Laserowy czujnik pary wodnej

Jacek Szabela
Reklama
Reklama

Zespół fizyków z Politechniki Łódzkiej wspólnie z naukowcami z Politechniki Wrocławskiej i Uniwersytetu Technicznego w Berlinie pracuje nad innowacyjnym optycznym analizatorem pary wodnej, który może w znacznym stopniu ograniczyć zużycie energii. Rozwiązanie to ma być dużo tańsze od analogicznych urządzeń dostępnych na rynku.

Liderami projektu o akronimie QD-Sense (Tanie systemy detekcji gazów oparte na przestrajalnych matrycach laserów VCSEL z obszarami czynnymi w postaci kropek kwantowych oraz zwierciadłami w postaci podfalowych siatek dyfrakcyjnych) są naukowcy z Wydziału Fizyki Technicznej, Informatyki i Matematyki Stosowanej Politechniki Łódzkiej.

Reklama

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

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

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

Reklama

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

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

Budżet całego projektu wynosi 1,6 mln euro, a strony polskiej blisko 0,5 mln euro. Środki finansowe na badania pozyskano w konkursie NCBR w ramach współpracy Polska – Berlin/Brandenburgia. Program wspiera rozwój i innowacje w obszarze fotoniki.

Źródło: Politechnika Łódzka

Reklama

O Autorze

MM Magazyn Przemysłowy jest tytułem branżowym typu business to business, w którym poruszana jest tematyka z różnych najważniejszych sektorów przemysłowych. Redakcja online MM Magazynu Przemysłowego  przygotowuje i publikuje na stronie artykuły techniczne, nowości produktowe oraz inne ciekawe informacje ze świata przemysłu i nie tylko.

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama