PL1-37
Światłowody szkło-ceramiczne domieszkowe
jonami lantanowców
J. Żmojda1*, M. Kochanowicz1, P. Miluski1, T. Ragiń1, W. Pisarski2, J. Pisarska2 , M. Sitarz3, D. Dorosz1, A. Zając1
Politechnika Białostocka, ul. Wiejska 45D, 15-351 Bialystok, Polska
2
Uniwersytet Śląski, ul. Szkolna 9, 40-007 Katowice, Polska
3
Akademia Górniczo-Hutnicza, al. Mickiewicza 30., 30-059 Kraków, Polska.
1
Obecnie w technologii wytwarzania nowych światłowodów o unikalnych własciwościach emisyjnych
obserwuję się dynamiczny rozwój transparentnych materiałów szkło-ceramicznych domieszkowanych
jonami pierwiastków lantanowców. Wynika to głównie ze specyficznych właściwości optycznych tych
materiałów łączacych w sobie dwie struktury – amorficzną i krystaliczną, powstałą w wyniku umieszczenia
w szkłe nanocząstek krystalicznych. Wprowadzając charakter krystaliczny osnowy wokół domieszki ziem
rzadkich polepszeniu ulegają ich parametry spektralne (przekrój czynny na absorpcję i emisję, czas zaniku
luminescencji, enegia fononów) prowadząc tym samym do większej sprawności emisji dla danego przejścia
laserowego.
W niniejszej pracy podjęto próbę uzyskania nanostruktur fosforanowych w szkłach antymonowogermanowych domieszkowanych jonami europu. Szkła z układu 50(Sb2O3 - GeO2) – 50(SiO2 - Al2O3 - Na2O)
domieszkowane 0,5mol% Eu2O3 zostały zsyntezowane metodą topienia w piecu elektrycznym a nastepnie
odprężania w temperaturze bliskiej temperaturze transformacji. Optymalizację struktury szklano-ceramicznej
przeprowadzono na drodze wzbogacania składu chemiczego szkła antymonowo-germanowego poprzez
związki tlenku fosforu (P2O5) do 10 %mol. W celu analizy charakteru struktury molekularnej powstałej
wokół jonów Eu3+ określono relację natężeń emisji (FIR) pomiędzy przejściami (5D0 → 7F2)/(5D0 → 7F1). Na tej
podstawie stwierdzono, iż w szkłach o zawartości domieszki do 5%mol występuje symetria sieci krystalicznej.
W oparciu o uzyskane rezultaty wytworzono dwupłaszczowy światłowód z rdzeniem szkło-ceramicznym.
Na rys. 1 przedstawiono różncę pomiędzy kształtem emisji dla szkło-ceramiki oraz wytworzonego z niej
światłowodu.
Rys 1. Luminescencja szkło-ceramiki oraz światłowodu domieszkowanego 0,5%mol Eu2O3
SESJA PLAKATOWA 2
Na podstawie wyników pomiarów potwierdziliśmy, iż odpowiedni dobór składu chemicznego szkła oraz
kontrolowany proces dodatkowej obróbki termicznej umożliwia uzyskanie dwupłaszczowych światłowdów
o rdzeniu szkło-ceramicznycm domieszkowanym lantanowcami bezpośrednio w procesie ich wytwarzania.
Acknowledgments
Badania sfinansowane z pracy badawczej nr S/WE/4/2013 realizowanej na Politechnice Białostockiej.
[email protected]
STL 2016
PL2-1
PL2-2
Ablacja laserowa w zastosowaniu
do bioinżynierii
Laserowa modyfikacja warstw tlenkowych
w barwnikowym ogniwie fotowoltaicznym
Krzysztof Czyż1, Roman Ostrowski1, Antoni Sarzyński1, Antoni Rycyk1, Marek Strzelec1, Roman Major2,
Piotr Wilczek3
2
Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, u. W. Reymonta 25, 30-059 Kraków
3
Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi, ul. Wolności 345a, 41-800 Zabrze
1
Przedstawiono koncepcję nowej, fizycznej metody acceluryzacji komórek, wykorzystującej połączenie techniki
laserowej i technik akustycznych. Zakłada się, że wprowadzenie w ruch cząsteczek tkanek i komórek z odpowiednią częstotliwością doprowadzi do ich programowalnej apoptozy, a dalej łatwego wypadnięcia komórek
apoptotycznych ze struktury tkanki. Po takiej procedurze uzyskuje się „czystą” macierz zewnątrzkomórkową
bez komórek. Macierz ta stanowi idealne rusztowanie dla kolonizacji komórek biorcy, tworząc rodzaj chimery,
co pozwala na regenerację uszkodzonej tkanki [1]. Prace ukierunkowane będą na tkanki dla leczenia zastawki serca. Wymiana na drodze chirurgicznej chorej zastawki serca jest powszechnie przyjętą metodą w
sytuacji, gdy możliwości farmakologiczne są wyczerpane. Zastawki serca wytwarzane są metodami inżynierii
tkankowej. Technika bezkomórkowego rusztowania z komórkami autologicznymi wydaje się być
bardzo atrakcyjna dla leczenia chorej zastawki serca. Uzyskana w ten sposób bioproteza pozwoli znacznie zmniejszyć ryzyko powstania stanu zapalnego i odpowiedzi immunologicznej, pobudzając równocześnie własne
komórki biorcy do wzrostu. Tak zregenerowane tkanki muszą ponadto wykazywać właściwości atrombogenne
ze zmniejszonym ryzykiem zwapnienia, co może znacząco zwiększyć stabilność w porównaniu z konwencjonalnie stosowanymi zastawkami biologicznymi. Zakłada się również, że usunięcie komórek techniką laserową
wywoła powstanie ładunku powierzchniowego na tkance accelularnej, co ułatwi przeprowadzenie dodatkowej modyfikacji w postaci dokowania leku.
Trwające aktualnie pierwsze testy selektywnego oddziaływania promieniowania laserowego na wybrane
próbki tkanek i badania ich wyników zostaną przedstawione bezpośrednio na konferencji.
Zasadniczy temat pracy obejmuje badania statutowe Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN „Z-2”
oraz tematykę projektu badawczego „Opracowanie inowacyjnej bioaktywnej protezy zastawki serca” finansowanego przez NCBR w ramach programu PBS ścieżka A, umowa PBS3/A7/17/2015.
[1] Y.S. Takeda, Q. Xu, Fabrication of 2D and 3D Constructs From Reconstituted Decellularized Tissue Extracellular Matrices, J Biomed Nanotechnol. 10, 3631-3637, 2014.
Maciej Klein1,2, Mirosław Sawczak1, Robert Barbucha1, Adam Cenian1
Ośrodek Techniki Plazmowej i Laserowej, Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Fiszera 14,
80-231 Gdańsk
2
Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej, Politechnika Gdańska, Narutowicza 11/12, 80-233
Gdańsk
1
Barwnikowe ogniwa fotowoltaiczne (DSSC, dye-sensitized solar cells) są jedną z najbardziej obiecujących technologii ogniw słonecznych trzeciej generacji. Znacząca wydajność fotokonwersji przekraczająca wartość 14%
otwiera drogę do ich bliskiej komercjalizacji. W swoim standardowym układzie ogniwo barwnikowe składa
się z:
• fotoanody, którą stanowi mezoporowata warstwa półprzewodnika o szerokiej przerwie energetycznej
(najczęściej TiO2) z zaadsorbowanym na powierzchni barwnikiem, osadzona na szklanym, przezroczystym podłożu przewodzącym zazwyczaj tlenku cyny domieszkowanego fluorem (FTO, fluorine-doped tin
oxide);
• katody zwykle będącej warstwą materiału katalitycznego osadzonego na podłożu przewodzącym;
• elektrolitu zawierającego parę redoksową jodek/trójjodek rozpuszczoną w niewodnym rozpuszczalniku.
Jednym z parametrów ograniczających wydajność fotokonwersji ogniw fotowoltaicznych jest ich rezystancja
wewnętrzna. W przypadku ogniw barwnikowych znaczącą składową rezystancji wewnętrznej jest rezystancja
złącza: warstwa TiO2/warstwa przewodząca FTO (odprowadzająca ładunek elektryczny), wynikająca z ograniczonej powierzchni styku porowatej warstwy półprzewodnika z chropowatą warstwą FTO (rys.1.). W niniejszej
pracy podjęto próbę redukcji rezystancji wewnętrznej oraz poprawy wydajności fotokonwersji ogniwa DSSC
poprzez spawanie laserowe złącza TiO2:FTO. Wykorzystując spektroskopię ramanowską oras skaningową mikroskopię elektronową zbadano wpływ procesu spawania na strukturę elektrody TiO2. Wyznaczone zostały
również parametry elektryczne gotowych ogniw.
[email protected]
Rys. 1. a) Porowata struktura złącza FTO/TiO2; b) zwiększenie przepływającego przez złącze prądu poprzez zwiększenie
kontaktu pomiędzy podłożem FTO a warstwą TiO2
Praca naukowa finansowana ze środków budżetowych na naukę w latach 2013-2016 jako projekt badawczy
w ramach programu pod nazwą „Diamentowy Grant” 0228/DIA/2013/42.
[email protected]
STL 2016
PL2-3
Opracowanie procesu laserowego wtapiania
proszku renu w podłoże z CP-Ti Gr2
Karol Kobiela, Robert Dziedzic, Irina Smolina, Patrycja Szymczyk, Edward Chlebus
PL2-4
Parametryczne badania procesu
nanosekundowej mikroobróbki laserowej
wybranych materiałów
Mateusz Tański1, Jerzy Mizeraczyk2
Politechnika Wrocławska: Wydział Mechaniczny, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław
Celem prowadzonych badań było opracowanie technologii laserowego stopowania proszkiem renu warstwy
wierzchniej substratu ze stopu czystego technicznie tytanu (CP-Ti G2), która pozwoli uzyskać warstwę o powtarzalnej geometrii, charakteryzującą się zakładanym i powtarzalnym składem chemicznym na całej jej
powierzchni oraz specjalnymi właściwościach mechanicznych. Do procesu stopowania wykorzystywy został
laser diodowy z głowicą umożliwiającoą osiowo ciągłe podawanie proszku do miejsca obróbki substratu.
W trakcie prowadzonych prac dobrano i zweryfikowano parametry procesu (moc, gęstość mocy lasera, prędkość skanowania i podawania materiału) według kryterium poprawności cech geometrycznych uzyskanych
warstw stopowanych renem, tj.: głębokości wtopienia, szerokości pojedynczej napoiny / warstwy stopowanej, głębokości strefy wpływu ciepła.
Weryfikacyjne badania kontrolne zostały wykonane dla pojedyńczych ściegów, analizowano wyniki zarówno
geometrii, mikrostruktury jak i właściwości mechanicznych, a dobrane w tych próbach parametry procesu
zostały wykorzystane do prób wytworzenie pełnych monolitycznych warstw.
Rys. 1. Mikrostruktura charakterystycznych obszarów na przekroju poprzecznym pojedynczej ścieżki warstwy stopowej
na CP-Ti G2:a) obszar wtopienia: komórkowo dendrytyczna mikrostruktura roztworu stałego β,b) strefa niewymieszana
między linią wtopienia i stopienia,c) strefa wpływu ciepła: gruboziarnista mikrostruktura roztworu stałego α, d) materiał
stopowany: drobnoziarnista mikrostruktura roztworu stałego α
Wyselekcjonowane parametry procesu pozwalają uzyskać na podłożu czystego technicznie tytanu CP-Ti G2
warstwę stopową o grubości około 450 mm, zawartości około 33% wag. Re, mikrostrukturze umocnionego
renem roztworu stałego β o twardości około 350 HV0,1, podniesionej odporności ściernej oraz odporności
korozyjnej porównywalnym ze stopem Ti6Al7Nb i chropowatości wymagającej szlifowania tylko do szczególnych zastosowań.
[email protected]
STL 2016
1
Ośrodek Techniki Plazmowej i Laserowej, Instytut Maszyn Przepływowych PAN Fiszera 14,
80-231 Gdańsk
2
Katedra Elektroniki Morskiej, Akademia Morska w Gdyni, Morska 81-87, 91-255, Gdynia
Mikroobróbka materiałów za pomocą laserów nanosekundowych jest atrakcyjną technologią przemysłową
z uwagi na duża dostępność tego rodzaju laserów oraz ich względnie małą awaryjność w porównaniu z laserami piko i femtosekudnowymi. Jednakże sam proces nanosekundowej mikroobróbki laserowej jest procesem
złożonym, wymagającym zoptymalizowania jego parametrów roboczych.
W niniejszej pracy przedstawiono wyniki parametrycznych badań procesu mikroobróbki wybranych materiałów za pomocą nanosekundowych impulsów laserowych na przykładzie procesów drążenia otworów i nacinania powierzchni materiałów. Do badań zastosowano laser na ciele stałym Nd:YAG z układem generującym
drugą harmoniczną (λ = 532 nm) podstawowej częstotliwości tego lasera. Parametry wiązki laserowej i sposób
realizacji mikroobróbki zostały tak dobrane, że za procesy drążenia otworów i nacinania powierzchni materiałów odpowiedzialna była głównie ablacja materiału. Przy drążeniu otworów energie impulsów laserowych
wynosiły od 10 µJ do 1,3 mJ. Nacinanie powierzchni materiałów wykonywano ciagiem immpulsów o mocy
średniej promieniowania laserowego 3W, 5W i 7W przy stałej częstotliwości repetycji impulsów laserowych
wynoszącej f = 6 kHz. Czas trwania pojedyńczego impulsu laserowego wynosił 26 ns. Badanymi materiałami
były blaszki z aluminium, krzemu, stali nierdzewnej AISI 304 i miedzi o grubości 500 µm.
W badaniach procesu drążenia otworów za pomocą pojedynczych nanosekundowych impulsów laserowych
wyznaczono wartości progowych gęstości energii ablacji przebadanych materiałów. Badania te wykazały także, że średnica wykonanych otworów poablacyjnych zwiększa się ze wzrostem energii impulsu laserowego.
Podczas badań drążenia otworów metodą perkusyjną za pomocą serii impulsów laserowych stwierdzono,
że dla stosunkowo płytkich otworów (o głębokości do około 60 µm) ich głębokość jest wprost proporcjonalna do ilości impulsów w serii. Przebadano także proces nacinania materiałów serią impulsów laserowych.
W wyniku tych badań określono wpływ mocy średniej promieniowania laserowego oraz prędkości nacinania
na głębokość wykonywanych nacięć. Zbadano także wpływ krotności powtórzeń nacięcia oraz częstotliwości
repetycji impulsów laserowych na głębokość nacięć. Uzyskane wyniki eksperymentalne porównano z przewidywaniami wynikającymi z analizy modeli teoretycznych opisujących ablacyjny proces laserowego drążenia
otworów i nacinania powierzchni materiałów. Z porównań wynika, że stosunkowo proste modele bazujące na
tzw. bilansie energetycznym nie opisują procesu nanosekundowej ablacji materiałów w sposób zadowalający.
Wyniki uzyskane w niniejszej pracy mogą zostać bezpośrednio zastosowane w celu zoptymalizowania procesu
laserowej mikroobróbki materiałów. Pozwalają one m.in. na wyznaczenie wartości gęstości energii impulsów
laserowych i ilości impulsów w serii w celu uzyskania w powierzchni obrabianego materiału otworu o żądanej
średnicy i głębokości. Umożliwiają także dobranie takich parametrów jak prędkość nacinania, moc średnia
promieniowania laserowego i krotność powtórzeń nacięcia w celu wykonania w materiale nacięcia o wymaganej szerokości i głębokości.
[email protected]
PL2-5
Laserowo indukowana modyfikacja
powierzchni węgla pirolitycznego
Bogusz Stępak1, Katarzyna Łęcka2, Tomasz Płonek3, Arkadiusz A. Antończak2
Wydział Elektorniki Mikrosystemów i Fotoniki, 2Wydział Elektroniki, Politechnika Wrocławska Wyb.
Wyspiańskiego 27, 50-327 Wrocław,
3
Klinika Chirurgii Serca, Uniwersytet Medyczny we Wrocławiu, Borowska 213, 50-556 Wrocław
1
Lasery impuslowe wykorzystywane są do modyfikacji powierzchni celem np. zwiększenia hydrofobowości,
zmiany właściwości tribologiczych czy kontroli adhezji komórek w przypadku implantów. Zogniskowana wiązka laserowa stanowi unikatowe narzędzie pozwalające na lokane indukowanie ekstremalnych warunków na
powierzchni materiału skutkujących szeregiem możliwych reakcji chemicznych oraz zjawisk takich jak tworzenie uporządkowanych, periodycznych struktur powierzchniowych znanych jako LIPSS (laser induced periodic
surface structures). Prezentowane wyniki dotyczą wytwarzania LIPSS na powierzchni elementów zastawki
serca wykonanej z węgla pirolitycznego z wykorzystaniem lasera piko- i femtoskundowego. Zbadano wpływ
czasu trwania impulsu, długości fali, polaryzacji i innych parametrów procesu na geometrię uzyskanych nanostruktur oraz właściwości powierzchni. Zgodnie z dostępna literaturą, zaobserwowane przez nas struktury
na węglu pirolitycznym uporządkowane są w kierunku ortogonalnym do kierunku polaryzacji, a ich gęstość
zależy od zastosowanej długości fali. Opracowano parametry pozwalające na skrócenie procesu modyfikacji
zachowując jednorodność struktury. Powierzchnię przeanalizowano za pomocą spektroskopii Ramana.
PL2-6
Laserowa modyfikacja rezystancji
powierzchniowej elektrod wolframowych
wykorzystywanych do oporowego zgrzewania
miedzianych przewodów wielodrutowych
Mariusz Tomczyk1, Radosław Szklarek2, Ryszard Pawlak1
Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej, Politechnika Łódzka, 90-924 Łódź,
ul. Stefanowskiego 18/22
2
SPINEX, Spinkiewicz Sp. J., ul. Klimotowska 19, 04-672 Warszawa
1
Łączenie przewodów wielodrutowych wymaga wstępnego przygotowania końcówek łączonej wiązki. W zależności od procesu łączenia można stosować zaprasowanie, stopienie płomieniem, przetopienie wiązką laserową, a w przypadku końcowego zgrzewania oporowego dokonuje się wstępnego zaciśnięcia linki w matrycy wolframowej (rys.1a). W kolejnym etapie wykonuje się połączenie zgrzewane z wykorzystaniem siły
docisku i drgań oraz nagrzewania prądem przemiennym o określonym natężeniu i częstotliwości. W trakcie
wykonywania kolejnych połączeń elektrody wolframowe, w wyniku złożonych procesów fizycznych, pokrywają się cienką warstwą miedzi (grubość nie przekracza 10μm, rys.1b). Zmianie ulega rezystancja stykowa,
a w konsekwencji zmiana parametrów zgrzewania. Od momentu zainstalowania na stanowisku zgrzewającym
nowej elektrody proces stabilizuje się po ok. 2000 cykli łączeniowych. W tym czasie konieczna jest ciągła kontrola i zmiana parametrów zgrzewania (prądu i częstotliwości). Wykonywane podczas stabilizacji połączenia
w większości nie spełniają surowych kryteriów niezawodnościowych i są odrzucane na etapie kontroli jakości.
W celu zoptymalizowania technologicznego procesu zgrzewania i uniknięcia strat powierzchnie nowych elektrod zostały odpowiednio zmodyfikowane w wyniku wtapiania laserowego. Czoło elektrody pokrywane jest
warstwą miedzi (w postaci proszku lub folii miedzianej), a następnie przetapiane wiązką laserową skanowaną
po całej powierzchni. W procesie wykorzystywane są lasery impulsowe o długości 1064nm oraz 1060nm
o czasie trwania impulsu odpowiednio 1-4ms oraz 15-220ns.
Rys. 1. Zdjecie SEM powierzchni węgla pirolitycznego po modyfikacji laserem: a) pikosekundowym λ = 1064 nm,
b) femtosekundowym λ = 515 nm, c) efekt nanostrukturyzacji widoczny pod mikroskopem optycznym
Autor otrzymał finansowanie na przygotowanie pracy doktorskiej ze środków Narodowego Centrum Nauki w ramach stypendium doktoranckiego: DEC-2015/16/T/ST8/00483. Badania zostały sfinansowane
równierz ze środków statutowych Katedry Teorii Pola, Układów Elektronicznych i Optoelektroniki na Wydziale Elektroniki PWr: S500-44. Badania przeprowadzono we współpracy z Instytutem Fraunhofera IWS
w Dreźnie.
[email protected]
Rys. 1. a) Miedziany przewód wielodrutowy przygotowany do zgrzewania oporowego,
b) czoło elektrody wolframowej pokryte częściowo warstwą miedzi
[email protected]
STL 2016
PL2-7
PL2-8
Zastosowanie technik planowania
eksperymentu do optymalizacji laserowej
obróbki powierzchni materiałów
Zastosowanie lasera światłowodowego
do teksturowania elastomerów
Ewa Korzeniewska1, Ryszard Pawlak 1, Mariusz Tomczyk 1, Maria Walczak 1, Dariusz Bieliński2,
Karolina Kałuzińska2, Mariusz Siciński 2
Mariusz Tomczyk, Ryszard Pawlak, Maria Walczak
Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej, Politechnika Łódzka, 90-924 Łódź,
ul. Stefanowskiego 18/22
Procesy technologiczne, w których wykorzystywane są lasery są bardzo złożone, a efekty ich oddziaływania
zależą od wielu czynników. W przypadku wiązki ciągłej jest to: długość fali, moc, czas oddziaływania oraz
prędkość skanowania wiązki. W procesach, w których wykorzystywana jest wiązka impulsowa dodatkowo należy uwzględnić czas trwania impulsu oraz częstotliwość powtarzania impulsów. Dla uzyskania odpowiednich
efektów procesu obróbki laserowej niezbędna jest optymalny dobór tych parametrów. Jednym ze sposobów
optymalizacji są techniki planowania eksperymentu (Design of Experiments - DoE).
W badaniach przedstawionych w artykule techniki planowania eksperymentu wykorzystano do optymalizacji
procesu powierzchniowej obróbki materiałów laserem impulsowym SPI G3. Jako czynniki wejściowe, wpływające na obróbkę powierzchni, przyjęto następujące parametry: moc wiązki (0-20 W), czas trwania impulsu laserowego (15-220 ns), częstotliwość powtarzania impulsów (35-290 kHz), prędkość skanowania wiązki
(100-5000mm/s), hatching (10-50 μm). Zakresy zmienności czynników wejściowych określono na podstawie
możliwości technicznych zastosowanych urządzeń oraz wstępnych badań eksperymentalnych. Wielkością
wyjściową podlegającą ocenie była grubość zdejmowanej warstwy w procesie ablacyjnym.
Pomiary wykonano według planu statycznego, zdeterminowanego dwupoziomowego PS/DK 25 dzięki czemu
została ograniczona liczba koniecznych do wykonania pomiarów. Dla przyjętego modelu wykonano zaledwie
32 pomiary dla odpowiednio ustalonych wartości czynników wejściowych. Przeprowadzenie kompletnej analizy, zakładając średnio ok. 10 przedziałów zmienności każdego z czynników wymagałoby wykonania łącznie
L=105=100000 pomiarów. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów stworzono matematyczny model
procesu z odpowiednimi współczynnikami regresji dla każdego z czynników wejściowych. Zbadana została
istotność poszczególnych współczynników oraz adekwatność całego modelu (przy założonym poziomie ufności i liczbie stopni swobody). Uzyskany model został zweryfikowany eksperymentalnie, poprzez porównanie
wyników uzyskanych z modelu z grubością zdejmowanej warstwy określoną eksperymentalnie w warunkach
laboratoryjnych.
[email protected]
1
Instytut Systemów Inżynierii Elektrycznej, Politechnika Łódzka, 90-924 Łódź, ul. Stefanowskiego 18/22
Instytut Technologii Polimerów i Barwników, Politechnika Łódzka, 90-924 Łódź, ul. Stefanowskiego 12/16
2
Własności tworzyw polimerowych, w tym elastomerów, podlegają ciągłemu udoskonalaniu ze względu na
stale poszerzający się zakres ich zastosowań w przemyśle i życiu codziennym. Ważną użytkową cechą elastomerów jest odpowiednie zachowanie się w środowisku wilgotnym. Jedną z metod poprawy hydrofobowości
i zmniejszenia współczynnika tarcia jest teksturowanie powierzchni.
Praca prezentuje efekt modyfikacji powierzchni wulkanizatów kauczuku butadienowo-styrenowego (SBR)
oraz etylenowo-propylenowo-dienowego (EPDM), otrzymanych w Instytucie Technologii Polimerów i Barwników Politechniki Łódzkiej. Laserową modyfikację powierzchni przeprowadzono w Laboratorium Mikrotechnologii Laserowych i Materiałowych LM2 Instytutu Systemów Inżynierii Elektrycznej PŁ. Elastomery poddawano
oddziaływaniu promieniowania lasera jednomodowego światłowodowego o długości fali 1065 nm i średnicy
zogniskowanej wiązki 25 mm. Zbadano wpływ zmian parametrów jak i sposobu skanowania na zmianę morfologii powierzchni i własności powierzchniowych elastomerów. Średnią moc wiązki zmieniano w zakresie 2- 20
W, czas trwania impulsów 15- 220 ns, częstotliwość powtarzania 35-290 kHz, prędkość skanowania wiązki
100- 2500 mm/s , a hatching od 0,01 do 0,05 mm. Badania w tak szerokim zakresie zmienności parametrów
procesu pozwoliły określić optymalne warunki z punktu widzenia uzyskania odpowiednich parametrów użytkowych modyfikowanych powierzchniowo polimerów. Mikroobróbkę przeprowadzono zarówno w atmosferze ochronnej jak i w powietrzu. Badania eksperymentalne właściwości zmodyfikowanych elastomerów SBR
i EPDM wykazały m.in., że optymalnie przeprowadzona obróbka może prowadzić do znacznego wzrostu hydrofobowości elastomeru ( rys. 1). Zwilżalność próbek badano metodą stawiania kropli (sessile drop method).
Wartości kąta zwilżania dla SBR oraz EPDM różniły się z uwagi na różnice w strukturze, ale dla obu materiałów
wykazały kilkudziesięcioprocentowy wzrost.
Rys. 1. Tekstura powierzchni kauczuku SBR (a) oraz pomiar kąta zwilżalności na powierzchni SBR
przed (b) i (c) po oddziaływaniu promieniowania laserowego
Praca przedstawia wybrane wyniki wpływu przeprowadzonej obróbki laserowej na wytworzone gatunki elastomerów.
[email protected]
STL 2016
PL2-9
Zastosowanie lasera światłowodowego
do precyzyjnego cięcia krzemu
Maria Walczak1, Łukasz Ruta2
Politechnika Łódzka , Instytut Systemów, Inżynierii Elektrycznej, 90-924 Łódź, Stefanowskiego 18/22
Politechnika Łódzka, Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych, 90-924 Łódź,
ul. Wólczańska 211/215
1
2
W procesie wytwarzania przyrządów elektronicznych występuje często konieczność cięcia wafli krzemowych.
Są to zarówno podłoża czyste jak i te zawierające struktury przyrządów półprzewodnikowych. Praca dotyczy cięcia krzemu czystego a także z różnymi warstwami ochronnymi, maskującymi procesowane struktury
w tym również warstwy grafenowe. Jako warstwę ochronną wykorzystano fotorezyst stosowany w procesach fotolitografii. Cięcie krzemu prowadzono za pomocą lasera jednomodowego światłowodowego SPI G
20W M2<1.3 o długości fali 1065 nm i średnicy wiązki rzędu 25 mm, będącego na wyposażeniu Laboratorium
Mikrotechnologii Laserowych i Materiałowych LM2 Instytutu Systemów Inżynierii Elektrycznej PŁ. Zbadano
wpływ zmian parametrów wiązki jak i sposobu skanowania na morfologię krawędzi cięcia i zachowanie się
fotorezystu. Parametry impulsów takie jak: moc, czas trwania impulsów, częstotliwość ich powtarzania oraz
prędkość skanowania wiązki były zmieniane odpowiednio w zakresie 6-20 W, 15-220 ns, 35-290 kHz oraz
100-2500 mm/s ze względu na uzyskanie gładkiej płaszczyzny cięcia. Kluczowym przy prowadzonej obróbce
było otrzymanie wąskiej i jak najmniej zdefektowanej szczeliny cięcia, na co w istotny sposób wpływał oprócz
parametrów energetycznych wiązki stosunek częstotliwości impulsów do prędkości skanowania. Efekty cięcia
linią pojedynczą porównano za pomocą obserwacji mikroskopem skaningowym z obrazem cięcia ablacyjnego z hatchingiem od 0.01 do 0.005mm. W prowadzonych eksperymentach dobrano zarówno parametry
impulsów laserowych jak i stosowanie odpowiedniej atmosfery ochronnej dla jak najlepszych efektów cięcia
zarówno pod względem szerokości cięcia, jak i głębokości i czystości krawędzi ( rys 1).
PL2-10
Zastosowanie metody technicznej tomografii
komputerowej do kontroli jakości obiektów
wytwarzanych w laserowych technologiach
przyrostowych
Grzegorz Ziółkowski, Patrycja Szymczyk, Tomasz Kurzynowski, Bogdan Dybała, Edward Chlebus
i Organizacji Produkcji, CAMT-FPC, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław
Techniczna tomografia komputerowa (CT) jest nieniszczącą metodą charakterystyki i oceny materiałów stosowaną od lat 80 ubiegłego stulecia. Obecnie CT stała się ważnym i skutecznym narzędziem w identyfikacji
wewnętrznej struktury materiałów, pozwalającym na analizę i wizualizację porów, pęknięć, wtrąceń lub defektów w materiałach polimerowych, ceramicznych, kompozytach i lekkich stopach metali.
W wyniku badania za pomocą CT struktura obiektu nie ulega zmianie, zatem tę technikę pomiarową zalicza
się do grupy badań nieniszczących NDT (NDT – non destructive testing). Dzięki nieniszczącemu charakterowi
badań możliwa jest analiza struktury wewnętrznej obiektów w stosunkowo krótkim czasie, bez potrzeby kosztownego ich cięcia na części. Główne obszary zastosowań technicznej tomografii komputerowej to inspekcja i kontrola jakości odlewów oraz części mechanicznych wytworzonych z różnych materiałów stosowanych
w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, czy wyrobów medycznych.
Rys. 1. Przykład zastosowania technicznej tomografii komputerowej w analizie kompozytu metalicznego
Rys. 1. Krawędź cięcia krzemu (100) (a), krawędź cięcia krzemu z warstwą fotorezystu
[email protected]
STL 2016
W pracy przedstawiono możliwości, jakie daje zastosowanie technicznej tomografii komputerowej w kontroli jakości obiektów wytwarzanych technologiami przyrostowymi. Dane uzyskane w wyniku rekonstrukcji
metodą CT zawierają informację o całej strukturze badanego przedmiotu, dzięki temu możliwa jest analiza
grubości jego ścianek czy porównanie geometrii CAD (nominalnej) z geometrią zrekonstruowaną (aktualną).
Ponadto dane pochodzące z obrazowania za pomocą CT pozwalają odtworzyć przestrzenną mapę gęstości
rekonstruowanych obiektów w postaci skali szarości, co pozwala na analizę obiektów zbudowanych z wielu
części lub materiałów o niejednorodnej strukturze.
[email protected]
PL2-11
PL2-12
Raman study of TiO2 coatings modified by UV
pulsed laser
Nowe aktywne związki kompleksowe europu
i terbu dla technik laserowych
Radosław Belka1*, Justyna Kęczkowska1, Piotr Sęk2
Department of Photonics and Teleinformatic Systems, Faculty of Electrical Engineering, Automatic
Control and Computer Science, 2Department of Terotechnology and Industrial Laser Systems, Faculty of
Mechatronics and Machine Engineering, Kielce Universtity of Technology, Al. Tysiaclecia P.P.7, 25-314 Kielce
Lidia Czyżewska1*, Renata Łyszczek2, Małgorzata Gil1, Anna Jusza3, Janusz Pędzisz1,
Ryszard Piramidowicz3, Paweł Mergo1
1
TiO2, also know as titania, is a ceramic compound, existing in numerous polymorphic forms, mainly as tetragonal rutile and anatase, and rhomboidal brookite [1]. Rutile is the most stable form of titanium dioxide,
whereas anatase is a metastable form, created in lower temperatures than rutile. Anatase is marked with
higher specific surface area, porosity and a higher number of surface hydroxyl groups as compared to rutile.
The unique optical and electronic properties of TiO2 results in its use as semiconductors dielectric mirrors,
sunscreen and UV-blocking pigments and especially as photocatalyst [2]. TiO2 is a large bandgap semiconductor with low absorption coefficient in visible and infrared region [3]. The band gap for the anatase and rutile
are 3.23eV and 2.96eV respectively. An important feature of titanium dioxide is its very high refractive index,
with values approximately in the range of 2.4 (IR range) to 2.9 (VIS) for anatase and from 2.6 (IR) to 3.2 (VIS)
for rutile [4].
The sol-gel process and hydrothermal reactions have been most popular for TiO2 preparation. In our case,
the tetraisopropoxide was used as Ti precursor according to sol-gel method [5]. Prepared gel was coated on
glass substrates and calcined in different temperatures. Next, prepared coatings were modified by UV picosecond pulse laser (TruMicro). Physical modification of the coatings using laser pulses was intended in order
to increase the specific surface area of the produced material [6]. Laser ablation consist in removal of material
from the substrate by direct absorption of laser energy, as TiO2 has relatively high absorbance coefficient in
UV region [7,8].
In this work an influence of ps pulse laser illumination on structure of TiO2 coating will be presented. The
structural studies will be performed by Raman spectroscopy (RS), one of the basic analytical techniques, supporting the identification of compounds and obtaining information about the structure. RS is a useful method
of identification, allowing distinguishing the anatase phase from the rutile phase. In our studies, anatase to
rutile transformation was observed.
ACKNOWLEDGEMENTS
Measurements was performed using equipment founded by the European Regional Development Fund within the Innovative Economy Operational Programme 2007-2013 (No POIG 02.02.00-26-023/08-00).
Pracownia Technologii Światłowodów, Wydział Chemii, Uniwersytet Marii Curie Skłodowskiej,
Pl. Skłodowskiej 3, 20-031 Lublin
2
Zakład Chemii Ogólnej i Koordynacyjnej, Wydział Chemii, Uniwersytet Marii Curie Skłodowskiej,
3
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, Wydział Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych,
ul. Nowowiejska 15/19, 00-665 Warszawa
1
Obserwowany w ostatnich latach intensywny rozwój nowych metod syntezy chemicznej pozwala na opracowanie nowych typów związków chemicznych. Na szczególną uwagę zasługują tutaj związki kompleksowe pierwiastków ziem rzadkich. Dzięki opracowaniu nowych rodzajów związków organicznych pełniących w związkach kompleksowych rolę ligandów zyskały one nowe funkcjonalności.
W pracy przedstwiono nowe rodzaje związków kompleksowych europu i terbu. Wykonane charakterystyki
optyczne potwierdziły ich aktywność optyczną. Przeprowadzone badania termograwimetryczne potwierdziły
wysoką odpornośc termiczną co umożliwia ich wykorzystanie jako aktywne związki bazowe dla technologii
materiałów aktywnych użytecznych w technikach laserowych. Na rysunku 1 przedstawiono zdjęcie przykładowych wytworzonych związków kompleksowych europu i terbu oświetlonych promieniowaniem UV. Na rysunku 2 przedstawiono przykładowe widma wzbudzeniowe i emisyjne.
Rys. 1. Luminescencja wytworzonych związków kompleksowych europu (po prawej) i terbu (po lewej) oświetlonych promieniowaniem UV
Rys. 2. Przykładowe widma wzbudzeniowe i emisyjne
wytworzonych związków kompleksowych europu i terb
[1] S. M. Gupta, M. Tripathi, Phys. Chem. 56 (16) (2011): 1639–1657
[2] S.N. Frank et al. J. Phys. Chem. 81 (1977) 1484.
[3] S. Tanemura et al. Appl Surf Sci 212–213 (2003) 654–660
[4] Z Wang, U. Helmersson, P. Kall, Thin Solid Films 405 (2002) 50–54.
[5] A. Saleh et al J Mat Sci Eng, 3 (12) (2009) pp. 81
[6] B. Antoszewski, P. Sęk, Archives of Metallurgy and Materials, vol. 60 (3B), 2015, pp. 117-121
[7] O. Van Overschelde et al. J. Phys. Chem. C, 2009, 113 (34), pp 15343–15345
[8] J.I. Ahuir-Torres et al. Surface & Coatings Technology 259 (2014) 408–414
[email protected]
[email protected]
STL 2016
PL2-13
PL2-14
Pomiar szumów ultraniskoszumnych źródeł
prądowych do zasilania laserów
Arkadiusz Hudzikowski1, Aleksander Głuszek1, Frank K. Tittel2
Rice University, 6100 Main St, 77005 Houston, Teksas, Stany Zjednoczone
1
2
W wielu aplikacjach, w tym spektroskopii laserowej, do zasilania laserów stosuje się ultraniskoszumne źródła prądowe [1]. Pomiar parametrów takiego źródła, a w szczególności jego szumów, wymaga stosowania
specjalizowanych rozwiązań układowych oraz technik przetwarzania sygnałów. W tej pracy przedstawiamy
rozwiązania układowe pozwalające zmniejszyć szumy toru pomiarowego i prądy upływu. Układy te nadają się
zarówno do pomiaru bezpośredniego, jak i użycia metody korelacji wzajemnej pozwalającej na ograniczenie
wpływu szumów toru pomiarowego na uzyskany wynik [2].
Zastosowanie kilku topologii stopni wzmacniających w jednym torze oraz odzielnych bloków zasilających umożliwia zmniejszenie szumów poniżej 0.7 nV/ na wejściu układu i pomiar szumów prądowych
o wartościach od 15 pA / w bardzo szerokim paśmie. Całkowita separacja torów pomiarowych pozwala
na efektywne wykorzystanie korelacji wzajemnej i eliminację większości szumów wprowadzanych przez
tor pomiarowy (rys. 1).
Aktywne polimery dla technologii aktywnych
światłowodów polimerowych
Paweł Mergo1*, Renata Łyszczek2, Małgorzata Gil1, Anna Jusza3, Lidia Czyżewska1 Janusz Pędzisz1, Jarosław
Kopeć1, Ryszard Piramidowicz3
Pracownia Technologii Światłowodów, Wydział Chemii, Uniwersytet Marii Curie Skłodowskiej,
2
Zakład Chemii Ogólnej i Koordynacyjnej, Wydział Chemii, Uniwersytet Marii Curie Skłodowskiej,
3
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, Wydział Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych,
ul. Nowowiejska 15/19, 00-665 Warszawa
1
Obserwowany w ostatnich kilku latach wzrost zainteresowania światłowodami polimerowymi przyczynia się
do opracowania nowych materiałów dla tego typu włokien. Dzięki niskiej temperaturze przetwarzania oraz
właściwościom umożliwjającym domieszkowanie polimerów na etapie wytwarzania preformy jak też światłowodów polimerowych po ich wytworzeniu materiały polimerowe wydają się być bardziej atrakcyjne od
znanych obecnie szkieł aktywnych.
W pracy przedstawiono właściwości optyczne i termiczne wytworzonych aktywnych materiałów polimerowych na bazie polimetakrylanu metylu domieszkowanych kompleksowymi związkami europu i terbu. Przedstawiono wpływ składu mieszaniny polimeryzacyjnej na właściwości optyczne i termiczne wytworzonych
polimerów. Otrzymane wyniki potwierdziły możliwośc wykorzystania wytworzonych polimerów w technologii aktywnych światłowodów polimerowych. Na rysunku 1 przedstawiono zdjęcie wytworzonego polimeu
domieszkowanego aktywnym kompleksowym związkiem europu. Na rysunku 2 przedstawiono zdjęcie jego
luminescencji po oświetleniu promieniowaniem UV.
Rys. 1. Zdjęcie wytworzonej kształtki polimerowej domieszkowanej aktywnym związkiem kompleksowym europu
Rys. 1. Schemat toru pomiarowego: a) pomiar bezpośredni, b) pomiar metodą wzajemnej korelacji
Referencje:
[1] F. Tittel, A. Gluszek, A. Hudzikowski, L. Dong, C. Li, P. Patimisco, A. Sampaolo, V. Spagnolo, J. Wojtas; “Recent advances of mid–infrared compact, field deployable sensors: principles and applications”, Geophysical
Research Abstracts Vol. 18, EGU2016-8864, (2016).
[2] F. Crupi, G. Giusi, C. Ciofi;” Enhanced Sensitivity Cross-Correlation Method for Voltage Noise Measurements”, IEEE Transaction On Ins. and Meas., vol. 55, no. 4 (2006).
[email protected]
STL 2016
Rys. 2. Luminescencja wytworzonego polimeu po oświetleniu promieniowaniem UV
Praca została częściowo sfinansowana z funduszy projektu: TRIPOD - People Programme (Marie Curie Actions) of the European Union’s Seventh Framework Programme FP7/2007 2013/ under REA grant agreement
n° 608382.
[email protected]
PL2-15
Nanosrebro w technologii diod laserowych
Elżbieta Dąbrowska, Marian Teodorczyk, Konrad Kiełbasiński, Andrzej Maląg
Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, 01-919 Warszawa, Wólczyńska 133
W procesach montażu diod laserowych w ITME zastosowano nanosrebro w kilku obszarach technologii,
w szczególności :
- pokrywanie – srebrzenie elementów chłodnic i podkładek,
- lutowanie podkładki (heat spreader) do chłodnicy,
- jako jeden z materiałów przy wytwarzaniu podkładek nowego typu,
- pastach przewodzących używanych przy pomiarach charakterystyk diod laserowych.
Opracowane w ITME pasty zawierają proszek srebra o uziarnieniu od 4-100 nm. Zaletami tych past jest między
innymi:
- niska temperatura spiekania, ok. 300oC, w porównywalna z temperaturą lutowia z litego srebra (około 850oC)
- znacząco wyższe- zbliżone do przewodnictwa litego Ag- przewodnictwo elektryczne i cieplne.
Nanoziarna srebra mają bardzo wysoką energię powierzchniową umożliwiającą spiekanie ich w temperaturach ok. 300oC bez wspomagania fazy ciekłej (stopionego szkliwa). Po spieczeniu (wypaleniu), w warstwie
obecna jest wyłącznie faza srebra, a adhezja pomiędzy ziarnami oraz
między warstwą a podłożem jest zapewniona dzięki energii powierzchniowej nanoziaren srebra. Nośnik organiczny, obecny w paście umożliwia naniesienia warstwy na podłoże przy pomocy np. sitodruku i ulega spaleniu w czasie spiekania warstwy.
Własności te pozwalają na wykonanie pokryć srebrowych chłodnic i podkładek (heat spreader) w stosunkowo prosty sposób. Zastąpiono, w szczególności, dotychczas stosowane złocenie podkładek wykonanych
z różnych kompozytów nakładaniem i wypalaniem pasty z nanoproszku srebra.
Wysoka energia potencjalna nanoziaren Ag pozwala na zastosowanie past do technologii trwałego łączenia
podkładek z chłodnicami. Stosowane w tej operacji urządzenie do precyzyjnego lutowania firmy FineTech
umożliwia znaczny nacisk na powierzchnię lutowanego elementu, stąd jest wykorzystywany do lutowania
podkładki do chłodnicy wg specjalnie opracowanej procedury. Tak przygotowany układ: chłodnica - podkładka daje gwarancję skutecznego odprowadzania ciepła z pracującej diody. Dlatego też w technologii montażu
wprowadzono oddzielne lutowanie: w pierwszej kolejności podkładki do chłodnicy przy pomocy past opartych na nanoproszku srebra i następnie do takiej „kanapki” lutowywany jest chip laserowy przy pomocy lutowia indowego. Taka kolejność pozwala, w warunkach laboratoryjnych, na wielokrotne używanie chłodnicy
z przylutowaną podkładką, a tym samym na duże oszczędności przy testowaniu nowych materiałów i rozwiązań konstrukcyjnych.
Nanosrebro wykorzystywane zostało jako jeden z komponentów w kompozytach przeznaczonych na podkladki dopasowującej CTE (heat spreader). Zastosowano je również, jako składnik past termoprzewodzących
o wysokim współczyniku przewodzenia ciepła, stosowanych do mocowania chłodnicy w układzie aktywnego
chłodzenia diody laserowej.
[email protected]
STL 2016
PL2-16
Laserowy detektor aerozoli biologicznych
Miron Kaliszewski, Maksymilian Włodarski, Jarosław Młyńczak, Zbigniew Zawadzki,
Monika Mularczyk-Oliwa, Aneta Bombalska, Krzysztof Kopczyński
Rozwój cywilizacji, ciągły wzrost zagrożeń bakteriologicznych wymusza potrzebę rozwoju nowych technik
szybkiej detekcji drobnoustrojów chorobotwórczych skażających powierzchnie, wodę i powietrze, w środowisku życia człowieka. Obecnie najczęściej stosowanymi metodami wykrywania i identyfikacji drobnoustrojów
są metody hodowlane lub identyfikacja za pomocą technik molekularnych. Pomimo bardzo wysokiej wiarygodności wyniku, metody te są praco- i czasochłonne, a w pobieranych próbkach nie zawsze znajduje się
poszukiwany materiał biologiczny.
Laserowo wzbudzona fluorescencja (LIF – Laser Induced Fluorescence) jest jedną z metod umożliwiających
wykrywanie potencjalnych skażeń biologicznych w czasie rzeczywistym. Naturalnie występujące w organizmach żywych białka, porfiryny i witaminy wykazują fluorescencję pod wpływem promieniowania UV. W IOE
WAT opracowane zostało urządzenie optoelektroniczne umożliwiające analizę czystości mikrobiologicznej
powietrza. Niewątpliwą zaletą jest ciagły tryb pracy, bez użycia odczynników chemicznych i bez wcześniejszego przygotowania. Wyniki pomiarów prezentowane są na ekranie w czasie rzeczywistym. Wykorzystanie
tych systemów do stałego monitoringu pyłkowego lub czystości mikrobiologicznej sal operacyjnych, może
znacząco obniżyć zarówno ryzyko rozprzestrzeniania chorobotwórczych drobnoustrojów jak zminimalizować
niedogodności związane z alergiami poprzez szybkie wykrywanie okresów pylena roślin.
Rys. 1. Widok elementów detektora. Przekrój układu detekcyjnego
Zadanie zrealizowane w ramach projektu POIG.05.01.00-00-013/12-00, zadanie nr. 3 projektu „Rozwój Klastra Centrum Inżynierii Biomedycznej” współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka.
[email protected]
PL2-17
Wielospektralny skaner laserowy w ochronie
i monitoringu środowiska
Mirosława Kaszczuk, Zygmunt Mierczyk, Marek Zygmunt, Tadeusz Drozd, Andrzej Gawlikowski,
Andrzej Gietka, Marcin Jakubaszek, Piotr Knysak, Andrzej Młodzianko, Michał Muzal,
Roman Ostrowski, Wiesław Piotrowski, Jacek Wojtanowski
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul.S. Kaliskiego 2; 00-908 Warszawa
Wielospektralny skaner laserowy jest nowoczesnym urządzeniem optoelektronicznym, umożliwiającym analizę wybranych obszarów przestrzeni, w oparciu o technikę lidarową. W technice lidarowej (LIght Detection
and Ranging) pomiarom podlega wielkość sygnału echa optycznego, będącego skutkiem oddziaływania promieniowania laserowego z materią, a także czas upływający pomiędzy chwilą wyemitowania promieniowania, a momentem detekcji sygnału. Czas ten pozwala na wyznaczenie miejsca występowania analizowanego
obiektu w przestrzeni, natomiast wielkość sygnału powrotnego niesie ze sobą informacje dotyczące charakterystyki analizowanego ośrodka.
Zródłem promieniowania w skanerze laserowym są trzy diody półprzewodnikowe, o długościach fali generowanego promieniowania: 850nm, 905nm oraz 1550nm. Promieniowanie to jest za pomocą optycznego
układu nadawczego odpowiednio kształtowane oraz przekazywane na układ skanowania. Układ ten ma za zadanie kierowanie generowanych impulsów laserowychw konkretne miejsca przestrzeni, umożliwiając punkt
po punkcie, badanie zadanego terenu. Wysłane promieniowanie, wskutek oddziaływania z materią, odbijane
jest od obiektów znajdujących się w pasie skanowania, tworząc echo optyczne. Sygnał powrotny zbierany
jest przez optyczny układ odbiorczy, a następnie kierowany do układu przetwarzania i akwizycji danych. Analiza zgormadzonych danych z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania pozwala na stworzenie cyfrowych map terenu DEM (Digital Elevation Model). Dodatkowo, w oparciu o stworzoną dla celów skanera
laserowego bazę danych sygnatur reflektancyjnych, możliwa jest klasyfikacja, identyfikacja, a nawet analiza
własności materiałów stanowiących pokrycie badanego terenu. W ten sposób wykreślone zostają cyfrowe
mapy pokrycia terenu DSM (Digital Surface Model). Zarówno model terenu, jak i jego pokrycia mogą być
przedstawione w postaci map dwu-, jak i trój-wymiarowych.
Wielospektralny skaner laserowy umożliwia wieloaspektową analizę stanu środowiska naturalnego oraz jego
komponentów. Możliwe jest m.in. badanie wilgotności oraz stanu gleby, szacowanie poziomu wegetacji, charakterystyka roślin, określanie parametrów jakościowych i ilościowych zbiorowisk roślinnych, a także panujących stresów środowiskowych, czy nawet chorób. Długoterminowe badania zapewniają podstawę do analizy
przemian struktury biotycznych i abiotycznych elementów ekosystemów. Umożliwia to prowadzenie skutecznego monitoringu środowiska, a także opisanie występujących w nim zjawisk, wraz z określeniem ich dynamiki i tendencji. Szczególnie tyczy się to miejsc oddziaływania rozmaitych czynników negatywnie wpływających
na całość, lub poszczególne elementy składowe (głównie biotop oraz fitocenozę). W przypadku pojawienia się
negatywnych zjawisk, badania pozwalają na diagnozowanie ognisk patologii oraz wyznaczanie kierunków ich
rozprzestrzeniania się. W przypadku zaistnienia klęsk żywiołowych, dane z profilometru mogą stanowić podstawę do analizy zagrożenia, oszacowania rodzaju i wielkości szkód, a także pomóc w podejmowaniu decyzji
dotyczących zapobiegania, lub minimalizowania dalszych negatywnych efektów.
[email protected]
STL 2016
PL2-18
Baza danych charakterystyk reflektancyjnych
materiałów dla celów lotniczego skaningu
laserowego
Mirosława Kaszczuk, Zygmunt Mierczyk
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, ul.S. Kaliskiego 2; 00-908 Warszawa
Baza danych charakterystyk reflektancyjnych materiałów powstała na potrzeby wielospektralnego skanera
laserowego, skonstruowanego w Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej. Opracowanie
bazy danych wymagało zebrania, przygotowania, przebadania oraz zanalizowania podstawowych typów substancji i materiałów, które mogą stanowić elementy pokrycia terenu. Materiał badawczy do pomiarów został
tak dobrany, aby obejmował rozmaitego rodzaju substancje oraz materiały, różnego stopnia złożoności składu
oraz budowy, wraz z uwzględnieniem zarówno materiałów nieożywionych, w tym naturalnych (piaski, kamienie, ziemia, minerały itp) oraz antropogenicznych (beton, asfalt, cegła, eternit, kostka brukowa itp.), jak
i ożywionych (liście i igły drzew i krzewów, rośliny zielne, mech, itp.). Dodatkowo pomiary każdego materiału
wzbogacone zostały o uwzględnienie różnego rodzaju czynników mogących wnosić zmiany w wartości reflektancji badanych materiałów. Wśród czynników tych główny nacisk położono na: formę i postać substancji,
strukturę powierzchni materiału, zawartość głównych składników, obecność składników stanowiących domieszki, wilgotność próbki.
Wszystkie pomiary wykonane zostały przy użyciu spektrometru Lambda 900 firmy Perkin Elmer, wyposażonego w 150mm sferę integracyjną PELA 1001 Downward Viewing. Taka konfiguracja aparatury pomiarowej
umożliwiała pomiar reflektancji całkowitej, rozproszonej oraz wyznaczenie wartości odbicia zwierciadlanego.
Wartości reflektancji analizowane były w zakresie spektralnym 200-2500nm, z ustalonym krokiem wynoszącym 5nm. Zastosowana procedura badawcza pozostaje w zgodzie z wymogami normy NO-10-A504:2011.
W celu sprawdzenia poprawności wyników, w oparciu o certyfikowane standardy reflektancyjne przeprowadzona została walidacja metody pomiarowej.
Rys. 1. Przykładowe widma reflektancyjne wybranych materiałów
Uzyskane wyniki w postaci widm reflektancyjnych różnych ośrodków zostały zebrane i posegregowane. Szczegółowo zanalizowane zostały wartości reflektancji dla trzech wybranych długości fali: λ1 = 850nm, λ2 = 905nm,
λ1 = 1550nm, a następnie obliczone zostały wartości stosunków sygnałów: 850nm/1550nm, 905nm/1550nm
oraz 850/905nm. Wszystkie informacje charakteryzujące każdy materiał zostały zebrane w bazie danych i stanowiły podstawę do rozpoznania, klasyfikacji, identyfikacji, a także głębszej analizy materiałów stanowiących
elementy pokrycia terenu dla wielospektralnego skanera laserowego.
[email protected]
PL2-19
PL2-20
Wpływ przygotowania powierzchni na
współczynnik absorpcji promieniowania
laserowego
Piotr Kurp, Zygmunt Mucha, Krystian Mulczyk, Ryszard Gradoo, Paweł Trela
Absorpcja promieniowania laserowego przez powierzchnię materiału jest istotną kwestią dla obróbki laserowej. Szczególnie przy takich rodzajach obróbki jak hartowanie czy kształtowanie laserowe, które to jest
przedmiotem badań w CLTM PŚk. W tych przypadkach wiązka laserowa nie jest skupiona w małym punkcie,
ale na ogół jest ona rozogniskowana lub jest to wiązka prostokątna naświetlająca duży obszar elementu. Od
wysokości współczynnika absorpcji zależy zatem ilość energii dostarczonej do elementu, a co za tym idzie
efektywność procesu laserowej obróbki.
Z bilansu wymiany ciepła przez promieniowanie pomiędzy dwoma modelowymi ciałami: szarym i doskonale
czarnym, znajdującymi się w warunkach równowagi termicznej, wynika prawo Kirchhoffa. Mówi ono, że dla
każdej temperatury i częstości fali zdolność emisyjna (emisyjność) ciała jest równa jego absorpcyjności przy
tej samej temperaturze i identycznej częstości fali: en = An gdzie: en=E’n/E’cn - emisyjność; E’n - strumień
energii emitowanej przez ciało na częstości n; E’cn - strumień energii emitowanej przez ciało doskonale czarne
na tej samej częstości n i przy identycznej temperaturze; An - współczynnik absorpcji (absorpcyjność) ciała dla
promieniowania o częstości n. Z prawa Kirchhoffa wynika więc, że absorpcyjność ciał zależy od tych samych
czynników co emisyjność. Spośród nich jako najważniejsze można wymienić następujące: długość fali, częstość promieniowania, rodzaj materiału, stan powierzchni, kierunek padania, temperatura.
Autorzy niniejszego opracowania zbadali dysponując laserem CO2 współczynnik absorpcji dla obróbki stali
X5CrNi18-10 wiązką laserową prostokątną o wymiarach 20x2 mm oraz parametrach pracy lasera P=200W
i V=200mm/min, dla różnych rodzajów przygotowanej powierzchni próbki:
a. powierzchnia bez przygotowania (polerowana), b. powierzchnia po oksydowaniu w piecu (wyżarzanie do
temperatury 500°C, wytrzymanie w piecu przez godzinę i powolne stygnięcie w piecu do osiągnięcia temperatury otoczenia), c. powierzchnia po rozwinięciu poprzez piaskowanie, d. powierzchnia pokryta szkłem
wodnym, e. powierzchnia pokryta emalią czarną matową.
Współczynnik absorpcji został określony metodą kalorymetryczną na podstawie wskazań temperatury obrabianej powierzchni. Przykładowe wykresy zmian temperatury w zależności od rodzaju powierzchni przedstawiono na Rys. 1.
Rys. 1. Zmiana temperatury w zależności od rodzaju przygotowanej powierzchni P=200W, ν=200mm/min, prostokątna
wiązka laserowa 20x2 mm
Podziękowania
Badania przedstawione w niniejszym artykule zostały dofinansowane w ramach grantu badawczego Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (Nr PBS3/A5/47/2015).
[email protected]
STL 2016
Optoelektroniczne detektory pary wodnej
Paweł Magryta1, Jakub Nowak2, Tadeusz Stacewicz1, Szymon P. Malinowski2,
Bendix Petersen3, Bartłomiej Seredyński1, Adam Wiśniewski1
Instytut Fizyki Doświadczalnej, Wydz. Fizyki, Uniwersytet Warszawski, Pasteura 5, 02093 Warszawa
2
Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, ul. Pasteura 7, 02093 Warszawa
3
Department of Physics, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstr. 15,12489 Berlin, Germany
1
Para wodna zawarta w atmosferze wywiera ogromny wpływ na procesy pogodowe i klimat. Aby je poznać wykonuje się lotnicze pomiary rozkładu bezwzględnej wilgotności powietrza. Wiążą się z tym dwa problemy. W przypadku
dolnych warstw atmosfery występują znaczne stężenia molekuł H2O i znaczne ich gradienty, często na obszarach
rzędu pojedynczych metrów. Higrometr przeznaczony do pomiarów w samolocie, który zazwyczaj porusza się
z prędkością 50 – 200 m/s, powinien charakteryzować się więc czasem odpowiedzi rzędu 0,01 s. Z kolei w górnych
warstwach atmosfery, koncentracja pary wodnej jest niewielka, zatem wilgotnościomierz powinien być jak najbardziej czuły. Do zastosowań tych dobrze nadają się sensory optoelektroniczne.
Rys. 1. Schematy higrometrów optoelektronicznych: a) o czasie reakcji ~10 ms; b) ultraczułego, wykorzystującego SSWO
W ramach realizowanego przez nas projektu do badań w dolnych warstwach atmosfery skonstruowany został ultraszybki wilgotnościomierz o czasie reakcji ok. 10 ms i zdolności do pomiaru granicznej koncentracji NGR = 2·1015 cm-3
(rys. 1a). Koncentrację cząsteczek H2O w powietrzu wyznacza się za jego pomocą w oparciu o pomiar absorpcji światła lasera jednomodowego, precyzyjnie dostrojonego do maksimum linii absorpcyjnej cząsteczki H2O
(λ = 1364,6598 nm). Do stabilizacji długości fali lasera posłużono się referencyjną komórką z parą wodną. Użyto
amplitudowej modulacji wiązki lasera. Sygnały z fotodiod PD2 (mierzącej natężenie światła wchodzącego do układu pomiarowego) i PD3 (po przejściu drogi około 50 cm w powietrzu) rejestruje się za pomocą przetwornika analogowo – cyfrowego TiePie HS5 oprogramowanego, jako detektor fazowy.
Drugi wilgotnościomierz - wysokiej czułości, wykorzystuje Spektroskopię Strat we Wnęce Optycznej (SSWO –
rys.1b). Użycie jednomodowego lasera półprzewodnikowego dostrojonego do maksimum linii absorpcyjnej
o długości fali λ = 1392,5357 nm i przekroju czynnym σ = 4·1020 cm2 daje możliwość wyznaczania granicznej
koncentracji H2O około NGR = 1012 cm-3 przy ciśnieniu normalnym. Ze względu na wzrost przekroju czynnego na
absorpcję wraz ze spadkiem ciśnienia (efekt poszerzenia zderzeniowego) czułość ta dla większych wysokości
jest jeszcze lepsza.
Jednym z problemów jest tutaj zafałszowanie wyników pomiarów przez cząsteczki pary wodnej uwalniające się ze ścianek urządzenia. Aby tego uniknąć zastosowano komorę SSWO z poprzecznym przepływem powietrza. Ponieważ czas
przelotu strugi przez urządzenie jest znacznie krótszy od czasu pionowej dyfuzji cząsteczek, szansa pojawienia się w obszarze wiązki laserowej molekuł pary wodnej oderwanych od ścianek komory jest zaniedbywalnie mała.
Praca wykonana w ramach Projektu Badawczego finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki (ID
170927).
[email protected]
PL2-21
Zastosowanie laserów kaskadowych do
detekcji śladowych zanieczyszczeń gazowych
atmosfery
PL2-22
Układ przetwarzania sygnału dla spektroskopii
strat we wnęce optycznej
Małgorzata Panek1, Marcin Chodnicki2, Arkadiusz Tkacz1, Sylwester Chojnowski1,
Janusz Mikołajczyk1, Jacek Wojtas1
Marcin Miczuga, Krzysztof Kopczyński
Wojskowa Akademia Techniczna, ul. Gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
Szybki wzrost poziomu produkcji przemysłowej, jaki obserwowany jest na przestrzeni ostatnich lat oraz wykorzystanie w jej trakcie coraz większej liczby i ilości gazów przemysłowych w znacznym stopniu przyczynia się
do emisji do atmosfery dużych ilości szkodliwych gazów. Emisja ta jest największym źródłem zanieczyszczeń
powietrza i jest główną przyczyną gwałtownego wzrostu skażenia atmosfery ziemskiej toksycznymi gazami.
Wykrywanie i identyfikacja rodzaju oraz pomiar poziomu zanieczyszczeń gazowych powietrza wymagaja stosowania szybkich i czułych systemów pomiarowych. Systemy takie powinny umożliwiać pomiar poziomu skażenia atmosfery w czasie rzeczywistym i charakteryzować się możliwością ciągłej, długoterminowej i bezobsługowej pracy. Na przestrzeni ostatnich lat obserwuje się coraz szersze wykorzystanie do detekcji i pomiaru
stężenia gazów systemów, w których jako źródło promieniowania IR wykorzystuje się przestrajane kwantowe
lasery kaskadowe oraz komórki wieloprzejściowe [1]. Parametry dostępnych obecnie laserów kaskadowych
[2] pozwalają na wykrycie praktycznie każdego ze znanych gazów. Systemy takie charakteryzują się czułoscią
na poziomie pojedynczych ppt [3]. Ich konstrukcja oraz parametry techniczne umożliwiają budowę rozbudowanych systemów zdolnych do kompleksowego monitorowania poziomu skażenia atmosfery ziemskiej.
Należy dodać, iż czułość tego typu systemów pozwala na detekcję izotopów gazów, a co z tym się wiąże na
identyfikację źródeł pochodzenia wykrytych zanieczyszczeń gazowych.
W pracy przedstawiono wykorzystanie przestrajanych kwantowych laserów kaskadowcych jako źródeł promieniowania IR w systemie detekcji śladowych zanieczyszczeń gazowych atmosfery. Głównymi elementami
systemu, obok lasera, są: komórka wieloprzejściowa, detektor IR oraz układ sterowania i analizy. Rodzaj i liczba wykrywanych przez system gazów uzależniona jest od wymagań użytkownika.
Zastosowanie laserów kaskadowych do detekcji śladowych zanieczyszczeń gazowych atmosfery przedstawiono na przykładzie monitorowania poziomu zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego amoniakiem, tlenkiem węgla oraz tlenkiem diazotu.
Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa
2
Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, ul. Księcia Bolesława 6, 01-494 Warszawa
1
Laserowa spektroskopia absorpcyjna (ang. Laser Absorption Spectroscopy) zajmuje się pomiarami ekstremalnie
niskich stężeń substancji. Ze względu na dużą czułość oraz selektywność, układ ten może być zastosowany m.in. do
detekcji skażeń chemicznych, monitorowania procesów technologicznych, wykrywania wycieków gazów w przemyśle [1, 2] oraz do badania składu gazowego ludzkiego oddechu w procesie wykrywania chorób [3]. Jedną z najbardziej czułych metod LAS jest spektroskopia strat we wnęce optycznej (SSWO) [4].
W komunikacie przedstawiono możliwości wykorzystania technologii nazywanej szybkim prototypowaniem
(ang. Rapid Prototyping) w procesie projektowania układów przetwarzania sygnałów dla SSWO. Technologia
ta jest związana z projektowaniem i budowaniem układów, które umożliwiają uruchomienie i przetestowanie
opracowanych algorytmów przed ostateczną ich implementacją w urządzeniu końcowym. W prototypowym
układzie zastosowano moduł serii Discovery firmy ST Microelectronics z wbudowanym 32-bitowym mikrokontrolerem ARM. Zaletą układu jest łatwa i niezawodna integracja z jednym z najbardziej popularnych pakietów
obliczeniowych Matlab/Simulink. Umożliwia to generowanie kodu bezpośrednio z modelu obiektu Simulink
bez konieczności zastosowania innego języka programistycznego. Dodatkowo, rozwiązanie to charakteryzuje
się dużą wydajnością obliczeniową oraz umiarkowaną ceną.
W ramach prowadzonych prac opracowano układ przetwarzania sygnałów dla SSWO. System ten umożliwia
próbkowanie i przetwarzanie sygnału, wyznaczenie stężenia poszukiwanych gazów oraz archwizację danych.
Rysunek nr. 1 przedstawia fotografię stanowiska laboratoryjnego.
Praca została częściowo wykonana w ramach Projektu Badań Stosowanych Nr PBS1/B3/2/2012 pod tytułem:
„Emitery i detektory podczerwieni nowej generacji do zastosowań w urządzeniach do detekcji śladowych ilości
zanieczyszczeń gazowych” finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
[1] M. Miczuga, K. Kopczynski, J. Pietrzak, R. Owczarek: Measuring system for detection and identification
of hazardous chemicals, SPIE Proceedings Vol. 8703, Laser Technology 2012: Applications of Lasers, Editors:
Wiesław L. Woliński; Zdzisław Jankiewicz; Ryszard S. Romaniuk, 87030E, 2013.
[2] M. Bugajski, A. Wójcik-Jedliska: Kwantowe lasery kaskadowe - 20 lat historii i stan obecny, Elektronika konstrukcje, technologie, zastosowania, nr 11/2014, str. 10 - 17, 2014.
[3] Z. Bielecki, J. Wojtas, T. Stacewicz: Zastosowanie laserów kaskadowych w układach do detekcji śladowych
ilości gazów, Elektronika - konstrukcje, technologie, zastosowania, nr 11/2014, str. 44 - 46, 2014.
[email protected]
STL 2016
Rys. 1. Stanowisko do przetwarzania sygnałów dla SSWO
[1] I. Linnerud, P. Kaspersen, T. Jaeger, Gas monitoring in the process industry using diode laser spectroscopy,
Applied Physics B, September 1998, Volume 67, Issue 3, pp 297-305
[2] Chadi AbdAlrahman, Amir Khodabakhsh, Florian M. Schmidt, Zhechao Qu, Aleksandra Foltynowicz, Cavity-enhanced optical frequency comb spectroscopy of high-temperature H2O in a flame, OSA 2014, 2 June
2014, Vol. 22, No. 11 [3]
Metrologia w medycynie, pod red. Andrzeja Michalskiego, Warszawa, Wydawnictwo WAT, 2011, ISBN 978-83-62954-00-1
[4] Optoelektroniczny sensor ditlenku azotu – analiza i wymagania konstrukcyjne, pod red. Zbigniewa Bieleckiegoi Tadeusza Stacewicza, Wydawnictwo WAT, Warszawa 2011, ISBN 978-83-62954-11-7
[email protected]
PL2-23
PL2-24
Pomiary przemieszczeń płytek metalowych
napędzanych przez impuls promieniowania
laserowego
Mikroskop pracujący w zakresie „okna
wodnego” z rozdzielczością 60nm na bazie
laserowo-plazmowego źródła SXR i jego
przykładowe aplikacje
Joanna Radziejewska1, Wojciech Moćko1, Antoni Sarzyński2, Karol Jach2, Jan Marczak2,
Krzysztof Czyż2, Antoni Rycyk2, Marek Strzelec2
Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Pawińskiego 5B; 02-106 Warszawa
2
1
Zastosowanie krótkich impulsów laserowych umożliwia badanie właściwości materiałów i warstw w warunkach bardzo wysokiej szybkości deformacji, przekraczającej 106 s-1. Wykorzystywana jest w tym celu fala uderzeniowa (fala naprężeń), wytwarzana w wyniku oddziaływania z badanym materiałem impulsu laserowego
o dużej energii. Tak wysokie szybkości deformacji nie są możliwe do osiągnięcia stosowanymi dotychczas metodami. Badanie tych procesów wymaga jednak stosowania specjalnych systemów diagnostycznych. W pracy
opisano metody diagnostyczne stosowane do badania oddziaływania fal uderzeniowych na badane płytki
metalowe.
Do wzbudzania fal naprężeń stosowano impuls promieniowania laserowego o energii do 1 J i czasie trwania rzędu 10 ns. Badano m.in. płytki ze stali AISI304 o grubości ½ mm oraz miedziane o grubości 0.2 mm.
W eksperymentach tego rodzaju badanie dynamiki zachodzących procesów może być wykonywane jedynie
pośrednio przez rejestrację deformacji tylnej powierzchni obrabianej płytki. Rejestrację ruchu tej powierzchni
wykonano za pomocą szybkiej kamery kadrowej w zakresie czasów do 30 µs oraz interferometru typu VISAR
w zakresie czasów do 5 µs od początku impulsu laserowego.
Na rysunku 1 zamieszczono wyniki pomiarów przemieszczenia tylnej powierzchni płytki stalowej o grubości
0.5 mm wykonane za pomocą interferometru typu VISAR.
Rys. 1. Wyniki pomiarów przemieszczenia tylnej powierzchni płytki stalowej za pomocą interferometru VISAR.
a) obliczone położenie i prędkość; b) zarejestrowane sygnały interferometru; c) figury Lissajous
asarzyń[email protected]
STL 2016
P. W. Wachulak*1, A. Torrisi1, A. Bartnik1, L. Wegrzynski1, T. Fok1, H. Fiedorowicz1
Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, Polska
1
Praca przedstawia mikroskop na zakres miękkiego promieniowania rentgenowskiego z zakresu spektralnego
„okna wodnego” (długość fali 2.3-4.4 nm) opracowany na bazie laserowo-plazmowego źródła promieniowania. Źródło to, oparte na azotowo-helowej dwustrumieniowej tarczy gazowej, emituje promieniowanie kwasimonochromatyczne na długości fali λ = 2.88 nm. Mikroskop posiada elipsoidalny, wielowarstwowy kondensor
do skupiania i spektralnej selekcji promieniowania polichromatycznego z plazmy. Jako obiektyw mikroskopu
użyto płytkę strefową Fresnela. Mikroskop pozwala na obrazowanie z rozdzielczością przestrzenną 60 nm przy
czasie ekspozycji wynoszącym kilka-kilkanaście sekund.
Rys. 1. CT 26 Mus musculus fibroblasty raka okrężnicy (szczep BALB/C) zobrazowane przy pomocy mikroskopów: na zakres
widzialny (po lewej – VIS) i mikroskopu SXR (po prawej)
Podziękowania:
Praca powstała dzięki projektom z Narodowego Centrum Nauki, umowa numer UMO-2015/17/B/ST7/03718,
Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, program LIDER/004/410/L-4/12/NCBR/2013. Autorzy dziękują również za wsparcie z EU FP7 Erasmus Mundus Joint Doctorate Program EXTATIC numer FPA-2012-0033 oraz
programu 7th Framework Programme’s Laserlab Europe IV (No. 654148). Podziękowania dla Dr. Martina Regehly’ego z Greateyes GmbH., Niemcy, za możliwość użycie ich kamery CCD w trakcie niektórych eksperymentów oraz dla J. Turnovej, S. Vondrowej, Prof. Mirosłavy Vrbowej, z Czeskiego Uniwersytetu Technicznego
w Pradze za pomoc w przygotowaniu próbek komórkowych.
[email protected]
PL2-25
Laserowe znakowanie materiałów metalowych
stosowanych w medycynie
Tomasz Florian1, Andrzej Grabowski2, Maria Sozańska3
Colop Polska Sp. z o.o., 41-902 Bytom ul. Smolenia 16
2
Instytut Fizyki - CND, Zakład Fizyki Ciała Stałego, Politechnika Śląska
3
Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Instytut Nauki o Materiałach,
Politechnika Śląska, ul.Krasińskiego 8, 40-019 Katowice.
PL2-26
Analiza wad napawanej warstwy Stellite 694
na podłożu nadstopów niklu Inconel 738LC
i 713C wytworzonej z użyciem wiązki lasera
Andrzej Gradzik1*, Jacek Nawrocki2, Grażyna Mrówka-Nowotnik1, Jan Sieniawski1
1
W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu laserowej obróbki powierzchniowej na własności fizykochemiczne powierzchni i warstwy przypowierzchniowej materialów metalowych takich jak stal austenityczna
AISI316L, stop tytanu Ti6Al4V, stopy aluminium. Materiały te są wykorzystywane w medycynie zarówno
jako materiały biomedyczne do pracy w środowisku tkanek (implanty) jak i do wytwarzania narzędzi chirurgicznych czy elementów tzw. stabilizatorów zewnętrznych. W pracy zbadano wpływ czasu trwania i gęstości
energii impulsu laserowego, szybkości skanowania na powstałe zmiany mikrostruktury, kontrastu optycznego,
odporności na ścieranie, odporności korozyjnej badanych materiałów metalowych po obróbce znakowania
laserowego.
Katedra Materiałoznawstwa: Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza,
Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów
2
Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego Politechniki Rzeszowskiej,
ul. Żwirki i Wigury 4, 35-959 Rzeszów
1
Łopatki turbiny gazowej pracują w szczególnie trudnych warunkach oddziaływania wysokiej temperatury,
środowiska gazów utleniających oraz dużych obciążeń mechanicznych. Miejsca styku półek pierścienia
zewnętrznego turbiny są również narażone na zużycie ścierne. Stąd wytwarza się w nich warstwę ochronną
o większej odporności na ścieranie w porównaniu do materiału podłoża – zwykle nadstopu niklu. Stosuje
się metody napawania gazowego, elektrycznego oraz laserowego także metody natryskiwania plazmowego.
Materiałem dodatkowym jest najczęściej stop kobaltu z wolframem i chromem o dobrej odporności na ścieranie – Stellit. Warstwę wytwarza się na części łopatki o małym przekroju. Stąd wymagane jest prowadzennie
procesu z dużą dokładnością. Zapewnia to uzyskanie dobrych właściwości użytkowych warstwy oraz zmniejszenie liczby jej wad.
W pracy przedstawiono charakterystykę wad napoiny Stellite 694 na podłożu nadstopów niklu Inconel 738LC
i 713C wytwarzanej w procesie napawania laserowego. Napoiny wytworzono z użyciem lasera dyskowego
Yb:YAG – TruDisk 1000 firmy TRUMPF, o mocy 1 kW. Materiał dodatkowy – proszek stopu Stellite 694, wprowadzano przez trzy otwory umieszczone w dyszy głowicy laserowej.
W badaniach makro- i mikrostruktury napoiny stwierdzono występowanie pęcherzy gazowych spowodowane
niedostateczną osłoną gazową ciekłego metalu w jeziorku napoiny oraz mikropęknięcia materiału podłoża.
Brak przetopu materiału podłoża był najczęściej występującą wadą. Jego przyczynami była zwykle zbyt mała
gęstość mocy promieniowania laserowego (< 30 kW/cm2) oraz przemieszczenie wiązki lasera w kolejnej ścieżce napoiny (< 40% szerokości pojedynczej ścieżki).
Pracę wykonano w ramach realizacji projektu badawczego INNOLOT/I/7/NCBR/2013 finansowanego przez
Narodowe Centrum Badań i Rozwoju i Unię Europejską.
[email protected]
Rys. (a) Obraz klamry stabilizatora zewnętrznego ze stali medycznej AISI316L po obróbce znakowania iterbowym laserem
włóknowym o energii impulsu 1 mJ i czasie trwania impulsu 100 ns. (b) Obraz mikrostruktury powierzchni AISI316L
w obszarze znakowania, uzyskany skaningowym mikroskopem elektronowym pracującym w trybie elktronów wstecznie
rozproszonych
[email protected]
STL 2016
PL2-27
Stan warstwy wierzchniej nadstopu niklu
Inconel 718 po nagrzewaniu laserowym dla
wspomagania procesu toczenia
PL2-28
Selektywne spiekanie laserowe jedną
z nowoczesnych technologii laserowej obróbki
powierzchni
Krzysztof Krupa1*, Witold Habrat2, Jan Sieniawski1 2
Małgorzata Musztyfaga-Staszuk
Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego: Politechnika Rzeszowska
im. Ignacego Łukasiewicza, Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów
2
Katedra Technik Wytwarzania i Automatyzacji: Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza,
Al. Powstańców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów
Katedra Spawalnictwa, ul. Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice
1
Nadstopy niklu cechujące się szczególnie dobrą żarowytrzymałością są powszechnie stosowane w technice
lotniczej m.in. na łopatki i korpusy turbin oraz komory spalania. Wytwarzanie elementów i podzespołów konstrukcji z z nadstopów niklu w procesach obróbki skrawaniem jest trudne ze względu na małą ich skrawalność.
Spowodowana jest dużą twardością i wytrzymałością na ścinanie nadstopu nilklu oraz dużą skłonnością do
reakcji z materiałem ostrza, także małą przewodnością cieplną i dużym umocnieniem warstwy wierzchniej
przedmiotu obrabianego. Stąd opracowywane są metody poprawienia skrawalności tych materiałów. Przyjęto m. in. że wprowadzenie dodatkowej energii do strefy skrawania umożliwia poprawę skrawalności tej grupy
materiałów. Wspomaganie procesu obróbki skrawaniem energią wiązki lasera wpływa na zmianę warunków
fizycznych i chemicznych procesu oraz właściwości materiału obrabianego. Szczególnie dotyczy to poprawy
plastyczności mikroobjętości strefy obróbki przez intensywne nagrzanie wiązką lasera. Stąd umożliwia zwiększenie wydajności procesu skrawania, obniżenie kosztów oraz uzyskanie wyrobów o dużej jakości.
W prowadzonych badaniach ustalono wpływ mocy wiązki promieniowania laserowego w procesie nagrzewania mikroobjętości nadstopu niklu w strefie skrawania oraz parametrów toczenia - prędkości obrotowej
i prędkości posuwu na stan warstwy wierzchniej. Stosowano w badaniach nadstop niklu Inconel 718 po przesycaniu oraz umocnieniu wydzieleniowym - twardość 45 HRC. Do nagrzewania użyto laser diodowy TruDiode
3006 firmy TRUMPF o mocy 3 kW. Badania mikroskopowe były podstawą do charakterystyki mikrostruktury w strefie oddziaływania ciepła wiązki lasera oraz analizy rozkładu twardości w funkcji odległości od powierzchni obrabianej. Określono także głębokość przetopienia i rozmiar strefy wpływu ciepła. Analiza uzyskanych wyników będzie podstawą do ustalenia kryterium doboru parametrów skrawania w procesie toczenia
nadstopu niklu Inconel 718 ze wspomaganiem laserowym.
[email protected]
Przedstawiony w artykule przegląd wybranych pozycji literaturowych odnoszących się do dotychczasowych
wyników badań teoretyczno-doświadczalnych procesu wytwarzania kontaktów elektrycznych ogniwa fotowoltaicznego wykazuje znikome przykłady dotyczące wytwarzania przedniej metalizacji nowoczesną, stosowaną od niedawna w Polsce metodą selektywnego spiekania laserowego (ang. Selective Laser Sintering). Stąd
też w artykule podjęto tą tematyką w celu oszacowania wpływu własności na jakość połączenia metalicznego
elektrody z podłożem krzemowym. Przednią elektrodę ogniwa fotowoltaicznego wytworzono niekonwencjonalną metodą z wykorzystaniem wiązki laserowej (rys. 1) w celu zmniejszenia jej rezystancji. Określono w ten
sposób wpływ tak wytworzonej elektrody przedniej na własności elektryczne ogniw fotowoltaicznych.
Wyniki własnych badań pozwoliły na znalezienie odpowiedzi na następujące pytania badawcze:
1. Jaka jest optymalna ziarnistość zastosowanego proszku srebra oraz optymalny skład pasty srebra do
uzyskania elektrody przedniej krzemowego ogniwa słonecznego metodą selektywnego spiekania laserowego?
2. Czy własności elektryczne elektrody ściśle zależą od udziału poszczególnych składników past lub proszków z których są wykonywane?
3. Jaki wpływ wywiera stan powierzchni krzemowego podłoża (jego morfologia i warstwa antyrefleksyjna)
oraz grubość nanoszonej warstwy metalicznej na wartość rezystancji złącza Si – Ag?
4. Czy mikroobróbka laserowa elementów krzemowych ogniw fotowoltaicznych z monokrystalicznego
krzemu, w tym selektywne spiekanie laserowe elektrody przedniej do jego powierzchni, z użyciem lasera
CO2 wpływa na poprawę jakości ogniwa, przez minimalizację rezystancji połączenia elektrody przedniej
z podłożem?
Rys. 1. Urządzenie EOSINT M 250 Xtended wyposażone w laser CO2
[email protected]
STL 2016
PL2-29
Przetwarzanie stopu magnezu AZ31
w technologii Selektywnej Laserowej
Mikrometalurgii dla przyszłościowych aplikacji
medycznych
Andrzej Pawlak1, Szymczyk Patrycja1, Ziółkowski Grzegorz1, Edward Chlebus1, Junka Adam Feliks2
Politechnika Wrocławska, Katedra Technologii Laserowych, Automatyzacji i Organizacji Produkcji,
ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław
2
Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich, Zakład Mikrobiologii Farmaceutycznej i Parazytologii,
ul. Borowska 211, 50-556 Wrocław
1
Rozwój nowych technologii przetwórczych, wymusza ponowne przeanalizowanie nie stosowanych już materiałów ze względu na ich , charakterystyki np. problemy przetwórcze, korozja, itp.. Nowe technologie pozwalające a „projektowanie” właściwości mechanicznych poprzez odpowiednie sterowanie procesem wytwórzczym otwierają nowe, szerokie możliwości zastosowania materiałów. Technologie przyrostowe, właśnie
poprzez selektywne topienie cząstek proszku metalicznego, pozwalają na wytwarzanie nie tylko skomplikowanych geometrii ale także osiąganie nowych właściwości materiałowych.
Magnez i stopy na bazie magnesu są bardzo obiecującymi materiałami, dzięki wysokim wartościom wytrzymałości specyficznej i ich obiecującym właściwościom biologicznym. Trudności przetwórcze i wysokie tempo
korozji są głównymi powodami, dzięki którym stopy na bazie magnezu nie są tak powszechnie stosowane jak
stopy na bazie tytanu, czy aluminium.
Przeprowadzono badania nad stopem AZ31 przetwarzanym w technologii Selektywnej Laserowej Mikrometalurgii (Selective Laser Melting – SLM). Prostopadłościenne próbki były wytworzone z różnymi zestawami
parametrów, dobranymi według planu eksperymentu (Design of Experiments). Analiza porowatości przeprowadzona za pomocą µCT i SEM, wykazały że wytworzone próbki są w pełni gęste. Analiza wariancji (ANOVA)
pozwoliła na scharakteryzowanie wpływu zmiany wartości parametrów procesowych na porowatość materiału. Analiza mikrostruktury wykazała znaczne rozdrobnienie ziaren, które są powodem wyższych właściwości
mechanicznych niż w przypadku materiału odlewanego.
Przeprowadzono również badania biologiczne in vitro próbek wytworzonych w technologii SLM. Uzyskane
wyniki pokazują, że stop AZ31 przetworzony w technologii SLM wykazuje wyższą biokompatybilność niż stop
tytanu (Ti6Al4V), przetworzony w innej technologii przyrostowej (Electron Beam Melting) z powodzeniem
stosowany w medycynie. Znacznie większa liczba osteoblastów została namnożona na powierzchni próbek ze
stopu magnezu niż na próbkach tytanowych.
Dotychczas osiągnięte wyniki są obiecujące. Obecnie optymalizowana jest technologia SLM, celem wytwarzania złożonych struktur geometrycznych. Prowadzone są dalsze badania biologiczne nad rozpuszczalnośćią
i tworzeniem biofilmu bakteryjnego na powierzchni próbek, na wypadek zastosowania obiektów ze stopu
AZ31 wytworzonych w technologii SLM na implanty, szczególnie wszczepy tkanek kostnych.
[email protected]
STL 2016
PL2-30
Jakość cięcia laserowego stali
o podwyższonej granicy plastyczności
Agnieszka Rzeźnikiewicz
Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Katedra Spawalnictwa,
ul. Konarskiego 18a, Gliwice
Wzrastające wymagania przemysłu w zakresie jakości i powtarzalności produkowanych wyrobów przyczyniają
się do rozwoju różnych technologii spawalniczych, w tym również procesów cięcia. Cięcie metali jest operacją technologiczną, od której najczęściej zaczyna się cały proces wytwarzania elementów maszyn i urządzeń.
Wybór metody cięcia zależy od wymagań stawianych przez konstruktora danego elementu oraz możliwości
technicznych, tj. rodzaju i grubości ciętego materiału, jakości cięcia, tolerancji wymiarowych, odchyłki prostopadłości, prędkości cięcia czy kształtu wycinanego elementu oraz od czynników ekonomicznych, do których
zalicza się koszt inwestycji, koszt eksploatacji, efektywność procesu i stopień wykorzystania urządzenia.
Celem badań było porównanie wpływu procesu cięcia laserowego na jakość powierzchni ciętej stali o podwyższonej granicy plastyczności (S460M, S690Q, S700MC oraz S890Q) o grubości 15 mm. Dodatkowo wykonano
badania wpływu zmiany parametrów cięcia laserem na jakość powierzchni stali S700MC oraz porównanie wyników z próbką przeciętą parametrami zalecanymi przez producenta. Oceny jakości powierzchni ciętych laserem badanych stali o grubości 15 mm dokonano na podstawie normy PN-EN ISO 9013:2008 „Cięcie termiczne,
klasyfikacja cięcia termicznego, specyfikacja geometrii wyrobu i tolerancja jakości”. Ocenie poddano średnią
wysokość profilu (Rz) oraz tolerancję prostopadłości lub nachylenia (u) powierzchni cięcia. Średnią wysokość
profilu Rz5 zmierzono również za pomocą laserowego konfokalnego mikroskopu skaningowego. Ponieważ
o jakości cięcia laserowego, oprócz cech geometrycznych powierzchni, świadczy również szerokość strefy
wpływu ciepła i jej własności, zmierzono szerokość stref wpływu ciepła oraz twardość powierzchni ciętych.
[email protected]
PL2-31
Przetwarzanie metali wysokotopliwych
technologią selektywnej laserowej
mikrometalurgii proszków (SLM) na
przykladzie wolframu
PL2-32
Wpływ mocy lasera na głębokość penetracji
oraz geometrię ścieżki skanowania
w technologii selektywnej laserowej
mikrometalurgii
Irina Smolina, Jarosław Kurzac, Robert Dziedzic, Tomasz Kurzynowski, Edward Chlebus
Wojciech Stopyra, Jarosław Kurzac, Konrad Gruber, Tomasz Kurzynowski, Edward Chlebus
i Organizacji Produkcji, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław
i Organizacji Produkcji
Technologie addytywne, w szczególności metoda selektywnej laserowej mikroletalurgii (SLM), pozwala na ksztąłtowanie skomplikowanych geometrii oraz przetwarzanie materiałów o wysokiej temperaturze topnienia. Wykorzystanie technologii SLM do przetwarznia metali wysokotopliwych poszerza obszar aplikacyjny w wielu gałęziach
przemysłu takich jak: przemysł lotniczy i kosmiczny, energetyczny, medyczny oraz militarny. Wśród dużego grona
metali wysokotopliwych znajduje się wolfram i jego stopy (Ttopn 3422°C). Najczęściej stosowaną metodą kształtowania części ze stopów wolframu jest spiekanie połączone z przeróbka plastyczną. Technologia ta posiada szereg
ograniczeń związanych z możliwościami kształtowania geometrii gotowego elementu.
Wykorzystanie lasera włóknowego w technologii SLM zapewnia dostarczenie wysokiej gęstości mocy, w zupełności
wystarczającej do przetapiania proszku metalu wysokotopliwego w obszarze skupienia wiązki lasera [1 - 3]expensive or is sometimes impossible with the current available techniques (drilling, milling or electric discharge machining. Jednak wysoka szybkość chłodzenia charakterystyczna dla procesu SLM (rzędu 103-108 Ks-1 [4]), połączona
z niekorzystnymi własnościami cieplnofizycznymi wolframu skutkuje powstaniem wielu defektów objętościowych,
wśród których najważniejsze to otwarta porowatość, delaminacja oraz pęknięcia na granicy ziaren.
W pracy przedstawiono możliwość przetworzenia proszku czystego wolframu metodą selektywnej laserowej
mikrometalurgii oraz wpływ parametrów procesu na strukturę materiału.
Technologia selektywnej laserowej mikrometalurgii (ang. Selective Laser Melting – SLM) należy do grupy przyrostowych metod wytwarzania - przedmiot wytwarzany jest poprzez miejscowe dodawanie materiału - oraz
podgrupy systemów z ang. powder bed, w których cienka warstwa proszku nakładana jest w przestrzeni roboczej urządzenia. Następnie proszek przetapiany jest za pomocą wiązki lasera po ścieżkach składających się
na strategię skanowania. Po przeskanowaniu przekroju elementu na danej warstwie, platforma obniża się
i nakładana jest kolejna wartwa proszku. Schemat powtarzany jest do momentu, w którym przetopiony zostanie ostatni przekrój części. Technologi SLM pozwala na wytwarzanie w pełni funkcjonalnych przedmiotów
z proszków metali oraz ceramiki, o gęstości rzeczywistej powyżej 99,9%.
Na jakość wytwarzanych przedmiotów w metodzie SLM wpływa ponad 100 parametrów, które podzielić można na stałe oraz zmienne. Za parametry stałe przyjmuje się te, których wartość przed procesem wytwarzania
powinna zostać zdefiniowana oraz utrzymana w odpowiednim, wąskim zakresie. Parametry te to głównie:
skład chemiczny i morfologia proszku, zawartość tlenu w atmosferze ochronnej procesu czy temperatura
podgrzewania płyty roboczej.W metodzie SLM wyróżnia się 5 głównym parametrów zmiennych, których
optymalny zestaw pozwala wytwarzać elementy bez wad (pory, pęknięcia) oraz z zadowalajacą wydajnośćią.
Parametry te to: moc lasera, odległość pomiędzy punktami skanowania, czas skanowania punktu, odlegość
pomiędzy liniami skanowania, grubość warstwy. W celu opracowania technologii SLM wykowywane są badania wstępne z ograniczoną ilością parametrów. Badania te w zależności od potrzeb to: test cienkich ścianek
lub pojedynczych skanów liniowych.
Rys. 1. (a) proszek czystego wolframu użyty do procesu SLM, frakcja <63 µm; (b) binaryzacja obrazu powierzchni XY próbki
testowej po SLM do analizy porówatości (<15%); (c) mikrostruktura, mikroskop konfokalny płaszczyzna XZ
Literatura:
[1] K. Deprez, S. Vandenberghe, K. Van Audenhaege, J. Van Vaerenbergh, and R. Van Holen, “Rapid additive
manufacturing of MR compatible multipinhole collimators with selective laser melting of tungsten powder.,”
Med. Phys., vol. 40, no. 1, p. 012501, Jan. 2013.
[2] X. Zhou, X. Liu, D. Zhang, Z. Shen, and W. Liu, “Balling phenomena in selective laser melted tungsten,” J.
Mater. Process. Technol., vol. 222, pp. 33–42, 2015.
[3] D. Faidel, D. Jonas, G. Natour, and W. Behr, “Investigation of the selective laser melting process with
molybdenum powder,” Addit. Manuf., vol. 8, pp. 88–94, Oct. 2015.
[4] D. Gu, Y.-C. Hagedorn, W. Meiners, G. Meng, R. J. S. Batista, K. Wissenbach, and R. Poprawe, “Densification behavior, microstructure evolution, and wear performance of selective laser melting processed commercially pure titanium,” Acta Mater., vol. 60, no. 9, pp. 3849–3860, May 2012.
[email protected]
STL 2016
Rys. 1. Ścieżka skanowania a) w płaszczyźnie XY, b) w przekroju XZ
W niniejszej pracy przedstawiono wpływ mocy lasera na głębokość penetracji oraz geometrię ścieżki skanowania w metodzie SLM. W trakcie badania zastosowano cztery moce lasera, od 100 do 400W ze skokiem
100W, siedem prędkości skanowania (iloraz odległości pomiędzy punktami i czasu skanowania). Do eksperymentu wykorzystano tytanową płytę roboczą (3.7035 - grade 2), która skanowana była laserem włóknowym
o długości fali świetlnej 1080 nm. Dla każdej ścieżki zmierzona została : głębokość penetracji wiązki lasera oraz
szerokość i wysokość powstałej ściżki.
[email protected]
PL2-33
Laserowe spawanie nakładek irydowo
platynowych na elektrody świec zapłonowych
Bogdan Antoszewski, Szymon Tofil
Katedra Inżynierii Eksploatacji i Przemysłowych Systemów Laserowych, Centrum Laserowych Technologii
Metali, Politechnika Świętokrzyska, Aleja Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce
W opracowaniu przedstawiono wyniki badań modelowych oraz technologicznych spawania nakładek irydowo platynowych na elektrody świec zapłonowych. Warianty technologii spawania obejmowały różne sposoby
przygotowania materiałów oraz wykorzystanie różnych laserów Nd:YAG (Rofin BLS 720 oraz Rofin Integral).
Wyniki prób technologicznych weryfikowano poprzez ocenę metalograficzną złączy. Próby eksploatacyjne
przy zasilaniu biogazem przeprowadzono dla wybranych wariantów spawania.
Osiągnięto trwałość świec na poziomie 3000 godzin.
PL2-34
Opracowanie procesu laserowego wtapiania
proszku renu w podłoże
z CP-Ti Gr2
Karol Kobiela, Robert Dziedzic, Irina Smolina, Patrycja Szymczyk, Edward Chlebus
Politechnika Wrocławska: Wydział Mechaniczny, ul. Łukasiewicza 5, 50-371 Wrocław
Celem prowadzonych badań było opracowanie technologii laserowego stopowania proszkiem renu warstwy
wierzchniej substratu ze stopu czystego technicznie tytanu (CP-Ti G2), która pozwoli uzyskać warstwę o powtarzalnej geometrii, charakteryzującą się zakładanym i powtarzalnym składem chemicznym na całej jej powierzchni oraz
specjalnymi właściwościach mechanicznych. Do procesu stopowania wykorzystywy został laser diodowy z głowicą
umożliwiającoą osiowo ciągłe podawanie proszku do miejsca obróbki substratu.
W trakcie prowadzonych prac dobrano i zweryfikowano parametry procesu (moc, gęstość mocy lasera, prędkość skanowania i podawania materiału) według kryterium poprawności cech geometrycznych uzyskanych
warstw stopowanych renem, tj.: głębokości wtopienia, szerokości pojedynczej napoiny / warstwy stopowanej, głębokości strefy wpływu ciepła.
Weryfikacyjne badania kontrolne zostały wykonane dla pojedyńczych ściegów, analizowano wyniki zarówno
geometrii, mikrostruktury jak i właściwości mechanicznych, a dobrane w tych próbach parametry procesu
zostały wykorzystane do prób wytworzenie pełnych monolitycznych warstw.
Rys. 1. Z lewej widok zgładu metalograficznego elektrody centralnej po spawaniu, z prawej widok szczeliny międzyelektrodowej w świecy zapłonowej po eksploatacji na stanowisku badawczym
Podziękowanie:
Badania były finansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR) numer umowy PBS1/
B5/13/2012
[email protected]
Rys. 1. Mikrostruktura charakterystycznych obszarów na przekroju poprzecznym pojedynczej ścieżki warstwy stopowej
na CP-Ti G2:a) obszar wtopienia: komórkowo dendrytyczna mikrostruktura roztworu stałego β,b) strefa niewymieszana
między linią wtopienia i stopienia,c) strefa wpływu ciepła: gruboziarnista mikrostruktura roztworu stałego α, d) materiał
stopowany: drobnoziarnista mikrostruktura roztworu stałego α
Wyselekcjonowane parametry procesu pozwalają uzyskać na podłożu czystego technicznie tytanu CP-Ti G2
warstwę stopową o grubości około 450 mm, zawartości około 33% wag. Re, mikrostrukturze umocnionego
renem roztworu stałego β o twardości około 350 HV0,1, podniesionej odporności ściernej oraz odporności
korozyjnej porównywalnym ze stopem Ti6Al7Nb i chropowatości wymagającej szlifowania tylko do szczególnych zastosowań.
[email protected]
STL 2016
PL2-35
Emisyjno-absorpcyjna metoda zdalnego
wykrywania par i gazów
Jan Kubicki, Krzysztof Kopczyński, Jarosław Młyńczak
Instytut Optoelektroniki WAT Kaliskiego 2, 01-476 Warszawa
W pracy przedstawiono analizę możliwości zdalnego wykrywania par i gazów o podwyższonej temperaturze,
w której zgodnie z przedstawionym według prawa Boltzmanna wzorem
wzrasta obsadzenie wyższych poziomów energetycznych, prowadząc do emisji promieniowania o określonym
widmie. Do widma tego jest oczywiście ściśle dopasowane widmo absorpcyjne tego samego gazu o odpowiednio niższej temperaturze.
Dzięki temu, wstawiając odpowiednią przesłonę wzorcową z podejrzanego gazu przed detektor oświetlany
promieniowaniem emitowanym z diagnozowanej przestrzeni o podwyższonej temperaturze (np. spaliny z kominów lub rur wydechowych samochodów), na podstawie amplitud sygnałów z detektora przy braku przesłony i z nią, możemy określić czy taki gaz występuje w monitorowanej przestrzeni. Schemat proponowanego
urządzenia do wykorzystania opisanej metody przedstawiono na rys.1 a realność możliwości wykorzystania
opisanej metody została potwierdzona przez opisane w pracy eksperymenty, z których jeden polegający na
badaniu spalin ze znicza, został przedstawiony na rys. 2.
Rys. 1. Schemat proponowanego urządzenia
STL 2016
Kontakty dla krzemowych ogniw słonecznych
otrzymywane metodą laserowego
wygrzewania i wtapiania
past SILVER CON
Marian Teodorczyk1, Elżbieta Dąbrowska1, Olgierd Jeremiasz2, Konrad Krzyżak1, Andrzej Maląg1
1
Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa, Wólczyńska 133
2
HELIOENERGIA Sp z o.o. Czerwionka Leszczyny, Rybnicka 69
W procesach otrzymywania krzemowych ogniw fotowoltaicznych kluczowym parametrem jest rezystancja
kontaktów. Nie bez znaczenia jest również koszt wykonania tych kontaktów.
W ITME, we współpracy z firmą HELIOENERGIA, opracowano technologię otrzymywania past na bazie nanoproszku srebra SILVER CON. Pasty zawierają proszek srebra o uziarnieniu od 4-100 nm. Zaletami tych past jest
między innymi:
- niska temperatura spiekania, ok. 300oC,
- zbliżone do litego Ag, przewodnictwo elektryczne i cieplne.
Wysoka energia potencjalna nanoziaren Ag w tych pastach pozwala na zastosowanie ich do technologii niskoohmowych kontaktów elektrycznych na podłożach Si. Dodatkowym atutem materiału jest możliwość selektywnego nakładania ogólnie dostępnymi technikami drukarskimi takimi jak: sitodruk, natrysk, ‘inject printing’.
Opracowano kilkuetapową technologię selektywnego laserowego utwardzenia i wtapiania naniesionych past
uzyskując ścieżki przewodzące o szerokości powyżej 100 μm przy użyciu lasera impulsowego 1060 nm.
Nośnik organiczny, obecny w paście umożliwia naniesienia warstwy na podłoże i ulega spaleniu w czasie
pierwszego etapu laserowego spiekania warstwy.
Rys. 2. Widok układu eksperymentalnego
Eksperymenty zostały następnie poszerzone o badanie gazów w komorze z kontrolowanym podgrzewaniem
napełnianej odpowiednimi gazami. Wyniki pomiarów przedstawiono na wykresach i na ich podstawie wyciągnięto wnioski odnośnie realności wykonania urządzenia do zdalnego wykrywania szkodliwych związków
chemicznych w gorących spalinach.
[email protected]
PL2-36
Rys. 1. Ścieżka z pasty nanoAg przetopionej Rys. 2. Ścieżka z pasty nanoAg przetopionej laserem 1060 nm
- scan 3D laserem 1060 nm - wykresy geometrii powierzchni
Dotychczas proces ten prowadzony jest energo– i czasochłonnymi metodami termicznymi. Powstałe tą metodzą warstwy miały rezystywność 1.6x10-2 Ω/□, przewodność właściwą 6.9x106 S/m (dla porównania - srebro
metaliczne: 63x106 S/m). Zmierzono również rezystancję złącza Si-Ag. Parametry złącza są porównywalne
z rezystancją złącz wykonanych tradycyjnymi metodami stosowanymi w technologii ogniw słonecznych.
[email protected]
A
Abramski, K. M.
RC3-1, RW2-3, RC3-5
Adamiak, M.
Adjei, D. J.
PL1-1, PL1-10, PL1-5,PL1-10, PL1-16, PL1-17, PL1-28
PL1-29
RW3-1,
,
Anders, K.
PL1-33
Antończak, A. A.
RS2-1,
, PL2-5
Antoszewski, B.
RS3-4
, PL2-33
Ayele, M.
RW3-1,
,
Badziak, J.
RS1-2,
,
Baraniecki, T.
RS2-2
,
B
Barbucha, R.
PL2-2
Bartnik, A.
RW3-1, RW3-3, RW3-4
, PL1-14, PL2-24, PL1-34
Belghachem, N.
RC3-3
,
Belka, R.
Benson, T. M.
RC3-2
,
Beres-Pawlik, E.
, RC3-2, RP2-4
,
Berkowski, M.
, RC3-4
,
Bielecki, Z.
RP2-1, RP2-3
,
Bieliński, D.
,
, PL2-8
Bogdanowicz, Z.
, RC1-4
,
Bogusławski, J.
,
, PL1-1, PL1-10
Bombalska, A.
, RP1-4
, PL2-16
Bortnowski, P.
, PL1-33
Boruc, Ł
, PL1-35
Brojek, W.
,
, PL1-8
Budzyń, G.
, RP1-6
, PL1-11
Cenian, A.
, RC1-3
, PL2-2
Cenian, W.
, RC1-3
,
Chlebus, E.
, RS3-1, RS3-2, RS3-3
, PL1-25, PL2-3, PL2-10, PL2-29, PL2-31, PL2-32, PL2-34
Chmielewska, D.
, RS2-4
,
Chodnicki, M.
,
, PL2-22
Chodukowski, T.
, RW3-3
,
Chojnowski, S.
,
, PL2-22
Chrobak, G.
, RW2-4
,
Ciuryło, R.
, RP2-2
,
C
INDEKS AUTORÓW
, PL2-11
Costello, J. T.
STL 2016
, PL1-34
Cygan, A.
, RP2-2
,
Czupryński, A.
,
, PL1-29, PL1-31
Czyż, K.
, RS2-4
, PL1-7, PL1-15, PL2-1
Czyżewska, L.
,
, PL2-12, PL2-14
Jabczyński, J. K.
,
, PL1-21
Czyżewski, A.
, RC3-3
,
Jach, K.
,
, PL1-7, PL2-23
Jakubaszek, M.
,
, PL2-17
D
Danielewski, H.
, RS3-4
,
Janaszek, B.
,
, PL1-4, PL1-13, PL1-19, PL1-26, PL1-33
Daszczuk, G.
,
, PL1-27
Janicki, D.
,
, PL1-31
Dąbrowska, E.
, RS1-5
, PL2-15
Jankiewicz, Z.
RW1-1,
,
Dąbrowski, A.
, RS1-5
,
Janulewicz, K.
RS1-1,
,
Dobrzyńska, M.
, RC1-2, RC1-5
,
Jarocki, R.
RW3-1, RW3-4
,
, PL1-36, PL1-37
Jeleń, P.
Dorosz, D.
, RC2-2
, PL2-17
Jeżowski, A.
, RC3-4
,
Dudzik, G.
, RC3-5
, PL1-17
Jędrzejewska-Szczerska, M.
, RC1-3
,
Dybała, B.
,
, PL1-25, PL2-10
Józwik, M.
, RP1-5
,
Dziedzic, R.
, RS3-2
, PL2-3, PL2-31, PL2-34
Junka, A. F.
,
, PL2-29
Jusza, A.
,
, PL2-12, PL2-14
E
F
K
Fiedorowicz, H.
RW3-1, RW3-3, RW3-4
, PL1-14, PL2-24, PL1-34
Kaśków, M.
,
, PL1-18
Florian, T.
,
, PL2-25
Kaczmarek, P.
,
, PL1-5, PL1-16, PL1-17
Fok, T.
RW3-1, RW3-3, RW3-4
, PL1-14
Kalinowska, Z.
, RW3-3
,
Furniss, D.
, RC3-2
,
Kaliszewski, M.
, RP1-4
, PL2-16
Galas, J.
, RC3-3
,
Kałuzińska, K.
,
, PL2-8
Gawełda, W.
RW1-2,
,
Gawlikowski, A.
,
, PL2-17
Gębski, M.
,
, PL1-6
Giemza M.
,
, PL1-35
Gietka, A.
, RC1-2, RC1-5
, PL1-22, PL2-17
Gil, M.
,
, PL2-12, PL2-14
Głowacki, M.
, RC3-4
,
Głuszek, A.
, RP2-5
, PL2-13
Gorajek, Ł. F.
,
, PL1-12
Górka, J.
,
, PL1-30, PL1-31
Grabowski, A.
,
, PL2-25
Gradoo, R.
,
, PL2-19
Gradzik, A.
,
, PL2-26
Gruber, K.
, RS3-1, RS3-3
, PL2-32
Gryko, Ł.
RC1-1,
,
G
H
J
, PL1-36
Drozd, T.
Kampen van, P.
Hackiewicz, K.
,
,
Hossa, R.
, RP2-4
,
Hudzikowski, A.
, RP2-5
, PL2-13
STL 2016
, PL1-34
Kasińska, J.
, RS3-4
,
Kasprzycka, W.
,
, PL1-24
Kaszczuk, M.
,
, PL2-17, PL2-18
Kelly, T. J.
,
, PL1-34
Kęczkowska, J.
,
, PL2-11
Kieliszczyk, M.
,
, PL1-19, PL1-33
Kiełbasiński, K.
,
, PL2-15
Kisielewski, J.
, RC3-3
,
Klein, M.
,
, PL2-2
Knysak, P.
, RC2-3
, PL2-17
Kobiela, K.
,
, PL2-3, PL2-34,
Kochanowicz, M.
, PL1-36, PL1-37
Komar, J.
, RC3-4
,
Kopczyński, K.
RC2-1, RC3-3, RP1-2, RP1-4
, PL2-16, PL2-35
Kopeć, J.
,
, PL2-14
Korzeniewska, E.
,
, PL2-8
Kostecki, J.
RW3-1, RP1-4
,
Kotowski, P.
, RC1-2
, PL1-22
Kowalczyk, M.
,
, PL1-28
Kowzan, G.
, RP2-2
,
Miczuga, M.
,
, PL2-21
Kozacki, T.
RP1-1,
,
Mierczyk, J.
, RP1-2
,
Kozioł, P.
, RS2-2
,
Mierczyk, Z.
RC2-1, RC2-2, RC2-3, RP1-2, RP1-3
, PL1-22, PL2-17, PL2-18
Kozlova, M.
, RW3-4
,
Mikołajczyk, J.
RP2-1, RP2-3
, PL2-22
Krajewska, A.
,
, PL1-1
Miluski, P.
Krupa, K.
,
, PL2-27
Mizeraczyk, J.
,
, PL1-36, PL1-37
, PL2-4
Krysiński, R.
,
, PL1-33
Młodzianko, A.
,
, PL2-17
Krzempek, K.
,
, PL1-20
Młyńczak, J.
, RC3-3, RP1-2
, PL2-16, PL2-35
Kużnicka, B.
,
,
Mossakowska-Wyszyńska, A.
,
, PL1-3
Kubicki, J.
, RP1-2
, PL2-35
Mroczyński, R.
,
, PL1-4, PL1-13, PL1-26
Kujawińska, M.
, RC2-4, RP1-5
,
Mrówka-Nowotnik, G.
,
, PL2-26
Kurp, P.
, RS3-5
,
Mucha, Z.
, RS2-5, RS3-5
, PL2-19
Kurzac, J.
, RS3-1, RS3-2, RS3-3
,
Mularczyk-Oliwa, M.
, RP1-4
,
Kurzynowski, T.
, RS3-1, RS3-2
, PL2-10, PL2-31, PL2-32
Mulczyk, K.
, RS2-5, RS3-5
, PL2-16
Kuźnicka, B.
, RS3-1, RS3-2
,
Musztyfaga-Staszuk, M.
,
, PL2-28
Kwaśny, M.
, RP1-4
, PL1-22, PL1-23
Muzal, M.
, RP1-3
, PL2-17
Kwiatkowski, J.
, RW1-3
, PL1-21
Nakwaski, W.
,
, PL1-6
L
N
Lewandowski, R.
, RC1-2, RC1-5
,
Naurecka, M.
,
, PL1-23
Lisak, D.
, RP2-2
,
Nawrocki, J.
,
, PL2-26
Litwin, D.
, RC3-3
,
Nefedova, V.
, RW3-4
,
Liżewski, K.
, RP1-5
,
Nejbauer, M.
, RW2-2
,
Nejdl, J.
, RW3-4
,
Łapiński, M. P.
, RC1-2, RC1-4, RC1-5
,
Nowak, J.
,
, PL2-20
Łapka, P.
, RC2-4
,
Ławniczak-Jabłońska, K.
,
, PL1-14
Ostrowski, R.
,
, PL1-7, PL1-15, PL2-1, PL2-17
Łęcka, K.
,
, PL2-5
Osuchowska, P.
, RC1-4
,
Łyszczek, R.
,
, PL2-12, PL2-14
Padzik-Graczyk, A.
,
, PL1-24
Ł
M
O
P
Magryta, P.
RP2-1, RP2-3
, PL2-20
Pajewski, Ł.
, RP2-4
,
Major, R.
,
, PL2-1
Panek, M.
, RP2-3
, PL2-22
Maląg, A.
, RS1-5
, PL2-15
Pasternak, I.
,
, PL1-1, PL1-5, PL1-10, PL1-10
Malesa, M.
, RC2-4
,
Pawlak, A.
,
, PL1-25, PL2-29
Malinowski, S. P.
,
, PL2-20
Pawlak, R.
, RS2-3
, PL2-6, PL2-7, PL2-8
Malowany, K.
, RC2-4
,
Pawliszewska, M.
,
, PL1-5
Mamajek, M.
,
, PL1-8, PL1-9
Peterka, P.
,
, PL1-5
Marciniak, M.
,
, PL1-6
Petersen, B.
,
, PL2-20
Marczak, J.
, RS2-4, RC1-4, RC2-4
, PL1-7, PL1-15, PL2-23
Pędzisz, J.
,
, PL2-12, PL2-14
Masłowski, P.
, RP2-2
,
Piechowski, L.
, RC1-3
,
Mergo, P.
,
, PL2-12, PL2-14
Piekarski, R.
,
, PL1-4, PL1-19, PL1-33
Michalska, M.
,
, PL1-2, PL1-8, PL1-9
Pijanowski, K.
,
, PL1-6
STL 2016
Piotrowski, W.
, RP1-3
, PL2-17
Sojka, L.
, RC3-2
,
Piramidowicz, R.
,
, PL1-19, PL2-12, PL2-14, PL1-33
Sokół, A. K.
, RS1-4
,
Pisarczyk, T.
, RW3-3
,
Solarz, P.
, RC3-4
,
, PL1-37
Sotor, J.
RC3-1, RW2-3,
, PL1-1, PL1-5, PL1-10, PL1-16, PL1-28
Pisarska, J.
Pisarski, W.
, PL1-37
Sozańska, M.
,
, PL2-25
Piskorski, Ł.
, RS1-4
,
Stacewicz, T.
RP2-1, RP2-3
, PL2-20
Płonek, T.
,
, PL2-5
Stachowiak, D.
,
, PL1-17
Podżorny, T.
, RP1-6
, PL1-11
Stano, S.
,
, PL1-30
Popenda, M.
, RP2-4
,
Stawska, H.
, RP2-4
,
RW2-1, RW2-2
, PL1-14
Prokopiuk, A.
RP2-1,
,
Stepanenko, Y.
Przewolka, A.
,
, PL1-5
Stępak, B.
,
, PL2-5
Stępień, R.
, RC3-3
,
, PL1-14
Stępińska, M.
, RC1-2, RC1-5
,
, PL1-36, PL1-36
Stopyra, W.
, RS3-3
, PL2-32
R
Radzewicz, C.
, RW2-2
Ragiń, T.
Romaniuk, R.
, RS1-3
,
Strupiński, W.
,
, PL1-1, PL1-5, PL1-10
Romiszewska, A.
,
, PL1-24
Strzelec, M.
, RS2-4, RC1-4
, PL1-7, PL1-15, PL2-1, PL2-23
Ruta, Ł.
,
, PL2-9
Sujecki, S.
, RC3-2
,
Rybak, Z.
,
, PL1-8
Szabra, D.
RP2-1,
,
Ryba-Romanowski, W.
, RC3-4
,
Szczepanek, J.
, RW2-2
,
Rycyk, A.
, RS2-4
, PL1-7, PL1-15, PL2-1, PL2-17, PL2-23
Szczepański, P.
,
, PL1-3, PL1-4, PL1-13, PL1-26
Rzepka, J.
, RC3-5, RP1-6
, PL1-11
Szczurek, A.
RW3-1,
,
Rzeźnikiewicz, A.
,
, PL2-30
Szczurek, M.
RW3-1,
,
Szklarek, R.
,
, PL2-6
Saber, I.
RW3-1, RW3-3
,
Sznelewski, P.
,
, PL1-8
Sakr, H.
, RC3-2
,
Szymańczyk, J.
, RC1-3
,
Sarzała, R. P.
, RS1-4
, PL1-6
Szymańska, J.
RC1-1,
,
Sarzyński, A.
, RS2-4, RC1-4
, PL1-15, PL2-1, PL2-23
Szymczyk, P.
,
, PL1-25, PL2-3, PL2-10, PL2-29
Sawczak, M.
, RC1-3
, PL2-2,
Seddon, A.
, RC3-2
,
Świderski, J.
,
, PL1-2, PL1-8, PL1-9,
Seredyński, B.
,
, PL2-20
Świerczyński, R.
,
, PL1-7, PL1-15
S
Ś
T
Sęk, P.
,
, PL2-11
Siciński, M.
,
, PL2-8
Tang, Z.
, RC3-2
,
, PL1-36, PL1-37
Tański, M.
,
, PL2-4
,
, PL1-10
Sitarz, M.
Sieniawski, J.
,
, PL2-26, PL2-27
Tarka, J.
Siejak, E.
,
, PL1-33
Teodorczyk, M.
, RS1-5
, PL2-15
Sierakowski, B.
,
, PL1-23
Tittel, F. K.
, RP2-5
, PL2-13
Skórczakowski, M.
,
, PL1-27
Tkacz, A.
,
, PL2-22
, RP1-6
, PL1-11
Skrzeczanowski, W.
, RW3-3
, PL1-7, PL1-15, PL1-34
Tkaczyk, J.
Smolina, I.
,
, PL2-3, PL2-31, PL2-34
Tofil, S.
,
, PL2-33
Sobczak, G.
, RS1-5
,
Tomczyk, M.
, RS2-3
, PL2-6, PL2-7, PL2-8
Soboń, G.
RC3-1, RW2-3,
, PL1-1, PL1-5, PL1-10, PL1-16
Torrisi, A.
RW3-1,
, PL2-24
STL 2016
Traczyk, M.
, RC2-3
,
Trafny, E. A.
, RC1-2, RC1-4, RC1-5
,
Trela, P.
,
, PL2-19
Trusiak, M.
, RP1-5
,
Tyszka-Zawadzka, A.
,
, PL1-13, PL1-26
Ul Ahad, I.
RW3-1,
Voznesenskiy, N.
, RP1-5
Wachulak, P. W.
RW3-1, RW3-3, RW3-4
, PL1-14, PL2-24, PL1-34
Walczak, M.
, RS2-3
, PL2-7, PL2-8, PL2-9
Walczakowski, M.
, RS2-2
,
Wąż, A.
,
, PL1-16, PL1-17
Wcisło, P.
, RP2-2
,
Węgrzyński, L.
, RW3-1, RW3-3, RW3-4
, PL1-14
Widłaszewski, J.
, RS3-5
,
Wilczek, P.
,
, PL2-1
Wiśniewski, A.
,
, PL2-20
Witoński, P.
,
, PL1-3
Włodarski, M.
, RP1-4
, PL2-16
Wnuk, P.
, RW3-1,
, PL1-14
Wojtanowski, J.
, RC2-2
, PL2-17
Wojtas, J.
, RP2-1, RP2-3
, PL2-22
Woliński, W.
, RW1-1,
,
Wójtewicz, S.
, RP2-2
,
Wubetu, G. A.
,
, PL1-34
Wychowaniec, M.
, RC3-3
,
Zaborowski, M.
, RP2-2
,
Zając, A.
, RC1-1,
, PL1-36
Zawadzki, Z.
,
, PL2-16
Ziółkowski, G.
,
, PL1-25, PL2-10, PL2-29
Zowczak, W.
, RS3-4
,
Zygmunt, M.
, RC2-2, RC2-3, RP1-3
, PL2-17
,
, PL1-18, PL1-21
U
V
W
Z
Ż
Żendzian, W.
Żmojda, J
Żuk, M.
, PL1-36, PL1-37
,
, PL1-31
STL 2016

Książka Abstraktów STL 2016 - Sympozjum Techniki Laserowej

Transkrypt

Podobne dokumenty

Centrum Zaawansowanych Systemów Produkcyjnych

Niwelator laserowy FL 150H-G

Czytaj więcej: Wywiad z dyrektorem IOE

mikroobróbka laserowa jako precyzyjne narzędzie do obróbki